運輸類飛機試飛安全保障技術研究
——ARJ21-700飛機適航審定試飛空中應急離機系統

趙曉軍 史繼斌 許夢麗

運輸類飛機試飛安全保障技術研究
——ARJ21-700飛機適航審定試飛空中應急離機系統

趙曉軍 史繼斌 許夢麗

運輸類飛機適航審定試飛期間的安全保證受到前所未有的重視，本文以ARJ21-700飛機為例介紹了運輸類飛機的試飛安全技術措施，總結了試飛安全保障意義。

運輸類飛機主要包括民航飛機、軍用運輸機、預警機以及其他一些特種飛機（如偵察機、反潛機、心理戰飛機等）。近些年來，運輸類飛機的安全保證受到前所未有的重視，軍用運輸類飛機上的救生設備日益完善，這些飛機在試飛階段救生設備也比較完善；民航飛機在交付后的航線運營中是不配備空中救生設備的，然而民機在試飛階段仍存在著相當大的風險，尤其是進行邊界科目和風險科目的試飛，所以非常有必要為民機在試飛過程中提供救生設備以及其他應急離機所需設施。本文以ARJ21-700飛機適航審定試飛中的安全保障措施為例解析運輸類飛機的試飛安全保障技術。

ARJ21-700型渦扇支線飛機是我國自行設計的中、短程運輸類飛機，該機要取得中國民用航空局（CAAC）和美國聯邦航空局（FAA）頒發的飛機型號合格證，就必須對包括風險科目和邊界科目在內的所有科目進行試飛，如顫振試飛、失速試飛和尾旋試飛等。這些風險科目的實施，飛機隨時會處于危險狀態，所以為保證試飛員和試飛工程師的安全，采取空中應急離機安全措施是非常必要的。在適航合格審定試飛期間，為防止因飛機故障使機艙內產生煙霧或座艙泄密等對上機工作人員的安全造成的影響，還需要給試飛員和試飛工程師配備便攜式應急供氧裝備。

空中應急離機基本要求

運輸類飛機在進行型號合格審定試飛時，要保證機上參試人員在空中應急離機時順利跳傘離機，需要滿足以下要求：

在飛機發生危險需要空中應急離機時，試飛員在啟動空中應急離機程序后，應將飛行速度控制在360 km/h以下、飛行高度控制在200m以上，盡量保持飛機穩定平飛30s以上，為機上乘員應急離機贏得重要時間；

參試人員必須經過專業的跳傘培訓、升空作業培訓、空中應急離機地面演練等培訓，并取得相關的培訓結業證書，掌握空中應急離機的動作要領。

空中應急離機系統

空中應急離機系統基本要求

要滿足空中應急離機的需要，空中應急離機系統的設計應滿足以下要求：

應急釋壓系統工作有效，在緊急情況下能夠快速釋壓；

應急離機艙門應保證乘員離機跳傘后與飛機不干涉，避免乘員跳傘后受到傷害；

應急離機通道應暢通無阻，設置通道扶手和應急照明系統，以協助機上乘員在緊急情況下順利到達應急離機出口；

聲光告警指示系統應確保機上每一位乘員在緊急情況下及時接收機長命令；

機上應配置足夠數理的應急離機救生裝備，能夠為每一位參試人員提供安全保障。

系統設計

應急釋壓

一般運輸類飛機都是增壓座艙，在高空飛行中有可能因意外進行應急釋壓（也稱應急泄壓），比如飛機艙內產生煙霧。應急釋壓時間一般都在40s～100s左右，這個時間顯然影響了機上人員的逃生離機，有可能錯失最佳離機時機。ARJ21-700飛機作為民用客機，為保證乘員的舒適性，采用的是高余壓座艙壓力制度。

的座艙最大設計壓力高度為3780m，通過座艙壓力控制系統應急釋壓，最大釋壓時間為1min40s，這一時間不能滿足空中應急離機的要求。為了減少應急釋壓時間，在客艙后段采取爆破切割蒙皮的方法進行快速釋壓，釋壓口面積為0.055m2。計算結果表明，爆破切割蒙皮的開口面積為0.055m2時，釋壓時間為12.2s（飛行高度為10000m時），能夠滿足應急離機的要求，同時對試飛組成員的身體不會造成損傷。

應急釋壓系統的操作控制與客艙服務門開啟系統同在駕駛艙頂部的同一頂板上，見圖1。

應急離機艙門

空中應急離機艙門一般是從飛機的登機艙門、側艙門、尾艙門等現有艙門中選取一個，選取的最重要原則是從該艙門離機跳傘后不會與飛機發生干涉。其他原則就是離乘員距離最近，以保證乘員在最短的時間內快速離機跳傘。艙門的尺寸一般不小于1000mm×700 mm（高×寬）。如果確實沒有適合做應急艙門的，應該考慮專門安裝應急離機出口（艙門）。

