王重

【摘 要】本文對(duì)不同地區(qū)適航當(dāng)局的25.1438適航條款進(jìn)行比較，并結(jié)合典型的引氣系統(tǒng)案例，對(duì)條款驗(yàn)證時(shí)的驗(yàn)證和破壞壓力試驗(yàn)工況進(jìn)行了分析和確定，并給出了試驗(yàn)驗(yàn)證的一般方法。

【關(guān)鍵詞】適航；25.1438；引氣系統(tǒng)；驗(yàn)證壓力；破壞壓力

0 引言

民用飛機(jī)在設(shè)計(jì)中需要考慮適航性，適航性是指民用航空器在預(yù)期的服役使用環(huán)境中和使用限制下，飛行的安全性和物理完整性的一種品質(zhì)。這種品質(zhì)要求航空器始終處于保持符合其型號(hào)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和始終處于安全運(yùn)行狀態(tài)，以保持乘坐飛機(jī)出行和自駕飛機(jī)飛行的人們可接受的安全水平。適航性的直接要求是適航規(guī)章，民用飛機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)需遵循適航規(guī)章的要求。25.1438條款是適航規(guī)章第25部運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)中的條款之一，它的主要內(nèi)容是民用飛機(jī)機(jī)載增壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)的元件的耐壓試驗(yàn)要求。

引氣系統(tǒng)是民機(jī)的機(jī)載系統(tǒng)之一，它的主要功能是從飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、輔助動(dòng)力裝置、地面氣源車(chē)進(jìn)行引氣，為機(jī)上空調(diào)、客艙壓力調(diào)節(jié)、機(jī)翼和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口防冰提供高壓氣體。引氣系統(tǒng)是一個(gè)典型的機(jī)載氣動(dòng)系統(tǒng)。因此引氣系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)需滿足25.1438條款的要求。

本文從不同地區(qū)適航當(dāng)局的條款要求比較出發(fā)，結(jié)合案例就引氣系統(tǒng)對(duì)25.1438條款的符合性方法進(jìn)行研究和分析，并得出引氣系統(tǒng)各部件在設(shè)計(jì)時(shí)需滿足的耐壓需求。最后給出試驗(yàn)驗(yàn)證的一般方法。

1 25.1438條款要求比較

不同地區(qū)適航當(dāng)局提出的25.1438條款要求存在差異。中國(guó)民航局發(fā)布的CCAR25.1438條款規(guī)定[1]：

（a）增壓系統(tǒng)元件必須分別進(jìn)行壓力值為最大正常工作壓力2倍的破壞壓力試驗(yàn)和1.5倍的驗(yàn)證壓力試驗(yàn)。

（b）氣動(dòng)系統(tǒng)元件必須分別進(jìn)行壓力值為最大正常工作壓力3倍的破壞壓力試驗(yàn)和1.5倍的驗(yàn)證壓力試驗(yàn)。

（c）可以用分析或分析和試驗(yàn)相結(jié)合的方法，來(lái)代替本條（a）或（b）要求的各項(xiàng)試驗(yàn)，條件是適航當(dāng)局認(rèn)為該方法與所要求的試驗(yàn)等效。

美國(guó)聯(lián)邦航空管理局發(fā)布的FAR25.1438條款規(guī)定與CCAR25.1438完全一致。

相比之下，歐洲航空安全局發(fā)布的CS25.1438條款規(guī)定則有所不同，它對(duì)增壓系統(tǒng)元件和氣動(dòng)系統(tǒng)元件不做區(qū)分，另外驗(yàn)證壓力試驗(yàn)和破壞壓力試驗(yàn)的試驗(yàn)工況不僅需要考慮正常工作狀態(tài)，還需考慮不同概率下的非正常狀態(tài)。不同工況下的驗(yàn)證和破壞壓力試驗(yàn)值如表1[2]。

2 引氣系統(tǒng)驗(yàn)證案例

引氣系統(tǒng)是民機(jī)的機(jī)載系統(tǒng)之一，在設(shè)計(jì)中需滿足25.1438條款的要求。在進(jìn)行25.1438條款符合性驗(yàn)證工作時(shí)，應(yīng)從系統(tǒng)的工作原理和工作場(chǎng)景入手，從各工況中選擇出最終的驗(yàn)證和爆破壓力試驗(yàn)工況。

該案例中引氣系統(tǒng)可從發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓級(jí)或低壓級(jí)引氣口進(jìn)行引氣。當(dāng)高壓活門(mén)打開(kāi)時(shí)，引氣系統(tǒng)從高壓級(jí)引氣，單向活門(mén)在高壓引氣壓力的作用下關(guān)閉；當(dāng)高壓活門(mén)關(guān)閉時(shí)，引氣系統(tǒng)從低壓級(jí)引氣，單向活門(mén)在低壓級(jí)引氣壓力作用下開(kāi)啟。無(wú)論是在高壓級(jí)引氣還是低壓級(jí)引氣狀態(tài)下，引氣均會(huì)通過(guò)壓力調(diào)節(jié)活門(mén)的調(diào)節(jié)，引氣調(diào)節(jié)之后供給下游用戶。

