鳥撞對(duì)民機(jī)液壓系統(tǒng)的影響及研究

常 海 周昌明

鳥撞對(duì)民機(jī)液壓系統(tǒng)的影響及研究

常 海 周昌明

鳥撞是目前民航運(yùn)輸安全的重要威脅之一，本文分析了民機(jī)液壓系統(tǒng)受鳥撞影響的區(qū)域及其影響，并對(duì)液壓系統(tǒng)管路的防鳥撞設(shè)計(jì)給出了建議。

飛機(jī)等飛行器在天空中與飛行的鳥或鳥群之間因物理相撞所造成的事故，稱為“鳥撞”，鳥撞是目前民航運(yùn)輸安全的重要威脅之一。將鳥撞損傷對(duì)飛行安全帶來的影響減至最小一直是不斷追求的目標(biāo)。因此民機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮防鳥撞設(shè)計(jì)，本文分析和歸納了民機(jī)液壓系統(tǒng)防鳥撞設(shè)計(jì)。

民機(jī)鳥撞適航要求

國(guó)內(nèi)運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)CCAR-25R4中的鳥撞適航要求主要為§25.571、§25.631和§25.775條。§25.571（e） 要求飛機(jī)受到1.8kg的鳥撞擊時(shí)，必須仍然能夠成功完成本次飛行。§25.631要求尾翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須保證在與3.6kg的鳥相撞之后，飛機(jī)仍能繼續(xù)安全飛行和著陸。§25.775（b）（c）要求位于正常執(zhí)行職責(zé)的駕駛員正前方的風(fēng)擋玻璃及其支承結(jié)構(gòu)，必須能經(jīng)受1.8kg的鳥撞而不被擊穿。

另外，§25.1309（b）要求飛機(jī)系統(tǒng)與有關(guān)部件的設(shè)計(jì)，在單獨(dú)考慮以及與其他系統(tǒng)一同考慮的情況下，發(fā)生任何妨礙飛機(jī)繼續(xù)安全飛行與著陸失效狀態(tài)的概率為極不可能，發(fā)生任何降低飛機(jī)能力或機(jī)組處理不利運(yùn)行條件能力的其他失效狀態(tài)的概率不大可能。鳥撞作為一種特殊風(fēng)險(xiǎn)，也需要進(jìn)行系統(tǒng)安全性分析以考慮鳥撞對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備的影響。

飛機(jī)鳥撞擊中部位及對(duì)液壓系統(tǒng)的影響

飛機(jī)遭遇鳥撞的部位，集中發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)頭、機(jī)翼，尾翼等區(qū)域，2012年中國(guó)民航鳥撞的統(tǒng)計(jì)情況可見下圖1。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)現(xiàn)有機(jī)隊(duì)中70％以上都是波音737系列和空客A320系列飛機(jī)，這些飛機(jī)的液壓系統(tǒng)都采用3套液壓源配置，液壓用戶也均分布在機(jī)翼、起落架、尾翼區(qū)域，均在飛機(jī)遭遇鳥撞部位，液壓系統(tǒng)為飛行控制系統(tǒng)、高升力系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)等提供液壓能源，后文的分析主要基于此類型的飛行進(jìn)行。液壓系統(tǒng)的元件（液壓泵、油箱、控制閥等）一般布置在飛機(jī)后設(shè)備艙、中機(jī)身整流罩內(nèi)等機(jī)身內(nèi)部，在不考慮鳥體貫穿機(jī)身的情況下，這些區(qū)域不會(huì)受到影響，是安全區(qū)域，鳥撞不會(huì)對(duì)這些區(qū)域內(nèi)的液壓元件造成損壞。液壓系統(tǒng)受鳥撞影響最大的是液壓管路及其附件，在起落架區(qū)域，為了有效降低了鳥撞的風(fēng)險(xiǎn)，液壓管路一般布置在起落架支柱后部；但大量分布在尾翼和機(jī)翼的液壓用戶，使得液壓管路不得不進(jìn)入這些鳥撞影響區(qū)。另外，民機(jī)機(jī)頭位置都安裝有液壓系統(tǒng)的控制面板，相關(guān)的控制線束也在鳥撞的影響之列。

機(jī)頭區(qū)域的鳥撞分析

民機(jī)液壓系統(tǒng)布置在機(jī)頭的控制板上設(shè)有發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵、電動(dòng)泵、能源裝換裝置（PTU）等的開關(guān)。如果與這些開關(guān)相連的線束在鳥撞發(fā)生后產(chǎn)生了短路或斷路的失效，最嚴(yán)重的情況下，將可能發(fā)生機(jī)上全部液壓系統(tǒng)供壓能力喪失，這是將導(dǎo)致機(jī)毀人亡的災(zāi)難級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。

