民用直升機燃油系統獨立性適航條款研究

顧 新，董宏清

(中航工業直升機設計研究所，江西 景德鎮 333001)

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民用直升機燃油系統獨立性適航條款研究

顧 新，董宏清

(中航工業直升機設計研究所，江西 景德鎮 333001)

以適航規章為依據，從基本設計要求、輔助動力裝置燃油系統設計要求以及其他注意事項三個方面解讀燃油系統獨立性適航條款，并結合工程實際給出某型機的符合性分析。為使設計人員了解軍機設計要求與適航要求之間的差異，還將軍機設計要求與民機適航條款進行了對比。

民用直升機；適航；燃油系統獨立性

0 引言

開展直升機適航符合性技術研究，將相關的適航要求轉化為設計、制造以及審定過程中的相關適航設計和驗證要求，對于我國直升機的適航取證具有重要意義。本文以適航標準為依據，對直升機燃油系統獨立性適航要求進行了詳細的解讀。指出了設計中需要注意的問題，并結合工程實際給出相關型號的設計符合性分析。我們還將軍機設計要求與民機適航條款進行了對比，以便設計人員了解軍機設計要求與適航要求之間的差異。

1 適航條款要求

直升機適航取證所依據的規章主要有CCAR27部和CCAR29部[1-2]。其中29部是針對運輸類旋翼航空器的適航標準，燃油系統獨立性相關的條款為29.953條，其內容如下：

“(a)對A 類旋翼航空器必須滿足下列要求：

(1)燃油系統必須滿足第29.903 條(b)的要求；

(2)除非采用其它措施滿足本條(a)(1)的要求，否則燃油系統向每臺發動機供油都必須通過與其它發動機供油系統相獨立的系統供油。

(b)對多發B 類旋翼航空器，每個燃油系統必須滿足本條(a)(2)的要求，然而不必向每臺發動機提供單獨的油箱。”

而27部是針對正常類旋翼航空器的適航標準，相關的條款為27.953條，其內容為：

“(a)對于多發旋翼航空器的燃油系統向每臺發動機供油都必須通過一個與其它發動機供油系統相獨立的系統供油。然而對每臺發動機供油的油箱不必相互獨立。

(b)如果多發旋翼航空器使用單個油箱，則必須滿足下列要求：

(1)對于每臺發動機，要有單獨的油箱出油口，并在油箱每個出油口上設有切斷閥。如果該閥和發動機艙之間的管路中，不會積存可排入發動機艙危險數量的燃油，則該切斷閥也可作為第27.995 條所要求的防火墻切斷閥。

(2)至少有兩個通氣口，它們應設置在被同時堵塞的概率最小的位置。

(3)加油口蓋應設計成使錯誤安裝或在飛行中丟失的概率減至最小。

(4)在該燃油系統中，從每個油箱出口到任一發動機的部件要與向其它發動機供油系統的每個部件相互獨立。”

2 適航條款解析

2.1 基本設計要求

2.1.1 A類設計要求

29.953a(2)要求：除非采用其它措施滿足本條(a)(1)的要求，否則燃油系統向每臺發動機供油都必須通過與其它發動機供油系統相獨立的系統供油。對于該款應理解為：A類旋翼航空器的每臺發動機應有獨立的供油系統，除非采用其他的措施來滿足29.903(b)的發動機隔離要求：

“A 類：發動機的隔離 每架A 類旋翼航空器動力裝置的布置和相互隔離，必須使任一發動機或任一能影響此發動機的系統失效或故障時，不致發生下列情況：

1)妨礙其余發動機繼續安全運轉；

2)除了飛行員正常使用主飛行操縱外，需要任何機組成員立即采取行動(不是對主飛行操縱器件的正常操縱動作)以保證繼續安全運行。”

燃油系統的獨立性要求實際上來自于發動機的獨立性要求，A類旋翼航空器要求每臺發動機供油都有獨立的燃油系統，一般情況下A類旋翼航空器不允許有共用的油箱存在，圖1為A類旋翼航空器可接受的油箱構型。

圖1 A類旋翼航空器可接受的燃油系統構型

但是當每臺發動機都有單獨的貯存油箱，且貯存油箱的容積能維持發動機在OEI功率下工作20分鐘時，則可以使用共有的供油油箱。因此圖2所示的構型是可接受的。

圖2 A類旋翼航空器允許存在公共油箱的情況

注：這里貯存油箱(collector tank)，是指連接油箱，直接向發動機提供燃油的集油油箱，是更直接的供油油箱(Z15型機中，稱為feeder tank)，而不是指發動機供油油箱外的附加貯油油箱(Z15型機中，稱為輔助油箱additional tank)。

