民用飛機空中應急離機系統探討

摘 要：空中應急離機系統是飛行試驗中保證機組人員安全的重要措施。本文對國外一些試飛機的空中應急離機系統進行介紹，并對空中應急離機系統的組成、設計思想和應急離機程序進行探討。

關鍵詞：民用飛機 空中應急 離機系統 應急離機程序

中圖分類號：V271.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（a）-0226-03

飛行試驗是在真實飛行條件下進行產品試驗的過程。飛行試驗內容復雜，試飛架次多，發生事故的可能性大，特別是執行高風險科目，如包線擴展、顫振、失速等。因此，在試飛飛機上必須有足夠的安全保障措施，保證飛機出現不可控的情況下試飛機組人員的安全。

按照CCAR-21-R3《民用航空產品和零部件合格審定規定》第35條“（四）除滑翔機或載人氣球外，申請人應當證明每次飛行試驗時，均采取了足夠措施，以便于試飛組成員能應急離機和使用降落傘。”。美國聯邦航空局（FAA）也提出必須考慮和論證試飛飛機已采取足夠措施保障飛行機組成員人身安全，并作為開展各項飛行試驗的硬性規定。

為了滿足條款要求，需對試飛飛機安裝空中應急離機系統。本文對國外一些試飛機的空中應急離機系統進行介紹，并對空中應急離機系統各子系統功能和應急離機程序進行探討。

1 國外現狀

國外的試飛飛機（尤其大型運輸類飛機）都專門安裝空中應急離機系統，具有較為成熟的理論基礎和設計經驗，以下介紹國外試飛飛機的空中應急離機系統[1]：

1.1 Ty-204

俄羅斯圖波列夫上世紀80年代開發的Ty-204飛機上安裝有1套由應急泄壓裝置、應急出口、聲光告警和指示裝置、輔助扶手以及跳傘拉繩鋼纜等設備構成的空中應急離機系統。

此系統采用在客艙后部左右舷窗位置設計應急泄壓活門，使用機械方式開啟泄壓活門進行泄壓，大約10s就可以使艙內外壓力平衡；在客艙前端靠近駕駛艙位置設計貫通飛機客艙的艙內開口，并在貨艙右側垂直向下位置設計艙外開口，使用液壓方式驅動外部艙外開口口蓋運動，艙外口蓋向外向前開啟，可以防止氣流吹襲，在客艙內該口蓋周圍有欄桿和拉傘鋼索，應急口周圍有厚的橡皮覆蓋，避免人員碰傷；執行離機程序時，聲光告警和指示裝置將及時發出相關指令，機組人員利用輔助扶手，通過艙內口蓋進入貨艙后從艙外口蓋安全離機。

1.2 MD系列

美國MD公司依據FAA要求，在其各型試飛機上均安裝有一套由爆炸或火工品切割方式開啟的應急泄壓和應急出口裝置組成的空中應急離機系統。

應急泄壓和應急出口裝置由應急艙門、登機門或服務門改裝而成，機長通過引爆預設炸藥，在艙門位置炸出泄壓孔進行泄壓，泄壓完成后，引爆艙門連接處炸藥，將艙門打開并向外拋出，開辟逃生通道，供試飛組成員跳傘離機。

通常，發動機尾吊的飛機多借用飛機客艙門或服務門作為外部出口，發動機翼吊的飛機多在前貨艙位置設置向下的外部出口。

2 系統設計原則

空中應急離機系統用于試飛出現緊急情況下機組人員逃生，屬于試飛改裝。借鑒國外應急離機系統設計經驗，空中應急離機系統的設計應結合試飛機自身布置特點。一般來說，應急離機系統設計時應遵循以下原則：

a）系統和設備應能在飛機的溫度、速度包線內正常工作；

b）系統的設計應考慮相應的環境條件，如：濕度、日光輻射、振動、淋雨、雷擊、沖擊和墜撞等因素的影響；

c）系統及設備應能在飛機機身機動過載包線范圍內正常工作；

d）在爆炸性釋壓環境中可正常工作；

e）系統裝機而導致的構型更改，不對飛機/系統功能或性能產生不可接受的影響；

f）自身提供工作所需電源或能源；

3 系統組成

空中應急離機系統主要由以下子系統組成：應急泄壓子系統、應急通道子系統、應急離機指示子系統、應急離機輔助設備等，如圖1所示。

3.1 應急泄壓子系統

飛機在高空飛行時，艙內外存在較大的壓差，如不進行泄壓，直接開啟應急出口將可能對人員身體產生不可逆轉的影響。應急泄壓子系統包括泄壓口蓋和泄壓口蓋開啟裝置。

a）泄壓口蓋

泄壓口蓋尺寸設計時應考慮飛機承載能力和應急泄壓時人體耐受極限兩方面因素。

1）CCAR25.365增壓艙載荷

CCAR25.365中（e）條規定如下：“增壓艙內部和外部的任何結構、組件或零件，如因其破壞而可能妨礙繼續安全飛行和著陸時，則必須設計成能夠承受在任何使用高度由于以下每一情況使任何艙室出現孔洞而引起的壓力突降。

