民用飛機起落架系統鳥撞防護設計

鄧妍

【摘 要】鳥撞是當今民航運輸的重要威脅之一，飛機起落架系統的研制需充分考慮鳥撞防護，減小鳥撞對起落架系統的影響，以保證飛機可以安全飛行和著陸。當前的運輸類飛機適航標準均對鳥撞提出了適航要求。本文從鳥撞適航要求出發，追溯起落架系統鳥撞防護設計需求，研究了不同區域起落架系統受鳥撞可能導致的失效，確定了相關設備具體的布置要求，作為起落架系統研制的依據，提高系統的抗鳥撞性，也可為相關適航條款的符合性驗證提供依據。

【關鍵詞】鳥撞防護；起落架系統；適航要求；設計需求

Precaution Design of Bird Strike for Civil Aircraft Landing Gear System

DENG Yan

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

【Abstract】Bird Strike is one of the major threats for civil aviation today， precaution of bird strike shall be fully considered during development of aircraft landing gear system， in order to decrease the impact on landing gear system by bird strike， so that we can ensure safety during flight and landing. The current transport aircraft airworthiness standards provided requirements for Bird Strike. Based on Bird Strike airworthiness standards， this article describes precaution design requirements of Bird Strike for landing gear system， discusses failure conditions of the landing gear system in different areas， defines the specific layout requirements for Components， which are basis for the landing gear system development. As a result， Safety for landing gear system by Bird Strike is improved. And it can also be evidence for relevant airworthiness compliance verification.

【Key words】Bird strike precaution； Landing gear system； Airworthiness standards； Design requirements

0 引言

隨著世界航空工業的快速發展，飛機增多，航線增加，鳥撞事故的發生越來越頻繁，已成為民航運輸安全的重要威脅之一，如何減小鳥撞對飛機安全的影響成為民用飛機研制過程中須考慮的問題，本文對典型民用飛機起落架系統的鳥撞防護設計進行了研究。

1 鳥撞危害

飛機在飛行過程中（包括起飛、巡航及著陸階段），有可能遭遇鳥體撞擊造成結構或系統失效，稱為鳥撞或鳥擊事件。據資料顯示，僅1960年以來，世界范圍內由于鳥撞事故至少造成78架民用飛機損失，201人喪生，鳥撞已被國際航空聯合會定為A類空難[1]。鳥撞對飛機造成的破壞極大，研究表明，鳥撞時飛機處于高速飛行，當一只體重2kg的飛鳥撞擊時速900km/h的飛機，瞬間產生的沖擊力高達4000kg[2]。由于鳥撞事故屢見不鮮，破壞性大，飛機及系統的研制需關注鳥撞對飛行安全的影響。

2 鳥撞對飛機起落架系統的影響

目前國內航空公司現役機型多為波音737系列和空客A320系列，這些機型的起落架系統采用前三點可收放式起落架，主起落架向內收入中機身主起落架艙，前起落架向前收入機頭前起落架艙。起落架系統主要由起落架結構、起落架收放子系統、前輪轉彎子系統、位置指示和告警子系統組成，后文的分析主要基于此類型的起落架系統進行。

據資料統計，鳥撞事故多發生在機場附近300m以下的低空，以起飛和著陸階段居多。原因是鳥類低空飛行時視距受到限制，而鳥類在低空活動者居多，故與飛機相撞的機會較多，圖1是日本某民航公司對飛行狀態發生鳥撞概率的統計示意圖[3]。由于起飛和著陸階段飛機起落架處于放下位置暴露在外部，發生鳥撞時的巨大沖擊力可能破壞起落架結構及系統設備，妨礙飛行安全。因此如何減小鳥撞對起落架系統的影響以保證飛機安全飛行及著陸，成為起落架系統設計過程中需解決的問題。

3 鳥撞適航要求及起落架系統鳥撞防護設計需求

當前的運輸類飛機適航標準CCAR-25，FAR-25和CS-25對鳥撞提出了適航要求，起落架系統相關的適航要求主要為§25.571、§25.1309（b）條[4]。其中§25.571（e）要求飛機在受到1.8kg鳥體撞擊造成結構損傷時，必須能夠成功完成該次飛行。§25.1309（b）對飛機設備、系統及安裝提出了安全性要求，根據該條款內容，起落架系統在遭受鳥撞時，不能導致災難性等級的失效。

