淺談ETOPS型號設計批準要求

岳寧 張龍

ETOPS為Extended-range Operations的縮寫，中文翻譯為：延程運行。ETOPS是國際民航管理機構專門為了保證雙發飛機安全飛行而提出的一項特別的要求，指的是在飛機的運行航路上有一點到合適機場的距離，超過單發巡航速度狀態下60分鐘飛行（以雙發渦輪為動力的飛機）或超過一臺發動機失效狀態下180分鐘飛行（以兩臺以上渦輪發動機為動力的飛機）的運行。在確定航程時，假設飛機在標準條件下靜止大氣中以經批準的一臺發動機不工作時的巡航速度飛行，在規定時間內飛抵最近的備降機場，這就是通常所說的ETOPS要求。

比如，獲得“180分鐘ETOPS”就是指飛機單發失效的情況下飛往備降機場所規定的時間不能超過180分鐘。這樣就要求該飛機在航路選擇上應滿足要求。ETOPS主要應用在跨洋飛行，因為此時可供選擇的備降機場較少，如果沒有ETOPS能力，意味著飛機需要選擇盡量靠海岸線的航路飛行，以確保安全。簡單而言，ETOPS能力越強，意味著航空公司可以利用雙發飛機開辟更多的直飛跨洋航線。ETOPS的目的是提供高水平的安全性，便于雙發飛機不受先前的限制與四發和三發飛機一樣續航。

ETOPS型號設計的由來

為保證航空公司的ETOPS運營要求，飛機制造商應將ETOPS納入其設計目標，由適航當局依據其設計目標對提交型號合格審定的飛機，做適當高于其適用適航標準要求的審定。1953年，美國聯邦航空管理局（FAA）頒布的條例FAR121.161中明確規定，除非有FAA的批準，否則不允許雙發或三發飛機在距途中備降機場單發飛行時間超過60分鐘的航線上飛行，國際民用航空組織（ICAO）采取了類似的規定。

20世紀50到60年代，普惠公司JT8D系列發動機安裝的波音727系列、波音737系列上，可靠性明顯提高，1964年，FAA取消了三發飛機的“60分鐘限制”。1974年，空客A300寬體客機，首次裝備了高涵道比CF6-80系列發動機，空客提出了“90分鐘改航時間”，這也得到ICAO的認同。

對第121.161條的首次偏離是1977年，在加勒比海放行了75分鐘的ETOPS。1985年，作為對工業界希望獲得更長偏離允許美國至歐洲的飛行的回應，FAA頒布咨詢通告AC120-42，規定了獲得最高120分鐘ETOPS偏離的批準流程。該AC于1988年改版為AC120-42A，延長了最大偏離時間至不超過180分鐘。

AC120-42A中型號設計批準的授予包括兩部分流程。首先，FAA確定候選飛機發動機組合滿足飛機改航過程中安全運行的設計標準。其次，FAA評估該飛機發動機組合服役中空中停車（IFSD）和其他重要飛機系統故障。該AC要求在進行上述評估之前需積累25萬發動機小時的服役經歷。隨著波音777飛機的出現，FAA引入了一種方法，使申請人可以不具備AC120-42A中所要求的服役經歷就能夠獲得ETOPS型號設計批準。這種方法被稱為“早期ETOPS”批準流程，并針對波音777飛機制定了專用條件。

作為對工業界要求在AC120-42A最長180分鐘改航時間的基礎上增加15%延程的回應，FAA于2000年頒布了ETOPS政策信函EPL20-1，207分鐘ETOPS運行批準準則，允許在北太平洋地區進行最大207分鐘改航時間的航線運行。這一額外的運行授權僅限于由于天氣或其他情況預期航線上正常180分鐘改航機場不可用時，但這種情況很少發生，且要具體問題具體對待。為了符合該額外運行批準的要求，該政策信函針對已批準180分鐘ETOPS的飛機制定了一些額外的設計規定。