ARJ21-700型飛機是下單翼、尾吊式發動機布局結構，前機身有登機門和服務門，后機身有兩個應急艙門（圖2）。

根據該飛機的現有艙門以及可能開口的情況，考慮登機門口安置的是地面（水上）應急撤離設備，后機身兩個應急艙門離發動機進氣口太近，因而決定采用服務門作為試飛員和試飛工程師應急離機出口。服務門高1220.68mm，寬691.14mm，基本符合空中應急離機要求。服務門為堵塞設計，開啟方向為向外開啟，開啟前需先操作手柄收回堵塞裝置，在飛行過程中由于氣動載荷的作用無法正常向外打開。為實現空中快速開啟服務門，經過多次論證和試驗，決定采用定向爆破的辦法快速開啟服務門，就是先將服務門的鉸鏈和卡扣鎖利用爆破切割的方法解除約束，再利用定向爆破的方式向內打開。服務門開啟系統控制面板位于駕駛艙頂部板上，見圖1。

圖1　應急泄壓、服務門開啟系統、應急跳傘指示燈等系統控制面板位置

圖2　ARJ21-700飛機應急艙門布局

應急通道

根據選定的應急離機艙門和駕乘人員的座位位置確定出應急離機通道，通道沿途所有帶有棱角、尖銳的物品，能拆除的拆除，無法拆除的應采用柔軟物包裹，避免乘員離機時受到意外傷害。機上人員需要應急離機時，飛機可能處于不穩定飛行狀態，為了幫助機上人員盡快從工作位置跑到應急離機口離機，通道應設置扶手，配置應急照明，以幫助乘員在緊急情況下到達應急離機口。ARJ飛機在駕駛艙通往應急離機口的通道和客艙通往應急離機口的通道均安裝了通道扶手，對通道沿途所有棱角、尖銳物品進行了拆除、包裹處理。

聲光告警系統

為了在應急情況下保證機上人員在第一時間得到機長指令，使應急離機更加迅速，機上應設置聲光告警系統。聲光告警系統一般有三種形式：燈光告警信號（也稱應急跳傘指示燈）、聲音警報信號和語音提示信號。

燈光警報信號即燈光信號牌，在駕駛艙、工作艙/客艙比較顯著的位置均應安裝，能夠保證機上人員都可以觀察到。燈光信號牌通常有三種顏色，其中黃色表示“準備跳傘”；綠色表示“跳傘”；紅色表示“停止跳傘”。

聲音警報信號既電喇叭，安裝在工作艙/客艙比較顯著位置的附近。通常長音表示“準備跳傘”；短音表示“跳傘”。

語音提示信號直接由機長通過機內通話發出命令。

聲光告警系統一般安裝一至兩種就可以， ARJ21飛機安裝了應急跳傘指示燈和語音提示信號兩種聲光告警。機上的應急跳傘指示燈的三種顏色在應急離機時必須是一種顏色的指示燈亮，其他顏色的指示燈處于熄滅狀態，防止誤導機上人員。為了提高警示作用，黃色的指示燈應為閃爍燈。兩套燈光警報信號，分別安裝于服務門上方和客艙中段SD351框處。語音提示信號在應急離機時，機長也可以通過語音廣播系統向客艙的成員發布命令。該系統可以在空中應急釋壓、艙門打開后仍能讓客艙內成員清楚地聽見機長命令。語音提示信號由一個旅客廣播話筒、駕駛員手持話筒、駕駛盤PTT按鈕、懸臂式話筒耳機組、氧氣面罩麥克風、音頻控制板和客艙揚聲器組成。 客艙廣播揚聲器位于機柜1、機柜2、機柜3位置后的面板上。

救生裝備

救生傘

目前我國在運輸類飛機上，為空勤人員配置的是JSS-19A救生傘，它是一種座式傘；為戰勤人員配置的是JSS-19B救生傘，它是一種背式傘；這兩種傘工作性能基本一樣，只是外包裝結構有所區別。

JSS-19B救生傘的主要性能：

開傘高度：7000m

開傘速度：＜360km/h

垂直著陸速度：＜6m/s

重量：＜14kg

體積：530mm×395mm×330mm（長×寬×厚）

ARJ21-700飛機在執行風險科目試飛時，需全程配戴救生傘。該飛機與運8系統飛機的駕駛艙座椅不同：運8飛機駕駛艙座椅本身帶椅盆，可將座式JSS-19A救生傘直接放入椅盆；而ARJ21飛機駕駛艙座椅不帶椅盆，無法裝配座式傘，而背式JSS-19B救生傘的厚度達330mm，飛行員如果試飛過程全程配戴該傘，將無法正常工作。為了保證試飛員的正常工作，我們選用了重量輕、體積小的美國的TR-281傘供試飛員使用。該傘的主要性能：

開傘高度：500m～7620m

開傘速度：368km/h

下降速度：4.2～5.4m/s

重量：≤ 7.7kg

體積：584mm×368mm×76mm（長×寬×厚）

保護頭盔

運輸類飛機一般是不配備頭盔的，考慮試飛的特殊性，配置頭盔一是為了離機逃生時對頭部的保護，防止碰撞；二是為了防氣流吹襲和保護眼睛免受眩光的影響。ARJ21-700飛機在適航審定試飛期間為試飛員、試飛工程師配備的頭盔是TK-11B型保護盔，該型保護盔重量不會超過0.8kg。

