航空發動機CCAR33-R2.75條款適航符合性驗證方法

喬　磊，李艷軍，曹愈遠，趙蘇陽，許振騰，汪　雷

（南京航空航天大學民航學院，南京210016）

航空發動機CCAR33-R2.75條款適航符合性驗證方法

喬磊，李艷軍，曹愈遠，趙蘇陽，許振騰，汪雷

（南京航空航天大學民航學院，南京210016）

針對航空發動機適航取證的安全性需求，對航空發動機CCA R33-R2.75適航條款進行了解讀與分析，明確了該條款的驗證要求和方法。將功能危險分析法、故障樹分析法和故障模式與影響分析法運用到該驗證方法中，并提出了航空發動機CCA R33-R2.75條款適航符合性驗證的流程。最后對某型航空發動機進行實例分析，驗證了發動機不可控火情對CCA R33-R2.75條款的符合性。該安全性驗證方法能夠為航空發動機CCA R33-R2.75條款適航符合性驗證提供支持。

CCA R33-R2.75；適航符合性；驗證方法；航空發動機

0　引言

CCAR33-R2《航空發動機適航規定》是航空發動機研制必須滿足的最低安全標準。CCAR33-R2.75是其中的第75項條款，該條款明確規定了發動機的安全性要求。

目前國內還沒有對CCAR33-R2.75適航符合性驗證的經驗，本文詳細介紹了航空發動機適航規定CCAR33-R2.75條款的驗證要求和方法，結合適航條款要求和目前某型航空發動機CCAR33-R2.75適航符合性驗證的思路，把功能危險分析法、故障樹分析法和故障模式與影響分析法運用到該驗證方法中，提出了航空發動機CCAR33-R2.75條款適航符合性驗證的流程，并進行了實例分析。

1　CCAR33-R2.75條款驗證要求［1］

1.1要求內容

（1）危害性發動機后果的預期發生概率不超過極小可能概率（1E-7～1E-9次/發動機飛行小時）。

（2）重要發動機后果的預期發生概率不超過微小可能概率（1E-5～1E-7次/發動機飛行小時）。

1.2危害等級定義

CCAR33-R2.75條款將發動機故障危害分為3個等級：

（1）1臺發動機失效，惟一后果是該發動機部分或全部喪失功率（和相關發動機使用狀態有關），這種喪失效應是輕微的發動機后果。

（2）危害的發動機后果：非包容的高能碎片；通過發動機引氣引入的有毒物質濃度較高使機組人員或乘客失去能力；較大的與駕駛員命令的推力方向相反的推力；不可控火情；發動機安裝系統失效，導致非故意的發動機脫開；如果適用，發動機引起的螺旋槳脫開；完全失去發動機停車能力。

（3）嚴重程度介于（1）和（2）之間的后果是重要發動機后果。

2　CCAR33-R2.75條款符合性驗證方法

適航部門認可的10種符合性驗證方法見表1。

表1　符合性方法代碼、名稱和使用說明

以上10種方法是審定航空器的常見方法，在發動機審查中，可以根據基礎條款的具體要求選取其中的1種或多種組合方式來滿足條款的要求，形成審查清單［2］。

本文研究航空發動機CCAR33-R2.75條款符合性驗證，故選取安全評估作為該條款的驗證方法。安全評估的方法主要有功能危險分析、故障樹分析和故障模式與影響分析。

2.1功能危險分析

功能危險分析通過系統全面地按層次檢查發動機系統和設備的功能，根據嚴重性確定這些功能相應失效狀態形式和危害等級，以確定在其失效時，可能或誘發產生的潛在危險及其后果。

2.2故障樹分析

故障樹分析是評價系統安全性的重要方法。把系統最不希望發生的事件作為故障樹的頂事件，用規定的邏輯符號表示，分析出導致頂事件發生的直接原因，并逐步深入分析，直到找出基本原因，即故障樹的底事件。這些事件又稱為基本事件，如果其數據己知，或者己經有過統計或試驗的結果，就可以通過故障樹的運算從所有底事件的定量數據中求得全系統的安全性。

2.3故障模式與影響分析

故障模式與影響分析是對故障樹分析中確定的基本事件及其發生概率進行的支持分析，通過分析基本事件的故障模式及其發生概率為進行故障樹定量分析提供支持，最終確定發動機是否滿足安全性要求［3-9］。