20世紀90年代末，FAA認為不能再繼續通過運行法規的特殊批準來管理ETOPS，同時也認識到ETOPS政策中的某些方面和流程應該是對所有長航程運行，包括多于雙發的121部載客飛機的運行和135部的運行。因此，FAA將很多原來只適用于雙發飛機運行的ETOPS型號設計和運行實踐合成了新的運行法規，制定了最大改航時間超過180分鐘的雙發飛機設計和全時運行標準。

FAR25部于2007年修訂，將AC120-42A中的設計標準、波音777飛機專用條件中的早期ETOPS方法和為207分鐘制定的政策法律化。此外，該規章允許雙發飛機獲得超過180分鐘最長改航時間的ETOPS批準。

FAA對ETOPS型號設計批準的要求

ETOPS審定與飛機多個系統相關，并涉及多部規章，如FAR21部、FAR25部（25.1535和附錄K等）、FAR33部（33.201）等。其中，25.1535要求每個尋求ETOPS型號設計批準的申請人符合25部附錄K的規定。25.1535是一個“指引”條款。因為ETOPS型號設計批準是可選擇的，其審定要求包含在CFR的附錄中。

FAA對型號的ETOPS設計要求主要考慮以下方面：符合25部的ETOPS考慮，包括ETOPS場景、飛機系統安全性評估等;人為因素，考慮在申請批準的最長改航時間內，連續運行過程中由于失效對機組工作量，運行方面的因素和機組與乘客的生理需求的影響;結冰條件下的運行;電源供給;時間限制系統;飛機燃油系統設計;低燃油量警告;APU設計;發動機狀態監控;構型維護程序文件;飛機飛行手冊。

對于雙發飛機，FAA為申請人提供了三種方法來獲得飛機和發動機組合的批準，分別是“服役經歷方法”、“早期ETOPS方法”和“服役經歷和早期ETOPS相結合的方法”。

服役經歷法是基于對候選飛機發動機組合的設計和服役經歷的評估，來確定飛機系統具有延程運行的能力和可靠性。此外，必須通過對空中停車率的測量證明推進系統的可靠性水平是可接受的。該方法主要評估內容有：世界機隊經驗的積累、空中停車率、推進系統評估、飛機系統評估和飛機飛行試驗。

早期ETOPS方法定義了比正常在25部下頒發新型號合格證更嚴格的分析和試驗要求。額外的分析和試驗用于補償通常一架使用傳統方法審定的新飛機在服役2年后才能達到的設計成熟度。這種方法允許FAA對一架新飛機進行ETOPS批準，而無需服役經歷方法中的服役經歷。該方法主要評估內容有：相關經驗評估、推進系統設計、維護和運行程序的驗證、推進系統驗證試驗、新技術試驗、APU驗證試驗、飛機演示、問題跟蹤和解決系統。

服役經歷和早期ETOPS相結合的ETOPS批準方法，是使用服役經歷方法中至少15000世界機隊發動機小時的服役經歷，來代替早期ETOPS方法所要求的飛機演示試驗。所有其他早期ETOPS方法的要求均適用，包括問題跟蹤和解決系統的要求。

EASA對ETOPS型號設計批準的要求

歐洲航空安全局（EASA）對ETOPS審定要求主要見適航規章CS25.1535，其要求是符合CS25部中與最大持續飛行和最長改航時間相關的要求，并考慮機組人員工作量和使用限制及飛行機組人員和乘客在最長改航時間內的生理需求。頒布于2010年12月的可接受的符合性方法AMC20-6《雙發飛機ETOPS合格審定和運行》為根據CS25部進行ETOPS審定給出了詳細的指導，其核心內容有：一般考慮、型號設計批準考慮、運營批準考慮、推進系統可靠性評估、飛機系統可靠性評估、使用限制、飛行準備和飛行中程序、ETOPS培訓大綱、典型ETOPS使用手冊附件、持續適航性考慮等。在型號設計批準考慮方面，AMC20-6給出了詳細要求和指導方法：