2.1.2 B類設計要求

B類旋翼航空器的每臺發動機應有獨立的供油系統，但不要求有獨立的油箱。圖3是B類旋翼航空器可接受的油箱構型。

圖3 B類旋翼航空器可接受的燃油系統構型

2.1.3 正常類旋翼航空器設計要求

正常類旋翼航空器的每臺發動機應有獨立的供油系統，然而不要求每臺發動機有單獨的油箱。但如果使用單獨油箱給一臺以上的發動機供油，則：

1)對于每臺發動機，要提供獨立的油箱出油口，并在每個出油口上設有切斷閥。

2)油箱至少有兩個通氣口，并應將它們設置在被同時堵塞的概率最小的位置上。

3)加油口蓋的設計應保證使錯誤安裝或在飛行中丟失的概率減至最小。

4)從每個油箱出口向任一發動機的供油應與其它向發動機的供油相獨立。

根據上面的要求，正常類旋翼航空器可接受的燃油系統構型如圖4所示：

圖4 正常類旋翼航空器可接受的燃油系統構型

注：按照規章的制訂意圖，當B類旋翼航空器存在一個油箱給一臺以上發動機供油的情況時也應當對油箱出油口、通氣口、加油口蓋作出要求。但是規章并未就B類旋翼航空器的油箱出油口、通氣口、加油口蓋等作出補充規定，此處我們以規章為準。

2.2 輔助動力裝置供油系統設計要求

對于運輸類旋翼航空器，如果其輔助動力裝置需要完成飛行功能，必須有獨立的燃油系統，如圖5所示。

圖5 需要完成飛行功能的APU的供油

而對于不要求完成飛行功能的輔助動力裝置，則不必有獨立的燃油系統，可以通過三通管連接到主發動機的供油裝置上來供油(見圖6)。

圖6 不需要完成飛行功能的APU的供油

如果輔助動力裝置供油系統通過三通管連接到主發動機的供油裝置上，則該輔助動力裝置供油系統中應包含燃油切斷閥。該燃油切斷閥的位置應靠近輔助動力裝置系統與主發動機燃油系統的連接點，并且，輔助動力裝置燃油系統中應包括一個單向閥，如果主發動機燃油系統存在瞬時負壓力，則該閥應能防止燃油倒流，如圖7所示。

圖7 APU切斷閥的位置

適航規章并未就正常類旋翼航空器的輔助動力裝置燃油系統獨立性作出規定。

2.3 其它注意事項

注意確保飛行手冊程序中不允許正常使用違反發動機隔離原則的燃油系統構型[3-4]。圖8中的交輸供油閥在燃油系統的正常運行中是不允許打開的。

當燃油系統部件出現故障時(如增壓泵故障)，通過使用公共燃油通路來保證所有發動機連續安全工作。這種設計是可以允許的，例如當左油箱的增壓泵出故障時，可以通過打開交輸供油閥來確保左發動機正常工作。

對于包含交輸供油特性的供油管路，還必須確保打開交輸供油不得影響發動機的正常工作。例如，如果交輸閥是由一臺發動機供油管路的低壓信號自動操作的，則應該考慮油路的漏油可能造成交輸閥打開并危及兩臺發動機連續安全工作的可能性。對于圖8中情況，如果左邊發動機供油管路漏油，則需要打開交輸供油閥，由右邊油箱給左發動機供油。此時應考慮打開交輸供油閥是否會使右發動機的供油能力不足，從而影響右發動機的安全工作。

圖8 交輸供油的情況

此外，對于正常類旋翼航空器，油箱加油口蓋應當有防差錯設計。通常應當只有一種安裝和鎖緊加油口蓋的方法；設計中應確保在飛行前，目視檢查能確定口蓋的正確安裝和鎖緊。

3 與軍機設計要求對比分析

為使設計人員了解軍民機要求之間的差異，便于后續軍機適航工作的開展，下面我們對燃油系統獨立性相關軍民機條款要求進行對比。軍用直升機目前沒有燃油系統獨立性相關的設計規范，設計中一般參考飛機燃油系統的設計規范。飛機燃油系統設計規范中與燃油系統獨立性相關的規范為GJB 1003A-2006《飛機燃油系統通用規范》。該軍用規范的3.2.1條b項規定：“在多發動機的飛機上，對每一臺發動機通常應提供一個獨立的供油箱和獨立的供油系統。該系統應能切斷向任意一臺發動機(或數臺發動機)供油，而對其余發動機的供油無不利的影響。飛機燃油系統應具有交叉供油能力。”將上述軍機要求與燃油系統獨立性適航條款加以對照、分析，我們建立了燃油系統獨立性軍民機要求對比表，如表1所示。

