民用飛機液壓系統對CCAR25.671（d）條款適航驗證方法研究

周亮

摘 要：根據CCAR25.671（d）規定飛機設計必須使其在所有發動機都失效時仍可操縱的要求，如果表明分析方法是可靠的，則可以通過分析來表明滿足本要求。某民用飛機對其液壓系統提出了采用分析計算（MOC2）、安全性評估（MOC3）和試飛（MOC6）等符合性方法進行適航驗證的思路。提出了具體的實施方法和關鍵技術路徑，此方法經過CAAC型號合格審定驗證，結果有效，該方法為驗證民用飛機液壓系統對CCAR25.671（d）條款的符合性提供了詳細的解決方案，可供相關型號研制提供參照和借鑒。

關鍵詞：CCAR25.671（d） 液壓系統 適航 符合性方法

中圖分類號：V22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（a）-0067-02

液壓系統作為現代民用運輸類飛機的關鍵系統之一，為機上飛行操縱系統（通常包含主飛行控制系統和高升力系統）提供液壓動力能源。飛行操縱系統的工作性能直接受液壓能源系統失效狀態與等級的影響。當所有發動機都失效時，通常主液壓系統會喪失功能，相應配置的飛行操縱系統也會隨之喪失安全裕度或功能受限。因此，對飛機可操縱性的評估需要液壓系統深入評估在所有發動機都失效時系統狀態參數和響應特性。通常需要采用不同類型的評估方法進行聯合驗證。

該文以某民用飛機的液壓系統為例，從適航條款的要求開始，結合發動機失效狀態影響評估結果，提出了采用分析計算（MOC2）、安全性評估（MOC3）和飛行試驗（MOC6）方法（飛行試驗通常可結合主飛控系統相關試飛科目一同執行）驗證其對CCAR25.671（d）條款符合性的驗證思路。

1 適航條款要求

從條款的內容上來看：對于液壓系統而言，在所有發動機都失效的狀態下，剩余液壓能源的作用是保證從失效狀態到恢復動力源（失效狀態）期間的飛行操縱系統保證最小飛行操作所必須的功能。因此，條款對于液壓系統的要求就轉化為：確保失效期間剩余液壓能源可以確保飛機的飛行安全所必須的最小操作動作可以實現。此外，在應急動力源生效期間，液壓能源不會額外產生降低飛行安全的情況。雖然條款主要是針對飛機的飛行操縱系統，但是液壓系統作為主要的二次能源系統，在整個失效期間作為確保飛行安全的關鍵系統，可操縱的要求仍然適用。從條款的內容上看，分析的方法是必不可少的，通常可以從以下兩個方面去分析：

（1）考慮在所有發動機失效的狀態下，備用系統從接收到啟動指令到完成啟動需要實際消耗的時間，在此期間飛機不會對飛行員造成額外的體力負擔，也不需要飛行員接受特定駕駛技能的培訓。另外，在航線飛行員接受指令或按照手冊進行重新啟動發動機的時間間隔內，飛機的狀態依然可控（可操縱狀態）。

（2）對于飛行操縱系統而言，主要的動力源是液壓能和電能，需要通過分析或評估方法進行判定，在所有發動機失效期間，飛機可以提供充足的液壓能源和電能。還應該通過飛行試驗的方法表明：備用系統可以提供足夠的液壓能和電能。飛行試驗所采取的試飛方法應該考慮航線實際運營的飛行限制和安全飛行所需的盡量低的飛行速度。

2 發動機失效的影響分析

2.1 發動機失效對飛機的影響

某民用飛機在所有發動機失效后，在備用系統正常啟動期間，液壓系統供壓能力和電源系統供電能力是缺失的。

正常工況下，飛機由左、右發電機（IDG）分別向左、右交流匯流條供電。當兩臺發動機同時失效時，兩臺IDG無法供電，飛機可由備用電源輔助動力裝置（APU）供電。如果APU也發生故障，則由沖壓空氣渦輪（RAT）為機上部分重要設備供電。而飛行操縱系統屬于飛機喪失正常電源后需應急供電的重要系統，因而該文對所有發動機失效后飛機由RAT供電情況進行分析。

液壓系統由三套獨立的系統構成。通常情況，三套液壓系統單獨為各自的液壓用戶提供液壓能源。當所有發動機失效時，1#和2#液壓系統失去提供液壓能源的功能，飛機僅能通過3#液壓系統為飛行操縱系統提供液壓能源[1]。

2.2 發動機失效對飛機操縱性的影響

在發動機失效后，飛機的安全性發生很大下降，飛行操縱系統由于其上游系統的能源供給出現問題而失去冗余和相應安全裕度。結合某民機飛行操縱系統配置和對應上游能源系統（含液壓系統和電源系統）接口關系，得出在所有發動機失效后飛機操縱性的影響如下：

（1）雙發失效后，左側副翼及左側升降舵的漂浮會導致飛機各個方向操縱效率的降低。

（2）由于左側升降舵和左側副翼漂浮會同時使飛機產生明顯向左的滾轉力矩，將會明顯地增加飛機橫向操縱的難度。

（3）由于左副翼及升降舵的漂浮度數始終隨著飛行狀態的變化而變化，這將使飛行員操縱飛機的難度加大。

3 符合性驗證方法描述

3.1 MOC2 分析計算驗證方法

通過計算分析的手段，需要計算出應急液壓系統對應的飛行操縱用戶的舵面能力和運行限制，評估舵面的操縱特性是否能夠滿足適航要求。同時也需要分析得出在失效狀態期間的液壓系統的剩余能力是否可以滿足飛行最小操縱的要求（如舵面是否發生漂浮，舵面偏轉所需流量是否可以滿足）。需要計算整個失效過程各個環節的延時和信號流轉間隔，并將結果通過飛行試驗進行驗證，以便修正模型。

