運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)燃油系統(tǒng)點(diǎn)火源防護(hù)相關(guān)適航限制研究

毛文懿 李 濤 賈 洪 / Mao Wenyi Li Tao Jia Hong

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210)

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運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)燃油系統(tǒng)點(diǎn)火源防護(hù)相關(guān)適航限制研究

毛文懿 李 濤 賈 洪 / Mao Wenyi Li Tao Jia Hong

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210)

燃油箱爆炸對(duì)航空安全構(gòu)成持續(xù)不斷的嚴(yán)重威脅。通過(guò)對(duì)運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)燃油系統(tǒng)點(diǎn)火源防護(hù)的適航限制相關(guān)條款要求、咨詢(xún)通告的分析、研究，梳理了燃油系統(tǒng)點(diǎn)火源防護(hù)相關(guān)適航限制的制定流程、考慮；并對(duì)典型機(jī)型的燃油系統(tǒng)點(diǎn)火源防護(hù)相關(guān)適航限制進(jìn)行了分析。可為運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)燃油系統(tǒng)點(diǎn)火源防護(hù)相關(guān)適航限制的制定提供參考。

CCAR25.981(d)；燃油系統(tǒng)；適航限制；點(diǎn)火源防護(hù)

0 引言

多年來(lái)，燃油箱爆炸對(duì)航空安全構(gòu)成持續(xù)不斷的嚴(yán)重威脅。從1960年起，已有十多架飛機(jī)由于燃油箱爆炸而損壞或損毀。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)：在大多數(shù)情況下，著火或爆炸與設(shè)計(jì)方法、維修措施或燃油系統(tǒng)的不當(dāng)改型有關(guān)；還有一些事故是由于雷擊而引起的。1996年7月17日，一架具有25年機(jī)齡的波音747-100系列飛機(jī)，從紐約肯尼迪國(guó)際機(jī)場(chǎng)起飛后發(fā)生空中解體，導(dǎo)致230人喪生。經(jīng)事故調(diào)查確認(rèn)是因未知的點(diǎn)火源而導(dǎo)致中央翼燃油箱爆炸。[1]

2001年5月，F(xiàn)AA發(fā)布FAR25部第25-102修正案《運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)燃油箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)評(píng)審，降低可燃性，以及維護(hù)和檢查要求》，以及FAR21部特別適航條例SFAR88《燃油箱系統(tǒng)故障容差評(píng)定要求》，要求型號(hào)合格證和補(bǔ)充型號(hào)合格證的持有人/申請(qǐng)人對(duì)在役飛機(jī)和新設(shè)計(jì)飛機(jī)進(jìn)行深入評(píng)估，查明所有可能的點(diǎn)火源，并制定點(diǎn)火源防護(hù)相關(guān)的適航限制類(lèi)維護(hù)、檢查和關(guān)鍵設(shè)計(jì)構(gòu)型控制限制(CDCCL)；此外，初步提出了對(duì)燃油箱可燃環(huán)境控制的要求。2008年7月，F(xiàn)AA發(fā)布FAR25部第25-125號(hào)修正案《降低運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)燃油箱可燃性》，強(qiáng)化對(duì)燃油箱可燃環(huán)境的控制，明確提出了具體的量化指標(biāo)；并擴(kuò)展適航限制要求以防止燃油箱可燃暴露時(shí)間超標(biāo)等。[1-5]本文主要對(duì)運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)燃油系統(tǒng)點(diǎn)火源防護(hù)相關(guān)適航限制進(jìn)行研究。

1 條款要求及解析

1.1 條款要求

CCAR25-R4第25.981條燃油箱點(diǎn)燃防護(hù)要求等效于經(jīng)第25-125修正案修訂后的FAR25部第25.981條。CCAR25.981(d)要求[6]：

必須建立必要的關(guān)鍵設(shè)計(jì)構(gòu)型控制限制(CDCCL)檢查或其它程序，以防止：依照本條(a)的燃油箱系統(tǒng)內(nèi)形成點(diǎn)火源；油箱可燃性暴露時(shí)間超過(guò)本條(b)的允許值；以及按照本條(a)或(c)采用的任何措施的性能和可靠性的降低。這些CDCCL、檢查和程序必須納入第25.1529條所要求的持續(xù)適航文件的適航限制部分。飛機(jī)上可預(yù)見(jiàn)的維修行為、修理或改裝會(huì)危及關(guān)鍵設(shè)計(jì)構(gòu)型控制限制的區(qū)域內(nèi)，必須設(shè)置識(shí)別這些關(guān)鍵設(shè)計(jì)特征的可視化措施(如用導(dǎo)線的顏色編碼識(shí)別隔離限制)。這些可視化措施也必須被認(rèn)定為CDCCL。

