翼身融合體飛機(jī)客艙布局適航符合性問(wèn)題探討

摘 要：該文主要目的是探究翼身融合構(gòu)型下，民用飛機(jī)客艙潛在的安全性缺陷，明確其與現(xiàn)行適航條例的偏離，并嘗試找到可行的解決辦法，以提高客艙安全性。本文基于BW-11飛機(jī)客艙布置，通過(guò)分析客艙各個(gè)參數(shù)，進(jìn)行適航條款要求符合性驗(yàn)證，以期能夠得到在BWB構(gòu)型下客艙的適航偏離項(xiàng)目。同時(shí)通過(guò)審閱適航條款的發(fā)展歷史以及FAA和EASA發(fā)布的AC通告、偏離批準(zhǔn)等資料，明確相關(guān)條款要求的真正目的，從而提出相關(guān)解決問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：BWB 客艙布局 BW-11 適航安全性

中圖分類(lèi)號(hào)：V211.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（b）-0137-03

翼身融合體飛機(jī)（BWB Blended-Wing-Body）是一種非常適合超大型載客和載貨的飛機(jī)。由于翼身融合，所以可以在提供超過(guò)同級(jí)別常規(guī)布局飛機(jī)15%～30%的載客量，同時(shí)降低使用成本。其特點(diǎn)是的整個(gè)飛機(jī)都提供升力，使得其氣動(dòng)效率大大提高。在20世紀(jì)八九十年代，針對(duì)日益高漲的燃油費(fèi)用和對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，各大航空器制造商和研發(fā)機(jī)構(gòu)都對(duì)BWB飛機(jī)開(kāi)展研究，并推出了眾多概念設(shè)計(jì)方案。但是由于其遠(yuǎn)遠(yuǎn)不同常規(guī)圓筒形飛機(jī)，一系列的技術(shù)難點(diǎn)和適航風(fēng)險(xiǎn)，使得大部分的制造商和研發(fā)機(jī)構(gòu)都中止了相關(guān)研究。然而近年來(lái)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，發(fā)展中國(guó)家對(duì)民用航空需求的日益增加，BWB飛機(jī)具備的巨大潛力使得其有可能成為下一代超大型運(yùn)輸飛行器，因此對(duì)其存在的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)也是值得我們?nèi)パ芯康摹?/p>

1 BW-11飛機(jī)客艙布局

BW-11客艙布置

BW-11是克萊菲爾德大學(xué)飛行器設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)2011級(jí)的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。作為A380的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)型，BW-11采用翼身融合構(gòu)型和渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)。作為新一代超高載客量和主航線飛機(jī)，BW-11飛機(jī)可以以360kts的速度巡航9200nm。目標(biāo)投入運(yùn)營(yíng)時(shí)間是2020—2030年[1]。BW-11全經(jīng)濟(jì)級(jí)和混合級(jí)客艙布置如圖1、圖2所示。該文的適航符合性主要針對(duì)全經(jīng)濟(jì)級(jí)布局中的上層客艙進(jìn)行。

相關(guān)客艙數(shù)據(jù)如表1所示。

2 BWB飛機(jī)適航難題

由于BWB飛機(jī)客艙的不同與傳統(tǒng)飛機(jī)，基于現(xiàn)有適航條款進(jìn)行符合性驗(yàn)證時(shí)，將會(huì)面臨諸多問(wèn)題。能否解決這些問(wèn)題將是飛機(jī)能否取得TC的關(guān)鍵。

2.1 出口的均勻性

適航條例25.807（e）條規(guī)定，考慮旅客區(qū)域，客艙出口的分布應(yīng)盡可能的均勻。[2]根據(jù)FAA AC25.807-l的解釋?zhuān)摋l款的主要目的是在應(yīng)急撤離時(shí)，提供合理的撤離途徑抵達(dá)出口。因此，在設(shè)計(jì)客艙布局時(shí)應(yīng)仔細(xì)斟酌旅客的分布，出口的位置和出口的類(lèi)型。[3]

由于BWB飛機(jī)特殊構(gòu)型，機(jī)身中段被機(jī)翼占用，后部經(jīng)常布置發(fā)動(dòng)機(jī)和其他設(shè)備，所以合適的出口基本只能布置在機(jī)身前段。

但是根據(jù)FAA AC推薦的計(jì)算方法計(jì)算BW-11客艙均勻性，后部旅客區(qū)域的旅客人數(shù)大大超過(guò)了出口限制人數(shù)，同時(shí)后部出口的偏離度為24.8%～27.3%，超過(guò)適航限定的15%。