面罩和氧氣瓶

試飛期間飛機有可能會發生泄密或產生煙霧，此時將需要應急供氧，為機上工作人員提供供氧防護。ARJ21-700飛機配備的便攜式應急供氧裝備是YTQ-21A供氧裝備，該供氧裝備由壓力表、充氧接嘴、減壓機構、應急供氧機構、含氧百分比機構等組成，它既可以供純氧也可以供混合氧。與YTQ-21A供氧裝備配套的是YM-6502供氧面罩。YM-6502供氧面罩是非加壓供氧面罩，YM-6502供氧面罩主要由面罩殼體、吸氣活門、呼氣活門、吸氣波紋管、調節帶等組成。

其他輔助設施

其他輔助設施有救生背心、抗浸防寒服、救生船等水上救生物品，救生繩索、應急斧等。水上救生物品功能不再詳述，救生繩索用于飛機迫降地面、水面后幫助乘員跳離飛機。應急斧一是用于應急釋壓失效在機長命令下劈開直視窗口進行應急釋壓，二是用于飛機迫降后艙門由于變形而無法正常打開時強開打開艙門以便乘員逃離飛機。

ARJ21-700飛機沒有水上試飛科目，所以可以不考慮水上救生裝備。

圖3　跳傘著陸訓練

培訓

理論培訓

通過運輸類飛機試飛中安全逃生基本知識的培訓，使參試人員基本掌握：

救生裝備（降落傘、頭盔、面罩和供氧裝備、其它輔助設施）的原理；

地面應急撤離、水上應急撤離、空中應急離機和應急供氧的基本知識；

跳傘離機動作要領；

墜落姿勢及糾正方法；

降落傘的張開和操縱；

著陸動作要領；

意外情況處理。

跳傘訓練

上機參試人員除了基本知識培訓之外，還需要進行升空跳傘著陸訓練，體驗跳傘的空中感覺、掌握著陸的動作要領。為了降低培訓的風險，跳傘著陸訓練采用地面牽引方式，利用絞盤機的牽引拉力，借助風力將背好傘的參訓人員拉升至百米左右的高度，脫掉牽引繩讓參訓人員依靠降落傘著陸，體驗真實跳傘著陸過載的感覺，掌握著陸基本技術。圖3是參訓人員進行跳傘著陸訓練的情況。

離機程序與地面演練結果

離機順序

飛機試飛中出現意外緊急情況時，機上參試人員根據機長指示按以下對應程序進行準備離機工作。離機順序為：試飛工程師首先按順序離機，然后是試飛機組離機，一般機長最后離機。

離機程序

機長

當試飛中出現應急情況必須離機跳傘時：

機長首先下達“準備跳傘”命令；

下達“應急釋壓、打開服務門”命令；

發出“跳傘”命令；

當發現飛機恢復正常時，及時發出“停止跳傘”命令并打開紅色信號燈；

在其他人員離機后，飛機仍無法挽救時，離位跳傘。

副駕駛

副駕駛接到機長“準備跳傘”命令后：

打開黃色“準備跳傘”信號燈；

接到機長“應急釋壓、打開服務門”命令后，按下啟動程序按鈕；

聽到“跳傘”口令，打開綠色“跳傘”信號燈；

試飛工程師離機后，離開座位跳傘離機。

試飛工程師

試飛工程師在接到機長“準備跳傘”命令或看到黃色信號燈閃亮后：

穿戴好救生傘和頭盔；

當看見服務門打開，按順序到服務門附近；

聽到 “跳傘”命令或看見綠色 “跳傘”信號燈亮時，按離機動作要領跳傘。

地面演練及結果

模擬真實的飛行情況，試飛員與試飛工程師們在飛機上進行了空中應急離機地面演練，參加演練的包括2名試飛員和5名試飛工程師。機上的試飛員與試飛工程師在各自崗位上工作，突然機長一聲命令“準備跳傘”，機上所有成員按照各自的執行程序開始進入空中應急離機流程，經過19.3s的時間，機上所有成員完成離機。

結束語

演練結果滿足應急離機系統的設計要求，因而ARJ21-700飛機型號合格審定試飛安全保障措施是可行的、有效的，能夠盡最大可能的保證上機人員在發生試飛意外時的生命安全。

ARJ21-700型飛機是我國第一次按照中國民用航空局（CAAC）和美國聯邦航空局（FAA）適航條例進行合格審定試飛的民用飛機，試飛期間參試人員的安全問題受到各級主管部門的高度重視。根據CCAR-21-R2的要求，采取必要的措施，是保障上機參試人員生命安全的重要手段。該機的試飛安全保障措施，為今后的運輸類飛機試飛提供了借鑒，將更好地保障運輸類飛機試飛上機參試人員生命安全。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.15.016