表1 燃油系統獨立性軍民機要求對比表

注：對于最大重量等于或小于3180kg并且乘客座位數不大于9座的多發旋翼航空器，可以按照27.953條進行審查。但如果申請用于A類運行的型號合格審定則必須符合29.953條的A類要求。

根據表1可知，軍機要求與適航要求內容大致相同：都要求對每臺發動機提供一個獨立的供油系統。軍機要求更側重于性能：要求燃油系統應具有交叉供油能力。適航要求則更側重于安全：不要求具有交叉供油能力，但如果能交叉供油則必須確保不會影響另一臺發動機的供油能力。此外適航要求還考慮了申請人的承受能力，對于不同類型的直升機分別提出要求，而軍機規范則不需要考慮成本，對所有飛機提出同樣的要求。

4 燃油系統獨立性設計實例分析

對于燃油系統獨立性，所采取的符合性方法為MOC1。對于這一條款，局方主要關心從油箱開始到發動機燃油進口之間，各個發動機的供油是否是獨立的。下面我們以AC313型機為例，說明在工程中設計是如何對適航要求進行符合的。

該型機為20座，最大起飛重量13.8噸的大型運輸直升機，應滿足29部E分部中的A類要求，燃油系統獨立性方面適航要求如下：

“(a)對A 類旋翼航空器必須滿足下列要求：

(1)燃油系統必須滿足第29.903 條(b)的要求；

(2)除非采用其它措施滿足本條(a)(1)的要求，否則燃油系統向每臺發動機供油都必須通過與其它發動機供油系統相獨立的系統供油。

(b)對多發B 類旋翼航空器，每個燃油系統必須滿足本條(a)(2)的要求，然而不必向每臺發動機提供單獨的油箱。”

該型機應滿足E分部的A類要求，因此上述b條款不適用。綜上所述，該型機所需要滿足的燃油系統獨立性要求為：“燃油系統向每臺發動機供油都必須通過與其它發動機供油系統相獨立的系統供油。”

該型機燃油系統由發動機供油子系統、油箱子系統、通氣子系統、轉輸子系統及燃油測量子系統等組成，可按飛行剖面的要求，貯存完成飛行任務所需的噴氣燃料，并在直升機的飛行包線內，按照發動機的入口要求，向發動機連續供油。

燃油貯存在三組油箱里，油箱安裝在貨艙地板下的油箱艙內，其中1、2號油箱為前組，供給1號發動機；3、4、5號油箱為中組，供給3號發動機；6、7、8號油箱為后組，供給2號發動機和APU。每組油箱和油箱艙都有各自的通氣系統與大氣相通，使油箱內、外壓力平衡，保證系統正常工作。每組油箱有一個主油箱，其它油箱中的燃油通過油箱底部的連通管輸送給主油箱，在2#、3#、6#主油箱內設置一個供油箱，通過供油箱內的兩臺增壓泵將燃油輸送給發動機。

供油系統由三條供油管路及其成﹑附件組成，每條管路向所對應的一臺發動機和APU供油。燃油經增壓泵、單向活門、防火開關、APU切斷閥、APU增壓泵等附件供給發動機和APU。而輔助動力裝置不要求完成飛行功能，無需獨立的燃油系統。根據上述分析可知，該設計方案確保了每臺發動機有獨立的供油系統，滿足了燃油系統獨立性適航要求。

5 總 結

本文對直升機燃油系統獨立性適航要求進行了詳細解讀，指出了設計中需要注意的事項，進行了燃油系統設計符合性分析，還將適航要求與軍機設計要求進行了比較分析。對直升機設計、制造、審定人員具有一定的參考和指導價值。

[1] 中國民用航空總局，編. 中國民用航空規章第27部正常類旋翼航空器適航規定[S] . 2002.

[2] 中國民用航空總局，編. 中國民用航空規章第29部運輸類旋翼航空器適航規定[S] . 2002.

[3] FAA. Advisory Circular No:29-2C Certification of Transport Category Rotorcraft [S]. America: Federal Aviation Administration,2014.

[4] FAA. Advisory Circular No:27-1b Certification of Normal Category Rotorcraft [S]. America: Federal Aviation Administration,2014.

The Study on Civil Helicopter Fuel System Independence

GU Xin, DONG Hongqing

(China Helicopter Research and Development Institute, Jingdezhen 333001，China)

On the basis of airworthiness regulations ,the understanding of fuel system independence was discussed .Then we took certification type helicopter as an example to show that how the requirement was met. The difference between military specification and airworthiness regulations was also discussed .

civil helicopter; airworthiness; fuel system independence

2015-01-21

顧 新(1988-)男，江蘇鹽城人，碩士，助理工程師，主要研究方向：民用直升機適航，系統安全性分析。

1673-1220(2015)04-034-04

V221+.91

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