因?yàn)楝F(xiàn)有條款都是基于傳統(tǒng)長(zhǎng)條形機(jī)身的飛機(jī)，因此，在計(jì)算原則和計(jì)算方法都是適用于傳統(tǒng)構(gòu)型飛機(jī)。對(duì)于BWB構(gòu)型的飛機(jī)，其長(zhǎng)度與寬度基本相同，因此很難符合現(xiàn)有條款。

根據(jù)AC，該條款主要是為了避免由于旅客的不均勻，旅客擁堵在出口導(dǎo)致撤離時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。因此如果BWB構(gòu)型能夠證明有足夠的措施保證撤離的高效，那么適航就有可能對(duì)此進(jìn)行更改計(jì)算方法或者批準(zhǔn)偏離。

2.2 出口間距離

25.807 f（4）條款于1989年第一次引入，但是在25-88號(hào)修正案中被刪除，然而在1998年25-94號(hào)修正案中又重新引入。[4]

根據(jù)1987年B747的報(bào)告，該條款主要目的是防止一些航線和運(yùn)營(yíng)商拆除一對(duì)應(yīng)急出口以減輕重量。FAA認(rèn)為這個(gè)更改將會(huì)降低某些情況下飛機(jī)的安全等級(jí)，因?yàn)楦L(zhǎng)的應(yīng)急出口距離將會(huì)增加撤離時(shí)間和乘客受傷的可能性。因此在征求了公眾和行業(yè)內(nèi)的意見(jiàn)，這條要求被重新引入。[5]

在EASA批準(zhǔn)的對(duì)公務(wù)機(jī)偏離符合報(bào)告中，EASA解釋該條目可以是旅客不能被安置在離最近的出口超過(guò)30 feet的地方[6]。在傳統(tǒng)的飛機(jī)構(gòu)型，兩個(gè)要求是基本一致的。

在BWB飛機(jī)構(gòu)型，即使出口之間距離不超過(guò)60 feet，由于客艙寬度增加，當(dāng)坐在一邊的乘客要使用另一邊的出口時(shí)，客艙寬度將大大增加乘客與出口的距離，使其超過(guò)30feet。在BW-11飛機(jī)構(gòu)型中，乘客離其最近的出口的距離最遠(yuǎn)可以到60 feet。因此在BWB飛機(jī)構(gòu)型想要取證適航證，必須證明其客艙安全。

其中一個(gè)辦法是在任何情況下，飛機(jī)可以使用全部的應(yīng)急出口撤離，這樣就使的客艙一側(cè)的旅客不需要跨過(guò)整個(gè)客艙進(jìn)行撤離，使得撤離距離大大降低，同時(shí)也由于旅客分流，整個(gè)撤離時(shí)間將會(huì)極大的降低。但是這不符合適航假設(shè)的，在應(yīng)急撤離情況下，只有50%的應(yīng)急出口可用。飛機(jī)制造商必須證明，其設(shè)計(jì)可以滿足在所有極端的情況下，出口都是安全可用的，但是這對(duì)整個(gè)艙門(mén)系統(tǒng)將是極大的考驗(yàn)。

另一個(gè)辦法是提高旅客在客艙行進(jìn)的速度，降低其撤離時(shí)間，使其更快的到達(dá)出口撤離。更寬的過(guò)道和其他輔助撤離設(shè)施的運(yùn)用也許可以達(dá)到這一點(diǎn)。

由于現(xiàn)有適航條例的限制，對(duì)BWB飛機(jī)該條款偏離符合性審查肯定是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)，由于沒(méi)有先例可循，所需時(shí)間和金錢(qián)也是難以估計(jì)的。

2.3 應(yīng)急出口通路

在1992年，該條款第一次引入修正案25-67中。條款要求當(dāng)客艙有多于一個(gè)的主通道，應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)20 inch無(wú)阻礙的橫向通道，直接通往各Type A or B出口[2]。橫向通道的主要目的是為了幫助乘客從一個(gè)主通道移動(dòng)到另一個(gè)主通道。以維持兩條人流通往出口。

但是針對(duì)BWB構(gòu)型，客艙出口大部分集中在客艙前段，如果依照適航要求，橫向通道會(huì)將客艙前段劃成碎片，如圖4所示，造成客艙利用率很低。

橫向通道的主要目的是維持雙通道飛機(jī)撤離時(shí)，乘客都是先沿主通道撤離，然后通過(guò)橫向通道通往撤離出口，維持撤離時(shí)的雙通路。因此在BWB飛機(jī)構(gòu)型中，合并相鄰的橫向通道，使其可以承受1股以上的撤離人流，讓旅客接近出口后再分離，已達(dá)到原來(lái)多個(gè)橫向通道同樣的撤離效率。同樣，乘組的指揮和清除的指示牌也可以幫助提高撤離速度。這個(gè)偏離同樣需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，并且需要適航當(dāng)局的批準(zhǔn)。