本案例中我們可假設(shè)如下條件：

（a）在所有發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)下，高壓級(jí)引氣口處的最大引氣壓力為10bar，對(duì)應(yīng)溫度為500℃；

（b）在所有發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)下，低壓級(jí)引氣口處的最大引氣壓力為4bar，對(duì)應(yīng)溫度為350℃；

（c）當(dāng)?shù)蛪杭?jí)壓力大于2.5bar時(shí)，會(huì)自動(dòng)關(guān)閉高壓活門(mén)，切換為使用低壓級(jí)引氣，此時(shí)高壓級(jí)引氣壓力為7bar，對(duì)應(yīng)溫度為400℃；

（d）壓力調(diào)節(jié)活門(mén)將引氣壓力調(diào)節(jié)至最大3bar后供給下游用戶；

（e）高壓活門(mén)無(wú)法正常關(guān)閉的概率為10-5；

（f）壓力調(diào)節(jié)活門(mén)失去正常調(diào)節(jié)功能的概率為10-5；

（g）單向活門(mén)發(fā)生逆向進(jìn)氣故障的概率為10-9。

有了上述案例假設(shè)后，則可根據(jù)CCAR/FAR/CS25.1438的要求確定系統(tǒng)各部段管路和設(shè)備的驗(yàn)證和破壞壓力試驗(yàn)工況。

3 CCAR/FAR25.1438要求下的壓力試驗(yàn)工況確定

根據(jù)CCAR/FAR25.1438條款的要求，各部段管路和設(shè)備的驗(yàn)證壓力應(yīng)為該部段在正常工作狀態(tài)下可能暴露的最大壓力的1.5倍；破壞壓力應(yīng)為該部段在正常工作狀態(tài)下可能暴露的最大壓力的3倍。

在本文的案例中，高壓活門(mén)及其上游管路可能暴露的最大工作壓力即為10bar，對(duì)應(yīng)溫度500℃。因此高壓活門(mén)及其上游管路的驗(yàn)證壓力試驗(yàn)工況應(yīng)為15bar，500℃；破壞壓力試驗(yàn)工況應(yīng)為30bar，500℃。

單向活門(mén)及其上游管路可能暴露的最大工作壓力即為4bar，對(duì)應(yīng)溫度350℃。因此單向活門(mén)及其上游管路的驗(yàn)證壓力試驗(yàn)工況應(yīng)為6bar，350℃；破壞壓力試驗(yàn)工況應(yīng)為12bar，350℃。

高壓活門(mén)和單向活門(mén)下游，壓力調(diào)節(jié)活門(mén)上游的管路及壓力調(diào)節(jié)活門(mén)可能暴露的最大工作壓力即為7bar，對(duì)應(yīng)溫度400℃。因此高壓活門(mén)和單向活門(mén)下游，壓力調(diào)節(jié)活門(mén)上游的管路及壓力調(diào)節(jié)活門(mén)的驗(yàn)證壓力試驗(yàn)工況應(yīng)為10.5bar，400℃；破壞壓力試驗(yàn)工況應(yīng)為21bar，400℃。

壓力調(diào)節(jié)活門(mén)下游管路可能暴露的最大工作壓力即為3bar，對(duì)應(yīng)溫度400℃。因此壓力調(diào)節(jié)活門(mén)下游管路的驗(yàn)證壓力試驗(yàn)工況應(yīng)為4.5bar，400℃；破壞壓力試驗(yàn)工況應(yīng)為9bar，400℃。

4 CS25.1438要求下的壓力試驗(yàn)工況確定

當(dāng)以CS25.1438條款為要求時(shí)，需考慮各故障情況下的各部段管路和設(shè)備的暴露壓力。

高壓活門(mén)及其上游管路可能暴露的最大正常工作壓力即為10bar，對(duì)應(yīng)溫度500℃。且無(wú)其他可能暴露在更高壓力下的故障模式。按照表1，驗(yàn)證壓力試驗(yàn)工況為15bar，500℃；破壞壓力試驗(yàn)為30bar，500℃。endprint

單向活門(mén)及其上游管路可能暴露的最大正常工作壓力即為4bar，對(duì)應(yīng)溫度350℃。此時(shí)驗(yàn)證壓力試驗(yàn)工況為6bar，350℃；破壞壓力試驗(yàn)工況應(yīng)為12bar，350℃。當(dāng)發(fā)生單向活門(mén)逆向進(jìn)氣故障時(shí)，可能暴露的最大工作壓力為7bar，對(duì)應(yīng)溫度400℃，該場(chǎng)景的發(fā)生概率為10-9，按照表1不需考慮驗(yàn)證壓力試驗(yàn)，破壞壓力試驗(yàn)工況為7bar，400℃，小于正常工況。因此最終驗(yàn)證壓力試驗(yàn)工況應(yīng)為6bar，350℃；破壞壓力試驗(yàn)工況應(yīng)為12bar，350℃。