此外，在CCAR/FAR25部附錄H中第H25.4條(a)款也要求在持續(xù)適航文件的適航限制部分必須規(guī)定：燃油箱系統(tǒng)依據(jù)第25.981條獲批準(zhǔn)的每一強(qiáng)制性的更換時(shí)間、檢查時(shí)間間隔、有關(guān)的檢查程序以及所有關(guān)鍵設(shè)計(jì)構(gòu)型控制限制。

1.2 條款要求解析

燃油系統(tǒng)包括處于燃油箱結(jié)構(gòu)或燃油箱系統(tǒng)內(nèi)的任何部件，及那些連接、穿透或位于燃油箱內(nèi)的任何其它飛機(jī)結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)部件。燃油箱結(jié)構(gòu)包括組成燃油箱的結(jié)構(gòu)部件，包括蒙皮、維護(hù)口蓋、接頭、桁、肋、梁和相關(guān)的緊固件、支架、涂層、密封劑。燃油箱系統(tǒng)包括那些連接、穿透或位于燃油箱內(nèi)的導(dǎo)管、部件、導(dǎo)線[7]。

為確保不會(huì)在維護(hù)、修理或更換中無(wú)意間違反燃油系統(tǒng)原始型號(hào)設(shè)計(jì)的完整性，需要制定關(guān)鍵設(shè)計(jì)構(gòu)型控制限制(CDCCL)，以及如何保護(hù)CDCCL的指南。如果任何維修程序不能合適地處理，或者沒(méi)有使用合適的部件或材料，將會(huì)導(dǎo)致危害飛機(jī)安全運(yùn)行的失效、故障或缺陷。

為確保點(diǎn)火源防護(hù)特征的可靠性，需要考慮老化、磨損和腐蝕等的影響。對(duì)于在飛機(jī)的整個(gè)壽命內(nèi)預(yù)期會(huì)降級(jí)的點(diǎn)火源防護(hù)特征，需要制定必要的檢查和程序，以防止在燃油系統(tǒng)內(nèi)形成點(diǎn)火源。

對(duì)于哪些設(shè)計(jì)特征需要有可視化措施，可參考如下示例進(jìn)行理解：燃油量指示系統(tǒng)(FQIS)導(dǎo)線的設(shè)計(jì)或布置，可選擇將FQIS導(dǎo)線與大功率導(dǎo)線隔離，或選擇在FQIS導(dǎo)線上安裝瞬變抑制裝置。如果在FQIS導(dǎo)線上安裝瞬變抑制裝置，則不需將導(dǎo)線與其它大功率電源線隔離視為CDCCL，也不必進(jìn)行可視化標(biāo)識(shí)。如FQIS導(dǎo)線與大功率導(dǎo)線隔離屬于CDCCL，則要求設(shè)置可視化標(biāo)識(shí)。對(duì)于這種情況的一種可接受符合方法是沿該導(dǎo)線按規(guī)定間隔安裝色標(biāo)帶[3]。

2 點(diǎn)火源防護(hù)相關(guān)適航限制的制定

2.1 點(diǎn)火源防護(hù)相關(guān)適航限制制定流程

為滿足第25.981條燃油箱點(diǎn)燃防護(hù)的要求，參考FAA相關(guān)咨詢(xún)通告、政策備忘錄中給出了符合性驗(yàn)證考慮等，結(jié)合型號(hào)研制經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出制定燃油系統(tǒng)點(diǎn)火源防護(hù)適航限制的流程如圖1所示。

2.2 維持CDCCL的相關(guān)指南

為了維持依據(jù)第25.981條所制定的關(guān)鍵設(shè)計(jì)構(gòu)型控制限制(CDCCL)，需要制定如何保護(hù)CDCCL的指南。制定相關(guān)指南的示例包括[4]：

