某型民用飛機燃油系統(tǒng)支持CS 25.302條款驗證的探討

熊晉

【摘 要】按照CS 25.302條款的要求，民用飛機在進(jìn)行結(jié)構(gòu)強度驗證時，需要考慮飛行控制系統(tǒng)、自動飛行控制系統(tǒng)和燃油管理系統(tǒng)等系統(tǒng)故障對結(jié)構(gòu)的影響。本文簡要介紹了某型民用飛機燃油系統(tǒng)支持CS 25.302條款的驗證。

【關(guān)鍵詞】民用飛機；燃油系統(tǒng)；CS 25.302

1 背景介紹

EASA 頒布的CS25部中有一條條款“CS 25.302 Interaction of systems and structures”，規(guī)定了飛機結(jié)構(gòu)強度驗證時需考慮飛機系統(tǒng)失效的影響，并且在CS25部中有專門的附錄K介紹該條款的符合性思路。

CS25部的附錄K，要求民用飛機在進(jìn)行結(jié)構(gòu)強度驗證時，需要考慮飛行控制系統(tǒng)、自動飛行控制系統(tǒng)和燃油管理系統(tǒng)等系統(tǒng)故障對結(jié)構(gòu)的影響。本文主要考慮燃油系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)故障情況篩選

根據(jù)CS25部的附錄K的要求，對于民用飛機要按下列要求考慮：

（1）如果系統(tǒng)故障被證明是極不可能（故障概率<10-9）發(fā)生的，則不屬于CS 25.302考慮范圍；

（2）當(dāng)系統(tǒng)故障概率≥10-9時，需考慮故障發(fā)生時刻和故障發(fā)生后，對飛機結(jié)構(gòu)強度和飛機氣彈特性的影響。

某型民用飛機燃油系統(tǒng)由貯存、分配和燃油指示等分系統(tǒng)組成。其中貯存系統(tǒng)主要有燃油箱通氣、除水和放沉淀等功能；分配系統(tǒng)主要有壓力加油及控制、重力加油、放油、發(fā)動機供油及切斷、APU供油及切斷和交輸供油等功能；燃油指示系統(tǒng)主要有燃油指示告警等功能。

燃油系統(tǒng)的上述功能中，燃油箱通氣、壓力加油控制和交輸供油，如果發(fā)生失效，可能對飛機結(jié)構(gòu)強度和飛機氣彈特性產(chǎn)生影響。即燃油箱通氣堵塞、壓力加油切斷失效和喪失交輸供油能力，這三個系統(tǒng)故障對CS 25.302條款的驗證有影響，具體驗證內(nèi)容詳見下章。

3 支持專用條件“系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)的影響”驗證

3.1 燃油箱通氣堵塞

燃油箱通氣系統(tǒng)保證飛機在地面和各種飛行狀態(tài)下（包括壓力加油切斷裝置失效時，將在3.2節(jié)討論），將油箱壓力維持在規(guī)定的范圍內(nèi)。

上圖1是某型民用飛機燃油箱通氣系統(tǒng)原理簡圖。由通氣油箱、潛伏式?jīng)_壓通氣口（NACA 通氣口）、通氣浮子閥、通氣浮子排漏閥、通氣管路、火焰抑制器及旁通閥等組成。

某型民用飛機的設(shè)計規(guī)范中明確要求燃油箱內(nèi)外壓差保持在可接受的范圍內(nèi)。為此，燃油箱通氣系統(tǒng)通過下列設(shè)計保證燃油箱與外界大氣的連通：

通氣油箱設(shè)在每個機翼油箱外側(cè)。通氣油箱通過NACA 通氣口與外界大氣相連通。NACA通氣口在空中還未有堵塞先例。NACA通氣口每天都會進(jìn)行詳細(xì)檢查，以確保沒有堵塞。為了防止燃油箱通氣出口遭遇直接雷擊而引起燃油箱著火燃爆，在NACA 通氣口上安裝有火焰抑制器。同時，每個火焰抑制器還配有旁通閥，旁通閥在火焰抑制器堵塞情況下打開，保證油箱不會超壓。