相應的對于液壓系統而言，分析計算的重點應集中在：根據飛行操縱系統舵面運動的流量需求，計算從所有發動機失效失去交流電源開始到RAT啟動并提供穩定的電源供給以確保備用泵啟動期間，應急液壓能源系統蓄壓器的保壓能力可以滿足要求。該分析計算過程需要著重關注以下幾點內容：

（1）主液壓能源系統失效期間，飛行操縱系統設定的舵面操縱量需要盡可能明確，數據應建立在前期工程模擬器試驗的基礎上。

（2）應急液壓能源系統的計算應考慮全飛機生命周期內預定的飛行工況下用戶的內部泄露。

（3）保壓能力計算應考慮相關控制信號傳輸的延時和邏輯運算時間。

3.2 MOC3 安全性評估驗證方法

安全性評估的出發點是：考慮最嚴酷工況，如發生所有發動機失效狀態，疊加導致備用系統失效的概率。同時還要考慮液壓系統失效和發動機失效的可能組合情況，給備用系統或失效期間的系統和設備的安全性指標提出要求，在設備選擇和安全性指標分配的過程中就要考慮這種故障組合。最后給出綜合的安全性分析判定設計選擇是考慮所有發動機失效狀態以及液壓系統失效嚴酷工況的。

對于液壓系統而言，可采用故障樹（FTA）的方式進行概率分配和評估，同時應結合可能的燃油耗盡、發動機轉子爆破、發動機鳥撞和其他一系列可能的導致所有發動機失效的情況進行疊加分析。

3.3 MOC6 試飛驗證方法

液壓系統MOC6故障模擬試飛是建立在飛行模擬器先期試驗和基礎上。根據分析和模擬器試驗情況制定詳細的試飛方案和相關試飛改裝方案。飛行試驗時，通過設置相關故障情況，模擬飛機處于設定故障條件下，對飛行操縱系統的狀態和響應進行考察，隨后恢復故障，成功后返場著陸。

3.3.1 故障模擬方法

試飛改裝方案主要是對液壓系統主泵出口管路進行改裝（增加切斷閥），并在駕駛艙中加裝開關和監控畫面。能夠實現在試飛時切斷1#和2#液壓系統供壓，模擬只有3#液壓系統向用戶供壓的情況。同時左、右和APU發電機開關模擬電源故障。在3#液壓系統備用泵正常工作前，只有應急蓄壓器向用戶供壓。手動釋放RAT。試驗結束后，依次恢復電源和液壓能源。

3.3.2 試飛條件

（1）發動機狀態：空中Idle狀態。

（2）試驗高度：確保試飛中不能恢復動力時能夠安全返場，通過性能分析計算，對于指定的試驗機場應在規定的高度以上結束試飛。

（3）速度：試飛開始后，首先選擇巡航構型。在模擬進場和著陸過程中，飛行速度不小于RAT工作供電的最小飛行速度。

（4）坡度：模擬失效狀態時，高度裕度應保持足夠，同時應選擇小坡度轉彎。

（5）飛行試驗點參數：參見表1。表中每個參數的值均需要進行反復計算和模擬分析。

①按正常程序起飛至預定高度后，保持穩定平飛；

②先后關閉液壓系統除與發動機直接關聯的所有備用泵；

③先后切斷左、右IDG以及APU發電機供電功能；

④使用故障模擬裝置對主液壓泵進行故障模擬；

⑤手動放下RAT，確認RAT放下并提供應急電源，飛機保持平飛姿態；

⑥操縱飛行操縱系統，執行預定的小機動操作，模擬進場和著陸；

⑦確認飛機各系統狀態后，依次恢復IDG供電，并恢復液壓主泵供壓；

⑧確認飛機正常后，結束試驗。

3.3.3 可接受判據

在模擬雙發故障失效期間，液壓能源系統應急蓄壓器輸出壓力曲線能夠保證飛行操縱用戶的壓力需求。

4 結語

該文對CCAR25.671（d）條款的對于液壓系統的適用性和要求進行了詳細說明，給出了建議的評估方法和流程，分析了所有發動機失效故障對某民用飛機操縱性能的影響。從驗證液壓系統對該條款適航符合性的角度，分別提出了采用分析計算（MOC2）和安全性評估（MOC3）符合性驗證方法的要點，同時給出了采用試飛（MOC6）手段的驗證方案。該方法為驗證液壓系統對CCAR25.671（d）的符合性提供了解決思路。后續機型在開展相關方面的適航驗證工作時可以參考和借鑒。

參考文獻

[1] CCAR-25-R3 運輸類飛機適航標準[S]. 北京：中國民用航空局，2001.

[2] 李亞男，王偉達，王興波.民用飛機飛行操縱系統對CCAR25.671（d）條款符合性的適航驗證方法分析[J]. 民用飛機設計與研究，2011：62-66.