(1)維修人員更換具有CDCCL的燃油系統(tǒng)部件。假如燃油泵缺少電搭接線會(huì)破壞點(diǎn)火源防護(hù)設(shè)計(jì)特征，進(jìn)而可能導(dǎo)致不安全的狀態(tài)。典型的保持CDCCL的方式是：任何時(shí)候，當(dāng)維修人員更換燃油泵或進(jìn)行影響到電搭接線的任何維修時(shí)，確保在燃油泵上重新安裝電搭接線。只有正確的安裝電搭接線(包括確認(rèn)搭接完整性)，才能阻止不安全的狀態(tài)。因此，保持CDCCL的指南是：要求提供信息以確保合適的安裝電搭接線，而不是安裝或重新安裝整個(gè)燃油泵。

(2)燃油系統(tǒng)的特定構(gòu)型被定義為對(duì)防止產(chǎn)生不安全狀態(tài)所必需的。假如隔離FQIS的外部導(dǎo)線對(duì)確保防止不安全的能量進(jìn)入燃油箱是決定性的。保持CDCCL的指南是：確保FQIS導(dǎo)線與其它導(dǎo)線隔離。

(3)在出現(xiàn)某些特定故障時(shí)，燃油系統(tǒng)的特定特征會(huì)產(chǎn)生不安全狀態(tài)。如在燃油泵的修理或翻修時(shí)，燃油泵內(nèi)的某些關(guān)鍵點(diǎn)火源防護(hù)特征沒(méi)有被安裝或未按照部件修理手冊(cè)(CMM)進(jìn)行翻修。保持CDCCL的指南是：確保燃油泵的關(guān)鍵點(diǎn)火源防護(hù)特征將會(huì)按照CMM或其他經(jīng)局方批準(zhǔn)的程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)男蘩怼?/p>

為了確保維修人員知曉需要考慮的CDCCL，需要在某些文件中插入交叉引用，來(lái)保持CDCCL。如上述(1)條提到的情形，設(shè)計(jì)批準(zhǔn)持有人應(yīng)該在飛機(jī)修理手冊(cè)(AMM)中對(duì)具有關(guān)鍵設(shè)計(jì)特征的組件或部件任務(wù)標(biāo)識(shí)“警告”或“注意”；如上述(2)條提到的情形，設(shè)計(jì)批準(zhǔn)持有人應(yīng)該在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施手冊(cè)(如SWPM)中包含相關(guān)信息；如上述(3)條提到的情形，設(shè)計(jì)批準(zhǔn)持有人應(yīng)該制定適當(dāng)?shù)牟考蘩硎謨?cè)(CMM)。此外，設(shè)計(jì)批準(zhǔn)持有人應(yīng)確保在CMM和AMM中插入部件按CDCCL控制的聲明。

2.3 與CDCCL相關(guān)的限制

對(duì)CDCCL的限制為[4]：

(1) CDCCL中列出的零部件的點(diǎn)火源的防護(hù)特征，必須與取證構(gòu)型保持一致；

(2) CDCCL中列出的零部件的點(diǎn)火源的防護(hù)特征的修理和翻修，必須按照設(shè)計(jì)批準(zhǔn)的營(yíng)運(yùn)人維護(hù)手冊(cè)或局方批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行；

(3)CDCCL中列出的零部件的點(diǎn)火源的防護(hù)特征的任何更改，均被認(rèn)為是重要的更改，須經(jīng)局方批準(zhǔn)；

(4)當(dāng)部件的點(diǎn)火源防護(hù)特征被確定后，任何測(cè)試設(shè)備和對(duì)其進(jìn)行維修的工具必須按照CMM或局方批準(zhǔn)的維修標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2.4 周期性維修、檢查或翻修

對(duì)于確定需要周期性維修、檢查或翻修的任何燃油系統(tǒng)部件，以維持系統(tǒng)完整性或維持排除災(zāi)難性燃油箱點(diǎn)燃事故的防護(hù)特征，必須在持續(xù)適航文件(ICA)的限制部分定義和包括。需要周期性維修、檢查或翻修的示例包括[3]：