每個機翼油箱都有兩個通氣入口與通氣防溢油箱相連通。一個通氣入口在機翼油箱內(nèi)側(cè)（通氣管開口），另一個通氣入口在機翼油箱外側(cè)（通氣浮子閥）。兩個通氣入口對角設(shè)置，可確保飛機在任何飛行姿態(tài)下，各燃油箱至少有一個通氣入口是暢通的。

特別地，某型民機研制過程中通過模擬計算的方式，驗證了在各種飛行狀態(tài)下（包括通氣系統(tǒng)部分堵塞的情況下），油箱內(nèi)外壓差都在規(guī)定的范圍內(nèi)，符合結(jié)構(gòu)強度的要求。而且某型民用飛機在試飛驗證過程中，油箱內(nèi)外壓差也在規(guī)定的范圍內(nèi)，未對燃油系統(tǒng)和飛機飛行產(chǎn)生任何不利影響。

對于燃油箱通氣完全堵塞的故障情況，某型民用飛機燃油系統(tǒng)通過上述設(shè)計架構(gòu)，特別是多余度的冗余設(shè)計，將該故障的失效概率控制在很低的程度，并且通過安全性分析，驗證了其符合飛機級和系統(tǒng)級定義的該失效情況的故障概率要求。

在燃油箱通氣完全堵塞的情況下，某型民用飛機燃油系統(tǒng)計算了燃油箱內(nèi)外的壓差，作為相關(guān)系統(tǒng)驗證結(jié)構(gòu)強度是否符合CS 25.302條款的輸入，支持某型民用飛機對CS 25.302條款的驗證。

3.2 壓力加油切斷失效

CCAR25.979（C）條款要求，壓力加油自動切斷設(shè)施失效后，需要有能防止損壞燃油系統(tǒng)的措施；某型民用飛機的設(shè)計規(guī)范中也明確要求壓力加油切斷時燃油箱內(nèi)外壓差保持在可接受的范圍內(nèi)。某型民用飛機燃油箱通氣系統(tǒng)按照3.1節(jié)中的設(shè)計保證了壓力加油時油箱與外界的通氣，也保證了壓力加油切斷時燃油箱內(nèi)外壓差保持在可接受的范圍內(nèi)，并且通過模擬計算的報告驗證了該要求。此外，某型民用飛機燃油系統(tǒng)通過機上地面試驗對該要求進(jìn)行了驗證。

3.3 喪失交輸供油能力

喪失交輸供油能力，不會直接導(dǎo)致某型民用飛機發(fā)生危險。但是，如果與特定的故障情況相結(jié)合，則可能導(dǎo)致某型民用飛機發(fā)生危險。某型民用飛機通過采用高可靠性的部件（交輸供油切斷閥等）等方法，將喪失交輸供油能力的故障概率控制在很低的程度，并通過安全性分析驗證其符合飛機級和系統(tǒng)級定義的該失效情況的故障概率要求。

當(dāng)喪失交輸供油能力，與特定故障情況同時發(fā)生時，某型民用飛機的飛行手冊中規(guī)定，需要采取不對稱推力或就近著陸等緊急措施。這些措施可能對飛機結(jié)構(gòu)強度和飛機氣彈特性產(chǎn)生影響。燃油系統(tǒng)參與某型民用飛機的飛行手冊編制，對相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行CS 25.302條款的驗證提供支持。

4 總結(jié)

本文根據(jù)CS 25.302條款的要求，篩選出了會影響該條款驗證的某型民用飛機燃油系統(tǒng)故障情況。并根據(jù)系統(tǒng)故障的具體情況，從燃油系統(tǒng)設(shè)計保證、系統(tǒng)失效時的燃油系統(tǒng)冗余設(shè)計保證和安全性分析、系統(tǒng)失效時燃油系統(tǒng)對相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行該專用條件的驗證提供支持等三個方面，簡要探討了某型民用飛機燃油系統(tǒng)支持CS 25.302條款的驗證。

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[責(zé)任編輯：鄧麗麗]