1）可靠性確認方法。主要有兩種：服役經歷方法和早期ETOPS方法。

2）推進系統可靠性評估方法。在ETOPS審定過程中有兩種方法，一是通過積累服役經驗（新發動機型號應有100000發動機小時數，衍生型發動機應有50000發動機小時數，3000到4000小時數是顯示故障區域的必要時間）證明穩態可靠度。二是通過TC或STC持有人與適航當局關于設計、試驗和分析達成的協議表明符合性（可接受的早期ETOPS合格審定計劃和推進系統確認試驗）。推進系統有多大程度上是以前安裝于獲得ETOPS批準飛機上的推進系統的衍生型，也是成熟度水平的重要因素。

為確保批準ETOPS的推進系統必須足夠可靠以確保滿足定義的安全性目標，AMC給出了風險管理要求和風險模型。如對于最大批準改航時間為180分鐘或更短的ETOPS，對現代固定翼噴氣飛機的使用情況統計表明災難性事故率為0.3×10-6每飛行小時。批準的飛機型號的可靠度至少應和同等的技術設備相同。因此，0.3×10-6每飛行小時被選作低于180分鐘ETOPS批準的安全性目標。考慮到安全性目標，可接受的方法是將總體目標分配給潛在的影響因素。由于獨立原因導致的推力完全喪失造成的災難性事故概率應低于0.3×10-8每飛行小時。使用ICAO頒布的計算發動機空中停車率，總結上述安全性目標和事故統計，得出了目標發動機空中停車率和最大改航時間之間的關系。

3）飛機系統可靠性評估。飛機系統要求符合§25.1309，評估需要世界機隊數據和來自于多個方面（如使用方、型號合格證或補充型號合格證持有人、原始設備制造商等）的數據，核心工作是根據§25.1309進行系統安全性評估（SSA）。

4）ETOPS型號設計的評估準則。申請人應基于工程和使用考慮及可接受的失效安全方法對失效及失效組合進行評估，參考以下準則：飛機系統應表明符合§25.1309，推進系統應符合§25.901，轉子爆破影響符合§25.903，APU安裝應滿足規章要求，燃油系統滿足§25.951和§25.955要求，應證明剩余的能源（電氣、液壓和引氣）能夠保證ETOPS運行等，這與FAA類似。

5）應對推進系統及飛機相關系統開展失效影響和可靠性分析。

6）失效條件的評估。應考慮：系統性能、失效概率和機組人員工作復雜度的變化，初始失效條件的直接影響的影響因子，進行發動機失效或電源失效條件下的飛行試驗，安全性評估應考慮單個或多個系統失效的飛行后果。

波音和空客典型型號ETOPS現狀及發展

自1985年起，以波音和空客為代表的民用飛機研制單位不斷有型號通過ETOPS審定。首先通過ETOPS審定投入運營的飛機型號是空客A310（新加坡航空公司）和波音767（環球航空公司）。

以波音為例，波音767飛機先后于1985年和1989年被FAA批準120分鐘和180分鐘ETOPS。具有代表性的波音777飛機于1990年申請合格證，FAA制定SC，其在安全性設計、試驗等方面提出了比一般ETOPS更嚴格的要求，如發動機振動試驗、APU演示試驗，最嚴格的發動機3000循環和飛機1000ETOPS飛行循環驗證演示。航空公司參與波音777飛機的設計和試驗，參與1000循環驗證計劃及至少有90個循環由該航空公司運行和維護。目前以波音和空客公司為代表的民用飛機制造商的雙發型號基本都通過ETOPS審查，尤其是波音777改進型和波音787等新投入運營的型號，其ETOPS目標都高于適航規章要求。

空客公司針對現行ETOPS條例，提出了遠程飛行LROPS（Long Range Operations）概念，他們認為ETOPS存在弊端和不足之處，在ETOPS航路上那些用于緊急情況下的改航機場往往處于偏僻地帶，地面設施無法滿足應急要求，同時這些改航機場經常關閉，也會給ETOPS運行帶來很大的安全隱患。LROPS概念針對所有飛機，與發動機的數量無關。空客認為最近的備降機場不一定是最安全的，希望LROPS把飛行長度、改航時間、機場天氣和設備包括進來，根據改航機場的完整性將它們重新分類為極端的、苛刻的和良性的，以供機組根據具體情況選擇。飛行LROPS為ETOPS的發展提供了新的方向。