高壓活門(mén)和單向活門(mén)下游，壓力調(diào)節(jié)活門(mén)上游的管路及壓力調(diào)節(jié)活門(mén)可能暴露的最大工作壓力即為7bar，對(duì)應(yīng)溫度400℃。此時(shí)驗(yàn)證壓力試驗(yàn)工況為10.5bar，400℃；破壞壓力試驗(yàn)工況應(yīng)為21bar，400℃。當(dāng)高壓活門(mén)無(wú)法正常關(guān)閉時(shí)，可能暴露的最大工作壓力為10bar，對(duì)應(yīng)溫度500℃，該場(chǎng)景的發(fā)生概率為10-5，按照表1，驗(yàn)證壓力試驗(yàn)工況為13.3bar，500℃；破壞壓力試驗(yàn)工況為26.6bar，500℃，大于正常工況。因此最終驗(yàn)證壓力試驗(yàn)工況應(yīng)為13.3bar，500℃；破壞壓力試驗(yàn)工況應(yīng)為26.6bar，500℃。

壓力調(diào)節(jié)活門(mén)下游管路可能暴露的最大工作壓力即為3bar，對(duì)應(yīng)溫度400℃。此時(shí)驗(yàn)證壓力試驗(yàn)工況為4.5bar，400℃；破壞壓力試驗(yàn)工況為9bar，400℃。當(dāng)壓力調(diào)節(jié)活門(mén)失去正常調(diào)節(jié)功能時(shí)，可能暴露的最大工作壓力為7bar，對(duì)應(yīng)溫度400℃，該場(chǎng)景發(fā)生的概率為10-5，按照表1，驗(yàn)證壓力試驗(yàn)工況為9.31bar，400℃；破壞壓力試驗(yàn)工況為18.62bar，400℃，大于正常工況。當(dāng)壓力調(diào)節(jié)活門(mén)失去正常調(diào)節(jié)功能且高壓活門(mén)無(wú)法正常關(guān)閉時(shí)，可能暴露的最大工作壓力為10bar，對(duì)應(yīng)溫度500℃，但該場(chǎng)景的發(fā)生概率為10-10，按照表1可不再考慮。因此最終驗(yàn)證壓力試驗(yàn)工況應(yīng)為9.31bar，400℃；破壞壓力試驗(yàn)工況應(yīng)為18.62bar，400℃。

通過(guò)比較可見(jiàn)，以CS25.1438為要求時(shí)高壓活門(mén)及其上游管路的驗(yàn)證和破壞壓力試驗(yàn)工況與以CCAR/FAR25.1438為要求時(shí)一致。

以CS25.1438為要求時(shí)單向活門(mén)及其上游管路的驗(yàn)證和破壞壓力試驗(yàn)工況與以CCAR/FAR25.1438為要求時(shí)一致。

以CS25.1438為要求時(shí)高壓活門(mén)和單向活門(mén)下游，壓力調(diào)節(jié)活門(mén)上游的管路及壓力調(diào)節(jié)活門(mén)的驗(yàn)證和破壞壓力試驗(yàn)工況比以CCAR/FAR25.1438為要求時(shí)更為嚴(yán)酷。

以CS25.1438為要求時(shí)壓力調(diào)節(jié)活門(mén)下游管路的驗(yàn)證和破壞壓力試驗(yàn)工況比以CCAR/FAR25.1438為要求時(shí)更為嚴(yán)酷。

5 驗(yàn)證和破壞壓力試驗(yàn)驗(yàn)證

在確定了驗(yàn)證和破壞壓力試驗(yàn)工況后，即可正式通過(guò)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)25.1438條款的符合性。一般使用的試驗(yàn)方法為以相應(yīng)工況壓力和溫度對(duì)設(shè)備和管路內(nèi)部進(jìn)行供氣加壓，保持5-10分鐘后，對(duì)設(shè)備和管路的外觀和泄漏進(jìn)行檢查。

在驗(yàn)證壓力試驗(yàn)后，要求設(shè)備和管路不發(fā)生任何永久變形，不發(fā)生泄漏。在破壞壓力試驗(yàn)后，要求設(shè)備和管路不發(fā)生泄漏，但允許發(fā)生永久變形。

驗(yàn)證壓力試驗(yàn)和破壞壓力試驗(yàn)的結(jié)果即可表明設(shè)計(jì)對(duì)25.1438條款的符合性。

6 結(jié)束語(yǔ)

25.1438是引氣系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循的重要適航條款之一。對(duì)于目標(biāo)為國(guó)際市場(chǎng)的民機(jī)型號(hào)，引氣系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮CS25.1438條款的要求。在確定驗(yàn)證和破壞壓力試驗(yàn)工況時(shí)，應(yīng)確保充分考慮了所有可能出現(xiàn)的正?；蚬收蠣顟B(tài)。文中所展示的試驗(yàn)工況確定方法和試驗(yàn)驗(yàn)證方法可為引氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)在對(duì)25.1438條款表明符合性時(shí)提供指導(dǎo)和參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中國(guó)民用航空局.中國(guó)民用航空規(guī)章第25部-運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)R4[Z].2011-11-07.

[2]European Aviation Safety Agency. Certification Specifications for Large Aeroplanes CS-25 Amendment 10[Z]. 2010-12-23.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]endprint