（1）發動機碎裂后發動機的一部分穿通了增壓艙；

（2）在任何增壓艙有尺寸不超過HO的任何孔洞，但對無法合理預期會局限于小艙室的孔洞，可以將小艙室與其相鄰增壓艙合并起來作為一個艙室考慮。尺寸HO須按下式計算：

式中：HO為最大孔洞面積，不超過1.86m2；

As為增壓殼體垂直于縱軸的最大橫截面積，單位：m2；

（3）未經表明是極不可能出現的由于飛機或設備損壞而造成的最大孔洞。

泄壓系統在空中需要盡快泄壓，依據上述公式計算得到試飛機的最大孔洞面積。

2）人體耐受極限

“當降壓特性參數一定時，減壓時間即由V/A的比值（m3/m2）決定。在減壓過程中，也可將肺看作一個類似的系統加以考慮，肺容積（cm3）及氣管橫截面積（mm2）分別相當于座艙減壓系統中的V與A。Luft與Bancroft[2]在1956年確定人氣管-肺系統的時間常數平均為0.559 s，相當于V/A比值為200的座艙減壓系統。圖2表示了座艙體積、破孔面積與時間常數的關系。他們認為，如座艙減壓時，V/A比值小于人氣管-肺系統的V/A比值，也即在圖2中處于人氣管-肺等效線右側時，肺內將出現顯著的一時性壓力升高現象；反之，在等效線左側時，則不論座艙內壓力變化如何，肺內壓都不會有明顯的改變。所以這條等效線也可作為設計座艙門、窗最大面積的依據”。

根據試飛機座艙容積，按時間常數臨界值或V/A=200等效值，得到試飛機允許最大爆破減壓面積。

綜上，根據增壓艙載荷和人體耐受極限要求，試飛機泄壓口尺寸應在增壓艙載荷和座艙爆炸減壓計算結果中取小值。

b）泄壓口蓋開啟裝置

目前，應急泄壓系統口蓋開啟方式有采用火工品切割的方式，利用爆破力和內外壓差，將切割后的口蓋拋出飛機。采用該方式需要考慮應急泄壓口蓋拋出后軌跡對飛機的影響，避免與飛機相撞。

3.2 應急通道子系統

應急離機通道子系統是應急離機系統的核心部分，主要包括應急離機艙門和離機通道。該系統實現緊急情況下應急離機出口的快速開啟，機組人員快速順利通過離機通道逃離飛機。該系統主要有以下幾點：

a）應急離機艙門

由于應急離機系統是試飛改裝系統，在一定的條件下需要恢復飛機原本構型。因此，在選擇應急離機艙門出口位置時，應考慮飛機改裝量小，盡量利用飛機已有的艙門。

應急離機艙門開口一般有兩種形式，側門和下應急艙門，主要考慮人員跳傘時飛機的速度。艙門開口可以帶有防氣流吹襲裝置，在跳傘時起到遮擋氣流作用。對于無防氣流吹襲裝置的側門和下應急艙門，最大允許跳傘速度分別為350 km/h和500 km/h；對于有防氣流吹襲裝置的側門和下應急艙門，最大允許跳傘速度分別為450 km/h和600 km/h[3]。

應急離機艙門尺寸要能使機組人員順利的離機。GJB2873-97《軍事裝備和設施的人機工程設計準則》規定飛行員和試飛員標準體重為75 kg，標準尺寸如下表1所示。對于側門，艙門尺寸不小于1000 mm×700 mm；對于下應急門，艙門尺寸不小于800 mm×700 mm[3]，結合飛機艙門實際尺寸，以及地面試驗情況，可適當減小應急離機艙門的尺寸要求。

b）離機通道

離機通道是保證機組人員能迅速順利到達應急離機開口的重要通道。試飛機組人員通常包括試飛員和試飛工程師，應急離機通道的選擇需有利于試飛員和試飛工程師共同離機，離機通道的寬度不小于500 mm[3]，通道上不應有障礙物。