3　CCAR33-R2.75條款符合性驗證

CCAR33-R2.75條款符合性驗證主要有以下步驟：

（1）對發動機各系統進行功能危險分析，找出功能的失效狀態并根據失效的后果確定危害等級。

（2）根據功能危險分析的結果，以危害和重要的發動機后果為頂事件進行故障樹分析。

（3）對發動機各系統和部件進行故障模式與影響分析，確定各附件或零組件的故障模式及其發生概率。

（4）將對應的發生概率帶入到故障樹的底事件中，計算出頂事件的發生概率。

（5）發動機CCAR33-R2.75條款符合性說明。

發動機CCAR33-R2. 75條款符合性驗證流程如圖1所示。

圖1　CCAR33-R2.75條款符合性驗證流程

4　CCAR33-R2.75條款適航符合性驗證實例

以某型渦軸發動機為例，進行適航驗證，討論符合性驗證方法的應用效果。

4.1系統功能危險分析

對發動機系統進行功能危險分析步驟如下：

（1）確定系統的所有功能，包括內部功能和交互功能。

（2）危險說明。確定并描述各功能失效引發的危險。

（3）分析失效狀態對發動機的影響。

（4）確定影響等級。

發動機部分系統的功能危險分析見表2～4。

表2　燃油系統功能危險分析

表3　防火系統功能危險分析

表4　滑油系統功能危險分析

4.2故障樹分析

故障樹分析是以發動機危害和重要后果為頂事件進行的，本文以發動機不可控的火情為頂事件進行故障樹分析，其故障樹如圖2所示。

圖2　發動機不可控火情故障樹

4.3故障模式與影響分析

對發動機各系統各部件按照以下步驟進行故障模式與影響分析：

（1）確定部件所有的故障模式。

（2）分析部件出現該故障模式的原因，包括內部原因和外部原因。

（3）分析故障模式對發動機的影響。

（4）根據影響確定危害等級。

（5）查找部件的故障率。

（6）確定故障模式頻數比。可根據故障率原始數據或試驗及使用數據推出。如果沒有可利用的故障模式數據，則由分析人員根據產品功能分析判斷得到。

（7）計算故障模式的故障率。

發動機部分系統和部件的故障模式與影響分析見表5～7。

表5　管路故障模式與影響分析

表6　燃油進口接頭故障模式與影響分析

表7　火警探測器故障模式與影響分析

4.4分析結果

將表5～7中部件的故障率帶入故障樹中，通過計算得到頂事件的發生概率為1.686E-10/發動機飛行小時，小于1E-7/發動機飛行小時，滿足適航條款中的安全性要求。

5　結束語

本文以適航標準為依據，建立了航空發動機CCAR33-R2.75條款適航符合性的驗證程序。并以某型渦軸發動機為例驗證了發動機不可控火情對CCAR33-R2.75的符合性。實踐證明該方法科學有效，可為航空發動機CCAR33-R2.75條款適航符合性驗證工作提供支持。

［1］李家祥.CCAR-33-R2航空發動機適航規定［S］.北京：中國民用航空局，2011：40-43. LI Jiaxiang.CCAR-33-R2 Provisions on airworthiness of aircraft engines［S］.Beijing：Civil Aviation Administration of China，2011：40-43.（in Chinese）

［2］張丹玲，郝勇，王德友，等.中國大涵道比渦扇發動機適航技術初步研究［J］.航空發動機，2011，37（4）：58-62. ZHANG Danling，HAO Yong，WANG Deyou，et al.Preliminary investigation of airworthiness technologies for high bypass ratio turbofan engine in China［J］.Aeroengine，2011，37（4）：58-62.（in Chinese）

［3］Frederic P.Guidelines and methods for conducting the safety assessment process on civil airborn systems and equipment.SAE ARP 4761［S］. Warrendale：SAE International，1996：12-28.

［4］曹繼軍，張越梅，趙平安.民用飛機適航符合性驗證方法探討［J］.民用飛機設計與研究，2008（4）：37-41. CAO Jijun，ZHANG Yuemei，ZHAO Pingan.Study of civil aircraft airworthiness compliance certification［J］.Civil Aircraft Design and Research，2008（4）：37-41.（in Chinese）

［5］陸中，孫有朝，周伽.民用飛機適航符合性驗證方法與程序研究［J］.航空標準化與質量，2007（4）：6-8. LU Zhong，SUN Youchao，ZHOU Jia.Airworthiness compliance approach procedure for civil aircraft［J］.Aviation Standardization and Quality，2007（4）：6-8.（in Chinese）