(1) 燃油管路接頭密封/O型圈的老化；

(2)泵襯套、軸承和密封的磨損；

(3)存在潛在失效模式的燃油泵保護(hù)特征；

(4)存在潛在失效模式的瞬態(tài)抑制/能量限制設(shè)備；

(5)電線的屏蔽、接地；

(6)可能需要檢查和測(cè)量以確保合適的接地的部件接地和導(dǎo)線；

(7)燃油箱維護(hù)面板/口蓋密封泄漏、電阻檢查；

(8)燃油泵連接器的腐蝕、磨損；

(9)燃油泵電源線路結(jié)構(gòu)、密封的完整性。

此外，為確保燃油系統(tǒng)適航限制與其它相關(guān)文件的協(xié)調(diào)一致性，在制定維修和檢查指南時(shí)，需要對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行確認(rèn)：持續(xù)適航文件中與所建議維修和檢查指南類(lèi)似的內(nèi)容、地面操作程序、MMEL和相關(guān)的維修/運(yùn)行程序、飛行手冊(cè)中的機(jī)組操作程序等。

3 典型機(jī)型適航限制項(xiàng)目分析

為了更好地理解燃油箱點(diǎn)燃防護(hù)相關(guān)適航限制的要求，通過(guò)對(duì)已按照SFAR88《燃油箱系統(tǒng)故障容差評(píng)定要求》的追溯要求，制定適航限制的典型機(jī)型波音757飛機(jī)的維修計(jì)劃文件進(jìn)行分析，可以獲得如下相關(guān)信息：波音757飛機(jī)的燃油箱系統(tǒng)適航限制(AWL)包括適航限制指南(ALI)和關(guān)鍵設(shè)計(jì)構(gòu)型控制限制(CDCCL)。其中，適航限制指南(ALI)定義了必須執(zhí)行的燃油箱點(diǎn)火源防護(hù)相關(guān)的檢查任務(wù)，以維持飛機(jī)運(yùn)行壽命內(nèi)的設(shè)計(jì)安全水平。對(duì)波音757飛機(jī)點(diǎn)火源防護(hù)相關(guān)適航限制的總結(jié)如表1所示[8]。

4 總結(jié)

本文研究了條款25.981與燃油箱點(diǎn)火源防護(hù)相關(guān)的持續(xù)適航要求、相關(guān)咨詢(xún)通告的要求；梳理了制定燃油箱系統(tǒng)適航限制的流程、考慮；并對(duì)典型機(jī)型的燃油系統(tǒng)點(diǎn)火源防護(hù)相關(guān)適航限制進(jìn)行了分析。可為運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)燃油系統(tǒng)點(diǎn)火源防護(hù)相關(guān)適航限制的制定提供參考。

[1]FAA. Amendment 25-102: transport airplane fuel tank system design review, flammability reduction, and maintenance and inspection requirements[Z]. 2001-5.

[2]FAA. Amendment 25-125: Reduction of Fuel Tank Flammability in Transport Category Airplanes [Z]. 2008-7.

[3]FAA. AC 25.981-1C，F(xiàn)uel Tank Ignition Source Prevention Guidelines[Z]. 2008-9．

[4]FAA. SFAR No. 88. Fuel Tank System Fault Tolerance Evaluation Requirements[S]. 2002-12.

[5]丁朱寅. SFAR88適航限制項(xiàng)目與持續(xù)適航文件制定方法研究[J]. 民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究，2012增刊：57-60.

[6]中國(guó)民用飛機(jī)航空局.CCAR-25-R4中國(guó)民用航空規(guī)章第25部：運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)民用航空局，2011.

[7]FAA. Notice NO.14-09 Transport Airplane Fuel Tank and System Lightning Protection [Z]. 2014-12.

[8]Boeing.Boeing 757 Maintenance Planning Data[Z].2009-5.

Airworthiness Limitation Study of Fuel System’s Ignition Source Prevention for Transport Category Airplane

(Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201210，China)

Fuel tank explosions have been a constant serious threat with aviation safety. Based on the analysis and study of the requirements of regulation and advisory circular which are about the airworthiness limitation for transport category airplane fuel system’s ignition source prevention, this paper has given the flow chart on how to establish the airworthiness limitation. The paper also analyzes the airworthiness limitation for an typical transport airplane fuel system’s ignition source prevention. The research can provide guidance for establishing the airworthiness limitation for transport category airplane fuel system’s ignition source prevention.

CCAR25.981(d)；fuel system；airworthiness limitation；ignition source prevention

V228.1

A