3.3 應急離機指示子系統

應急離機指示系統包含語音指示系統和指示燈系統。

語音提示系統包括旅客廣播話筒、飛行員手持話筒、懸臂式話筒耳機組、氧氣面罩麥克風、音頻控制板和客艙揚聲器。試飛過程中飛機出現不可操縱或其它原因引起的必須讓試飛組人員跳傘離機時，語音提示系統能夠按照飛行員的操作及時進行應急廣播，以便及時有效的通知試飛機組人員進行應急撤離，從而保障試飛人員的安全。該系統需要在空中應急泄壓和艙門打開的情況下仍能讓客艙內成員比較清楚地聽見飛行員的指令。

指示燈系統包括：指示燈控制板和指示燈信號牌。該系統能夠按照飛行員的操作及時進行燈光信號指示，有效指示試飛人員及時安全地跳傘離機，從而保障試飛人員的安全。指示燈由紅、黃、綠三種顏色組成分別代表禁止跳傘、準備跳傘、可以跳傘三種狀態。信號牌需安裝在機上工作人員在整個離機過程中均可清晰看到的醒目位置，并且不易受損。

3.4 應急離機輔助設備

應急離機輔助設備包括；系統電源、機長離機提示按鈕、輔助扶手。

應急離機系統使用獨立的電源，保證在苛刻的條件下，系統仍能正常工作。機長離機提示按鈕需安裝在正副駕駛員均能方便控制的位置，保證可達性好。由于應急撤離時飛機姿態不穩定，輔助扶手能保證機組人員順利到達逃生位置。

4 應急離機程序

應急離機需要機組人員在短時間內迅速逃離飛機，機組成員需按離機程序有序離機。在試飛過程中由機長判斷是否需要空中應急離機，并啟動應急離機程序，離機程序如圖3所示。

a）機長

1）首先發出“緊急情況，準備離機”口令，并將接通“準備跳傘”信號燈，4000 m以上飛行時戴上氧氣面罩，盡量控制飛機的高度和速度，保持平穩飛行；

2）發出“應急泄壓”口令，關閉空調開關，按下應急卸壓啟動按鈕，解除客艙氣密，并打開應急離機出口；

3）確認其他人員到達應急離機出口，發出“準備跳傘”口令，把應急撤離跳傘指示燈接通為“跳傘”信號燈；

4）當操縱飛機，判斷飛機恢復正常時，及時發出“停止跳傘”口令，并把應急撤離跳傘指示燈接通“禁止跳傘”信號；

5）在其他人員離機后，飛機仍無法挽救時，解開安全帶-肩帶、到應急離機出口處跳傘。

b）副駕駛

1）當機長發出“緊急情況，準備離機”口令后，4000 m以上飛行時打開空勤氧氣面罩箱，戴上氧氣面罩，同時通知客艙的機上工程技術人員戴上氧氣面罩，并向地面指揮員報告飛機位置和飛行遇險情況；

2）在機長解除客艙氣密后，向客艙內廣播飛行高度和速度；

3）當機長發出“開始跳傘”口令后，解開安全帶-肩帶，離位到應急離機出口，確認其他人員是否到位并通知機長；

4）待試飛工程師全部離機后，跳傘逃生。

c）試飛工程師

1）當見到黃色“準備跳傘”信號燈亮或聽到機長發出的“緊急情況，準備離機”口令后關閉儀器總電門；

2）解開安全帶-肩帶，4000 m以上飛行時聽駕駛艙指揮戴上降落傘氧氣面罩；

3）通過應急離機通道，到達應急離機出口等待開口打開，將降落傘拉繩掛鉤掛上鋼纜；

4）應急離機開口打開后，等待跳傘指令；

5）當見到綠色“跳傘”信號燈亮或聽到機長發出的“開始跳傘”口令后，按離機動作要領跳傘；

6）當見到紅色“停止跳傘”信號燈亮或聽到機長發出的“停止跳傘”口令后，立即停止跳傘并等待命令，在獲得機長同意后返回座位。

5 結語

本文介紹了一些國外成熟機型的空中應急離機系統，并探討了空中應急離機系統各子系統的設計經驗和應急離機程序，對試飛機組成員的職責進行了劃分，為國內應急離機系統設計提供一定的借鑒。

參考文獻

[1]陳增江.民用飛機試飛安全要求[J].飛行試驗，1993，9（3）：37-42.

[2]Luft UC，Bancroft RW. Transthoracic pressure in man during rapid decompression[J].The Journal of aviation medicine.1956；27（3）：208.

[3]孫慶元.軍用運輸機空中應急離機試驗驗證方案探討[J].飛行試驗，2004，20（1）：25-29.