民用飛機液壓系統對CCAR25.981條款的適航符合性驗證研究

張瑞華

民用飛機液壓系統對CCAR25.981條款的適航符合性驗證研究

張瑞華

（上海飛機設計研究院，上海201203）

燃油箱點燃防護一直是民用飛機設計及適航驗證的重要問題。從適航驗證角度以液壓系統為驗證對象，對CCAR25.981條款（燃油箱點燃防護）逐條進行驗證說明，來表明一般民用飛機對適航驗證條款CCAR25.981的符合性。

液壓系統；燃油箱點燃防護；CCAR25.981；適航驗證

燃油箱點燃防護一直以來是民機研制和適航驗證的重要方面，燃油箱作為飛機儲存燃料的裝置，必須保證燃油箱的結構完整性和防火安全性，從而保證飛機的飛行安全。民航規章CCAR25.981條款[1]：燃油箱點燃防護條款也歷來受到航空工業界、FAA及EASA的普遍關注。作為支持飛機用戶作動的液壓系統，由于液壓管路遍布全機（包含燃油箱），在滿足自身三套系統的冗余設計之外也需要充分考慮燃油箱的點燃防護問題，并滿足燃油箱防護的適航要求。本文從液壓系統角度出發，論述了燃油箱點燃防護的設計要求，同時考慮了燃油箱點燃防護（981條款）的符合性驗證工作，以此來表明民機液壓系統設計能夠滿足安全性以及適航要求。

1 液壓系統設計

民用飛機液壓能源系統一般設計為三套獨立系統，來供給飛機用戶液壓能源。液壓系統為飛行操縱（襟縫翼，擾流板等），起落架收放及艙門，前輪轉彎，剎車，RAT收回等飛機用戶提供液壓能源[2]。三套液壓系統設備一般安裝在左、右翼身整流罩以及后設備艙等位置。液壓系統管路根據飛機用戶的位置布置合適的走向。

一般來說，民用飛機的燃油箱設計一般采用三油箱結構（左機翼油箱、右機翼油箱和中央翼油箱）[3]，見圖1.同時，機翼上的液壓用戶有飛控系統的擾流板作動器、副翼作動器和襟縫翼翼尖剎車，支持以上液壓用戶作動的液壓管路一般布置在油箱內部、機翼后緣等位置[4]，如圖2所示。

圖1 燃油箱結構

圖2 液壓管路的燃油箱布置

2 液壓系統的燃油箱點燃防護要求

2.1 概述

燃油箱點燃防護方法包括：點火源防護，減少燃油蒸汽，加裝惰化系統[3]。對液壓系統而言，燃油箱內僅包含液壓管路，因此液壓系統管路設計需滿足燃油箱點燃防護要求。首先應保證液壓系統管路不會過熱，成為點火源，影響燃油系統安全；同時應保證液壓系統管路不發生泄漏，防止液壓油污染燃油箱內燃油，最終影響發動機工作。

2.2 液壓系統燃油箱點燃防護要求

液壓系統除了在設計上考慮燃油箱點燃防護外，還應滿足適航條款的相關內容：液壓系統適用的適航條款及符合性方法見表1.

表1 飛機液壓系統981條款常用驗證方法表

2.3 液壓系統的符合性驗證思路

CCAR25.981條款的目的是防止在飛機正常工作和失效情況下可能存在的熱表面或其它潛在點火源出現，同時結合對燃油箱內可燃環境的控制，降低燃油箱的可燃暴露程度，從根本上防止災難性的燃油箱爆炸事故發生。對于液壓系統，需驗證滿足981（a）（2），（a）（3），（d）的適航要求。

（1）981（a）（2）

首先，描述液壓系統設計，證明液壓系統滿足燃油箱點燃防護要求：依據981（a）（1）確定的燃油箱內溫度上限400℉，液壓系統設有溫度傳感器，當溫度過高會發出報警，同時，液壓系統的溫度開關，當溫度過高時會自動切斷液壓泵的吸油；燃油箱內液壓管路1#系統還設置了防火切斷閥，當溫度過高可以切斷EDP的吸油。當上述措施無效時，溫度繼續升高超過291°F時，1#系統的熱熔斷閥會融化，將過熱液壓油直接排出機外，而此時距液壓油燃點（350°F）相差59°F.