2.4 90s應(yīng)急撤離

1965年，應(yīng)急撤離的要求第一次引入適航要求FAA 121部。條款要求公司在接收一個(gè)新型號(hào)飛機(jī)或者客艙構(gòu)型時(shí)，必須在全尺寸地面試驗(yàn)中，展示飛機(jī)的撤離能力。開(kāi)始時(shí)，時(shí)間限制是120s，幾年后降為了90s并且增加了一些細(xì)節(jié)要求，例如撤離者的年紀(jì)和性別要求，環(huán)境亮度等。同時(shí)，制造商在申請(qǐng)新飛機(jī)TC時(shí)，必須進(jìn)行完整的應(yīng)急撤離試驗(yàn)演示。1989年，F(xiàn)AA提供了一份90s應(yīng)急撤離演示實(shí)驗(yàn)的指南，幫助制造商確定是否進(jìn)行分析或者試驗(yàn)。在25部中，附錄J介紹了整個(gè)試驗(yàn)的流程。[4]

該條款只是要求申請(qǐng)TC的新飛機(jī)，都必須完成90s撤離演示，無(wú)論是傳統(tǒng)飛機(jī)還是BWB構(gòu)型。但是由于前面提到的BWB構(gòu)型的不利因素，都將影響最后90s試驗(yàn)的結(jié)果。航空業(yè)內(nèi)也普遍認(rèn)為90s撤離是BWB的一大挑戰(zhàn)。

客艙安全一直都是適航當(dāng)局重關(guān)注點(diǎn)和不會(huì)妥協(xié)的項(xiàng)目。但是全尺寸撤離演示實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)花費(fèi)頗巨且危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)。空客花費(fèi)了4年時(shí)間和幾百萬(wàn)美元在A380的應(yīng)急撤離演示上[7]。一旦試驗(yàn)失敗，將極大地影響項(xiàng)目進(jìn)度和造成破壞性的影響，因此軟件模擬撤離應(yīng)運(yùn)而生。軟件模擬將幫助設(shè)計(jì)師在飛機(jī)被制造前就可以模擬試驗(yàn)過(guò)程，找出潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行修正，避免飛機(jī)在最后時(shí)刻的失敗。

3 結(jié)論

在仔細(xì)分析BW-11客艙適航符合性時(shí)，由于客艙特殊性，導(dǎo)致一系列的適航條款需要進(jìn)行偏離符合性論證，這其中的風(fēng)險(xiǎn)也是進(jìn)行BWB飛機(jī)研發(fā)前需要仔細(xì)考慮和斟酌。該文所提出的一些解決措施，只是一些前期設(shè)想，還需要進(jìn)一步模擬和試驗(yàn)才能真正用于型號(hào)適航驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

[1]P. H. Smith.Advanced Blended Wing Body High Capacoty Airliner BW-11 Project Specification[M].Department of Aerospace Engineering， Cranfield University， 2011.

[2]EASA， Certification Specifications and Acceptable Means of Compliance for Large Aeroplanes CS-25 Amendment 14[S].European Aviation Safety Agency， 2013.

[3]FAA.AC 25.807-1 - Uniform Distribution of Exits[EB/OL].（2014-02-21）[2014-06-30].http：//www.faa.gov/regulations_policies/advisory_circulars/index.cfm/go/document.information/documentID/22318.

[4]FAA.Transport Airplane Cabin Interiors Crashworthiness Handbook[EB/OL].（2009-05-18）[2014-08-12].http：//www.faa.gov/regulations_policies/advisory_circulars/index.cfm/go/document.information/documentID/74596.

[5]T. TAYLOR.latimes.com[EB/OL].（1987-12-13）[2014-06-20].http：//articles.latimes.com/1987-12-13/travel/tr-28328_1_jet-passengers.

[6]EASA.Proposed Deviation for Distance between emergency exits Applicable to Large Aircraft Transport Category –VIP cabin configuration[J]. EASA， 2008.

[7]A. Fanchannel.“Youtube，” Airbus[EB/OL].（2012-03-25）[2014-05-25]http：//www.youtube.com/watch？v=FhWVZaQbWD8.