此外，§25.729（c，e）要求起落架系統鳥撞時仍需具有應急放操作及向機組或其他交聯系統指示起落架位置的功能。

根據相關的鳥撞適航要求，追溯起落架系統鳥撞防護設計需求如表1。

起落架系統功能失效等級分為5類，即災難性的（Catastrophic）、危險的（Hazardous）、較大的（Major）、較小的（Minor）和無安全影響的（No Safety Effect）。一般情況下，起落架系統災難性等級的失效主要由于系統設備錯誤導致，如非指令的收上起落架、非指令轉彎，鳥撞不會造成系統發生災難性的失效。但是根據條款§25.729（c，e）和§25.571（e）的要求，起落架系統的設計需采取防護措施，保證鳥撞時系統仍具有應急放操作及指示起落架位置功能，并且相關結構強度需能承受鳥撞時巨大的沖擊。

4 起落架系統鳥撞防護設計

飛機機頭、電子電氣設備艙、機翼、翼身整流罩以及起落架等5個區域為受鳥撞影響的關鍵區域，起落架系統的鳥撞防護設計需對這些區域內起落架結構、系統設備、液壓元件和相關電纜的布置進行分析。

機頭駕駛艙區域安裝有操縱器件如起落架控制面板、轉彎手輪。如果鳥體撞擊機頭進入駕駛艙區域損壞這些設備，或與這些設備相連的電纜在鳥撞發生后產生了斷路或短路的失效，最嚴重情況下，起落架系統將同時喪失正常收放和應急放功能，導致起落架無法放下。因此起落架系統對飛機機頭結構強度設計提出要求，需防止鳥體撞擊機頭時進入駕駛艙破壞起落架系統設備，同時相關電纜在機頭區域的布置應避免因鳥撞產生失效。

起落架區域包括前起落架艙和主起落架艙，主要布置起落架結構及一些系統設備。起落架結構主要包括緩沖支柱、側撐桿、艙門、位置鎖、作動器等，相關結構強度設計時需保證鳥撞沖擊不會發生結構穿透或者導致該部位的部件喪失[5]。通過相關計算分析，可確定鳥撞最嚴酷區域（最大應力點），并針對該區域進行鳥撞試驗，確保起落架結構的設計滿足要求。同時，起落架艙門可對布置在其后部的組件進行鳥撞防護，故可將關鍵組件布置在艙門后部。另外，起落架支柱上的液壓管路、傳感器、電纜應布置在支柱正后方，避免與鳥體直接撞擊；起落架位置傳感器及電纜需冗余備份，確保系統在遭受鳥撞時仍具備向機組及其他交聯系統指示起落架位置的能力。

機翼及翼身整流罩區域，液壓元件如起落架控制閥和用于實現起落架收放的液壓管路應盡量布置在機身內部，減小被撞擊受損的風險。

電子電氣設備艙是飛機關鍵系統設備高度集中的區域，其結構強度的設計需盡量防止鳥體撞擊進入該區域而破壞關鍵設備。起落架系統在該區域的布置主要包括起落架控制單元、應急放相關設備和電纜。起落架控制單元是實現起落架收放、轉彎等功能的關鍵設備，通常采用兩個控制單元冗余備份，為防止鳥撞同時損壞兩個控制單元造成起落架重要功能的喪失，需對冗余備份的控制單元進行隔離布置；同時，應急放相關設備和供電線纜應與液壓管路隔離布置，確保鳥撞時由液壓系統驅動的正常收放與應急放功能不會同時失效。

基于以上分析，為進行鳥撞防護設計，起落架系統設備具體的布置要求可概括如表2。

通過上述分析得出的鳥撞防護設計要求，需作為起落架系統研制的依據，并在系統設計完成后通過檢查、分析和試驗的方法，驗證所設計的系統滿足鳥撞防護設計要求。

5 結語

鳥撞是目前民用飛機安全的重要威脅。作為一項特殊風險，適航標準對鳥撞提出了適航要求。進行飛機起落架系統的鳥撞防護設計，研究起落架系統在不同鳥撞影響區域的設計要求，可以減小鳥撞對系統的影響，提高系統的抗鳥撞性能，也可為相關適航條款的符合性驗證提供依據。

【參考文獻】

[1]李玉龍，石霄鵬.民用飛機鳥撞研究現狀[J].航空學報，2011，32：1-11.

[2]王占彬，程相朝，孫平，等.機場鳥撞的生態防治[J].生物學通報，2009，44（9）：1-3.

[3]李其穎.鳥撞飛機的一般規律和防撞措施[J].航空學報，1998，9（8）：383-386.

[4]CCAR-25-R4.運輸類飛機適航標準[S].

[5]張柱國，郝一鳴.運輸類飛機鳥撞及符合性驗證綜述[J].航空科學技術，2013，6：1-4.

[責任編輯：楊玉潔]