［6］丁水汀，鮑夢瑤，杜發榮.無人機系統適航與安全性分析方法［J］.航空動力學報，2012，27（1）：233-240. DING Shuiting，BAO Mengyao，DU Farong.Safety research on unmanned aircraft system for airworthiness［J］.Journal of Aerospace Power，2012，27（1）：233-240.（in Chinese）

［7］韓小琦.航空發動機控制系統安全性評估研究［D］.天津：中國民航大學，2008. HAN Xiaoqi.Aircraft engine control system safety assessment［D］.Tianjin：Civil Aviation University of China，2008.（in Chinese）

［8］王玉鑫.主起落架系統的系統安全性分析方法研究［D］.天津：中國民航大學，2009. WANG Yuxin.Study on system safety analysis methods of the main landing gear system［D］.Tianjin：Civil Aviation University of China，2009.（in Chinese）

［9］趙廷弟.安全性設計分析與驗證［M］.北京：國防工業出版社，2011：63-94. ZHAO Tingdi.Safety design analysis and verification［M］.Beijing：National Defense Industry Press，2011：63-94.（in Chinese）

［10］林石泉，肖曉勁.CCAR25.841（a）條款適航符合性方法研究［J］.科技信息，2012（30）：469-470. LIN Shiquan，XIAO Xiaojin.CCAR 25.841（a）Airworthiness compliance method［J］.Science and Technology Information，2012（30）：469-470.（in Chinese）

［11］汪光文，蘇和平.適航條款CCAR25.831（g）的符合性分析［J］.民用飛機設計與研究，2012（1）：85-89. WANG Guangwen，SU Heping.Analysis for complying with CCAR25. 831（g）［J］.Civil Aircraft Design and Research，2012（1）：85-89.（in Chinese）

［12］鄭建.民用飛機系統安全性分析中EWIS部件的考慮［J］.航空科學技術，2013（3）：58-60. ZHENG Jian.Safety analysis of EWIS system for civil aircraft［J］.Aeronautical Science and Technology，2013（3）：58-60.（in Chinese）

［13］宗蜀寧，端木京順，汪建華，等.飛機整機級系統安全性評估方法探討［J］.中國安全科學學報，2011，21（10）：125-130. ZONG Shuning，DUANMU Jingshun，WANG Jianhua，et al.Study on aircraft system safety assessment method in aircraft level［J］.China Safety Science Journal，2011，21（10）：125-130.（in Chinese）

［14］杜少輝，洪杰，謝里陽，等.航空發動機斷裂關鍵件失效率分析［J］.北京航空航天大學學報，2009，35（4）：464-467. DU Shaohui，HONG Jie，XIE liyang，et al.Aeroengine fault analysis of the key pieces of the failure rate［J］.Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics，2009，35（4）：464-467.（in Chinese）

［15］朱巖，崔凝，戚學鋒，等.民用飛機動力裝置系統FHA研究［J］.航空科學技術，2012（2）：23-25. ZHU Yan，CUI Ning，QI Xuefeng，et al.FHA civilian aircraft power plant systems research［J］.Aeronautical Science and Technology，2012（2）：23-25.（in Chinese）

（編輯：栗樞）

Research on Airworthiness Certification Method of Aeroengine Complying with CCAR33-R2.75

QIAO Lei，LI Yan-jun，CAO Yu-yuan，ZHAO Su-yang，XU Zheng-teng，WANG Lei
（College of Civil Aviation，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China）

Aiming at the security requirements of aeroengine airworthiness certification，the airworthiness terms of CCAR33-R2.75 was studied and analyzed，and the validation requirements and methods were determined.Function hazard analysis method，fault tree analysis method，failure mode method and effect analysis method were utilized in the process.The certification procedure of aeroengine was proposed complying with CCAR33-R2.75.Finally，example analysis of an aeroengine was performed，the validation of uncontrolled fire was complied with CCAR33-R2.75.The method can support the aeroengine CCAR33-R2.75 terms airworthiness compliance verification.

CCAR33-R2.75；airworthiness compliance；validation method；aeroengine

V 235.12

A

10.13477/j.cnki.aeroengine.2016.01.020

2015-02-24

喬磊（1990），男，在讀碩士研究生，研究方向為民用發動機可靠性和安全性；E-mail：741243958@qq.com。

引用格式：喬磊，李艷軍，曹愈遠，等.航空發動機CCAR33-R2.75條款適航符合性驗證方法研究［J］.航空發動機，2016，42（1）：99-102.QIAOLei，LI Yanjun，CAO Yuyuan，et al.Research on airworthiness certification method of aeroengine complying with CCAR33-R2.75［J］.Aeroengine，2016，42（1）：99-102.