然后通過計算分析，考慮液壓系統所有可能的工作、失效和故障條件下不會導致燃油箱系統溫度超過400℉.通過液壓系統安全性分析，得出全部階段失控的液壓系統極度過熱和未通告的液壓系統極度過熱概率都小于10-9（極不可能），而極度過熱溫度為130℃（266℉），所以超過400℉是極不可能的。

最后，通過液壓系統設備鑒定試驗，證明在工作、故障狀態下的液壓設備元件的最高溫度不超過400℉，不會在失效時導致燃油箱可燃性增加。

（2）981（a）（3）

一般來說，燃油箱點火源主要從泵、電子部件、靜電或閃電三方面進行分析。首先，對于液壓系統在燃油箱附近以及內部的零部件及管路布置進行描述，說明系統設計所采取的防止在燃油箱系統內產生點燃源的設計特征；再通過安全性分析證明單點失效、單點失效與沒有表明為概率極小的潛在失效的組合或者所有沒有表明為極不可能的失效組合均不會導致燃油箱系統產生點火源。同時對防止因閃電導致的點火源的設計特征有效性進行評估驗證；然后，在試驗室驗證閃電對燃油箱內部的液壓管路元件不會產生電火花，對液壓管路搭接有效性進行驗證；最后對于燃油箱點燃的液壓系統防護特征進行實物檢查。

其中，安全性分析應分三步：一是對于任何單一失效，不管其發生的概率多小，都必須表明不會導致形成一個點火源；二是對于任何單一失效，不管其發生的概率多小，及其與任何未表明其發生概率至少為極小可能（extremely remote）（即未表明其發生概率為極小可能或極不可能）的潛在失效狀況的組合，都必須表明不會導致形成一個點火源；三是對于任何未表明其發生概率為極不可能（extremely improbable）的失效的組合，都必須表明不會導致形成一個點火源。

（3）981（d）

首先液壓系統應制定相關適航性限制項目（CDCCL、檢查或其他程序）；編制持續適航報告說明初始適航所符合的點火源防護特性會在持續適航階段得以保持，同時需要說明為保持點火源防護特性而建議進行的功能性檢查，目擊檢查等；然后，需要分析哪些點火源防護設計特征會隨檢查、時間等因素退化、損失，哪些會形成點火源，而不能持續維持并納入CDCCL；最后，對CDCCL、檢查或其他程序進行機上檢查驗證可維修性、可達性，確保持續適航要求。

3 結論

燃油箱防護一直是民機適航的關注重點，除了燃油箱防護外，附近區域的點燃防護和溫度要求也十分重要。對于液壓系統管路需要滿足飛機作動，常常分布于燃油箱附件或穿過燃油箱，在這種情況下981條款同樣適用液壓系統。為了滿足最低適航要求，液壓系統須按照上述驗證過程表明符合性，并納入CDCCL，保證燃油箱點燃防護的持續適航要求，以此保證民機飛行安全。

[1]運輸類飛機適航標準.中國民用航空規章第25部CCAR-25，R3[M].北京：中國民航總局，2001.

[2]飛機設計手冊第12冊-飛行控制系統和液壓系統設計[M].北京：航空工業出版社，2003.

[3]張斌.民用飛機燃油箱點燃防護設計研究銀未宏[J].民用飛機設計與研究，2015（2）：47-50.

[4]趙海濤.大型客機機翼系統布置設計研究[J].科技信息，2011（24）：762-764.

Airworthiness Compliance Test of CCAR25.981 Clause in Civil Aircraft Hydraulic System

ZHANG Rui-hua
（Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201203，China）

Fuel tank ignition prevention is important in civil-aircraft design and airworthiness verification.The paper verified the hydraulic system to conform the item CCAR25.981（Fuel tank ignition prevention）in order to testify the aircraft’s airworthiness conformity.

hydraulic system；fuel tank ignition prevention；CCAR25.981；airworthiness conformity

V245.1

A

1672-545X（2017）07-0168-02

2017-04-21

張瑞華（1985-），女，上海人，碩士，工程師，主要研究方向：液壓系統設計以及適航驗證。