機(jī)翼區(qū)域的鳥撞分析

在機(jī)翼位置，鳥撞發(fā)生在前緣，目前統(tǒng)計(jì)未發(fā)現(xiàn)能夠貫穿機(jī)翼前梁的情況。如果有液壓系統(tǒng)的導(dǎo)管布置在機(jī)翼前粱前，鳥體撞穿前緣后的二次撞擊將可能導(dǎo)致管路變形甚至損壞，從而發(fā)生液壓油泄露的情況。液壓油泄漏到一定量值后，相應(yīng)系統(tǒng)將可能失去供壓能力，這個(gè)量值取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)相應(yīng)系統(tǒng)的總體液壓油量。而如果將液壓管路布置在機(jī)翼前粱之后的區(qū)域，包括機(jī)翼油箱內(nèi)，以及機(jī)翼后梁后的區(qū)域，由于鳥撞對(duì)前粱結(jié)構(gòu)的不可破壞性，將使液壓管路得到充分保護(hù)而不受損發(fā)生失效。

尾翼區(qū)域的鳥撞分析

圖1　2012年航空器鳥撞部位

飛機(jī)機(jī)翼布置有燃油油箱，翼盒內(nèi)為封閉空間，而尾翼區(qū)域，在前緣之后的前梁上一般設(shè)計(jì)有減輕孔，因此尾翼區(qū)域與機(jī)翼區(qū)域最大不同在于需要考慮鳥體可能穿過前梁減輕孔而造成的影響。鳥體撞擊尾翼之后，即使穿過了前梁減輕孔，其剩余能量也無法穿越尾翼后梁，因此布置在后梁之后的液壓導(dǎo)管及其附件是不會(huì)受到鳥撞的影響的。后梁之前的區(qū)域，如果未能得到結(jié)構(gòu)有效保護(hù)，液壓導(dǎo)管被鳥體撞擊后，需要考慮受損發(fā)生失效的風(fēng)險(xiǎn)。

飛機(jī)液壓系統(tǒng)防鳥撞的設(shè)計(jì)考慮

對(duì)于飛機(jī)機(jī)頭區(qū)域，液壓系統(tǒng)控制面板的線束設(shè)計(jì)時(shí)首先盡可能考慮隔離原則，同時(shí)向相應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)傳遞明確的防護(hù)需求，提高結(jié)構(gòu)抗鳥撞的能力，解決“吸能”和“散能”的問題。

在飛機(jī)機(jī)翼和尾翼區(qū)域，由于前梁前的區(qū)域受影響的概率較大，同時(shí)前梁存在一定的保護(hù)作用，因此應(yīng)盡量將液壓管路及其附件布置在前梁之后的區(qū)域。這兩個(gè)區(qū)域后梁之后的位置可視為不受鳥撞影響的安全區(qū)域，但考慮兩系統(tǒng)管路至少相距18英寸的隔離要求之后，此位置至多只能布置2套液壓系統(tǒng)的管路，剩余系統(tǒng)的管路需要布置在后梁之前的區(qū)域內(nèi)。對(duì)于機(jī)翼區(qū)域而言，機(jī)翼后梁之前和前梁之后的機(jī)翼翼盒內(nèi)的封閉空間仍然是不受鳥撞影響的安全區(qū)域，應(yīng)予以充分利用；對(duì)于尾翼區(qū)域而言，由于前梁設(shè)計(jì)有減輕孔，應(yīng)盡最大可能在后梁之后區(qū)域布置2套系統(tǒng)的管路，剩余系統(tǒng)的管路也應(yīng)布置在翼盒內(nèi)，同時(shí)根據(jù)結(jié)構(gòu)減輕孔的設(shè)計(jì)調(diào)整具體管路走向布置，盡量減少被撞擊受損的風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)語(yǔ)

鳥撞作為一種特殊風(fēng)險(xiǎn)，在飛機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初始階段就需要考慮其影響，對(duì)可能遭受鳥撞的區(qū)域進(jìn)行分析和有針對(duì)性的設(shè)計(jì)考慮，以較小的代價(jià)，極大的提高整個(gè)系統(tǒng)的抗鳥撞性能。本文分析了液壓導(dǎo)管受鳥撞影響的主要區(qū)域，給出了具有工程實(shí)際操作的設(shè)計(jì)建議。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.09.008