民用運輸類飛機應(yīng)急電源飛行試驗要點研究

吳浩文

摘 要：民用運輸類飛機的應(yīng)急電源通常由沖壓空氣渦輪RAT和直流蓄電池組成，應(yīng)急電源的飛行試驗是一項高風(fēng)險科目，機組在試飛前需要對試驗要點進行充分準(zhǔn)備。本文對風(fēng)險科目應(yīng)急電源飛行試驗前需要重點關(guān)注的系統(tǒng)工作特征、試驗風(fēng)險評估、以及機組資源管理等方面內(nèi)容進行了探討和研究，并通過實際飛行試驗案例印證其重要性。

關(guān)鍵詞：運輸類飛機 適航 應(yīng)急電源 RAT 試飛

中圖分類號：V271.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（b）-0004-02

1 應(yīng)急電源的系統(tǒng)概述

民用運輸類飛機電源系統(tǒng)的設(shè)計中，飛機的電源系統(tǒng)包括直流電源、交流電源和應(yīng)急電源。正常情況下，飛機各系統(tǒng)由左右發(fā)電機或APU發(fā)電機供電。當(dāng)正常電源失效，且滿足一定飛行狀態(tài)的情況下，飛機將采用應(yīng)急電源供電。通常應(yīng)急電源包括沖壓空氣渦輪RAT和直流蓄電池。RAT利用沖壓空氣提供渦輪動力來帶動發(fā)電機產(chǎn)生電能，為飛機提供115V、400Hz的三相交流電，并為直流蓄電池充電。

2 飛行試驗的目的和內(nèi)容

根據(jù)運輸類飛機適航標(biāo)準(zhǔn)CCAR-25R4[1]，應(yīng)急電源系統(tǒng)必須符合25.1301a，25.1309a、b、c、d、e，25.1351a、b、d，25.1353c，25.1363b等條款的要求，并通過飛行試驗來標(biāo)明符合。飛行試驗的目的是考察RAT空中自動釋放功能，以及RAT釋放后應(yīng)急電源的供電特性。建議飛行試驗分為高高度和低高度情況兩個架次開展，分別在不同高度和速度下考察RAT自動釋放功能。RAT釋放后在飛行中執(zhí)行減速至1.2Vsr后改出，完成后以RAT供電狀態(tài)返航著陸，在全程檢查應(yīng)急電源的供電特性[2-3]。

3 飛行試驗的關(guān)注要點

飛行試驗前，機組包括試飛員和試飛工程師需開展一系列準(zhǔn)備工作，除了對試驗?zāi)康暮驮囼灧椒ǖ陌盐眨€需要了解飛機在應(yīng)急供電狀態(tài)下各系統(tǒng)的工作特性，風(fēng)險評估結(jié)論和風(fēng)險處置措施，開展必要的地面試驗，并進行充分的機組協(xié)同。

3.1 飛機應(yīng)急供電狀態(tài)下各系統(tǒng)的工作特性

應(yīng)急供電情況下，飛機各系統(tǒng)存在卸載和功能降級的情況。斷開飛機主電源后受到影響的系統(tǒng)包括但不限于：電源、飛行控制、自動飛行、顯示、通信、導(dǎo)航、燃油、液壓、壓調(diào)、防冰除雨、起落架、動力等系統(tǒng)。根據(jù)每個系統(tǒng)受影響的程度，需要在試飛中給予不同程度的關(guān)注。以下就飛行試驗中與安全性密切相關(guān)的方面進行總結(jié)。

顯示系統(tǒng)：駕駛艙儀表板將只剩下正駕駛一側(cè)的兩塊顯示器可用，將給飛行員操作飛機帶來極大的工作負擔(dān)。建議試飛中飛行員在一塊顯示器上監(jiān)控飛行高度、速度、姿態(tài)等關(guān)鍵參數(shù)，以及航路環(huán)境等信息，在另一塊顯示器上監(jiān)控發(fā)動機、燃油、飛機舵面、座艙高度等信息，以及飛機告警信息。但由于是電源系統(tǒng)的飛行試驗，還需要時刻監(jiān)控電源負載信息，以確定應(yīng)急供電情況下飛機供電情況符合預(yù)期，因此，還需要間歇地切換至電源簡圖頁，監(jiān)控和記錄數(shù)據(jù)。一個建議的方式是，在RAT自動釋放以及穩(wěn)定飛行期間，試飛員將一塊顯示切換至電源簡圖頁，供電源試飛數(shù)據(jù)監(jiān)控，依靠備用儀表來掌握飛機的關(guān)鍵飛行參數(shù)。

電源系統(tǒng)：應(yīng)急供電情況下的電源包括RAT和直流蓄電池。RAT依靠空氣流速驅(qū)動電機發(fā)電，按照RAT設(shè)計特征，當(dāng)空速小于160節(jié)時，應(yīng)急變壓整流器ETRU失效，由蓄電池向重要直流匯流條供電，直至空速重新恢復(fù)至170節(jié)以上后恢復(fù)由RAT供直流電。蓄電池的設(shè)計容量通常能夠為全機供電40min。試飛前應(yīng)嚴(yán)格檢查蓄電池容量，而試飛中空速小于160節(jié)的飛行時間應(yīng)控制在30min左右，避免在飛機著陸前達到蓄電池供電時間上限。

壓調(diào)系統(tǒng)：應(yīng)急供電情況下壓調(diào)系統(tǒng)將自動進入高原模式，如果飛機在大于8000ft的高度平飛時，座艙高度將保持8000ft。如飛機從平飛高度開始下降，下降過程中座艙高度將會隨之與外界氣壓高度保持平衡。因此，在高高度試飛中，飛機從20000ft按應(yīng)急程序下降后，座艙高度值會從8000ft開始上升至飛機真實氣壓高度，最大值將取決于飛機下降速度。考慮到座艙高度帶來的缺氧可能導(dǎo)致機組反應(yīng)能力下降等問題，試飛中建議在RAT釋放之前將座艙增壓置為人工位，允許飛行員手工控制座艙壓力變化，同時在試驗過程中壓縮不必要的操作動作，按應(yīng)急程序盡快使飛機下降到安全高度。

飛行控制和自動飛行系統(tǒng)：應(yīng)急供電情況下的飛機的自動飛行、自動油門、自動配平、馬赫數(shù)配平、偏航阻尼器，失速保護系統(tǒng)推桿等功能均喪失。同時，飛機的襟縫翼系統(tǒng)半速工作，并且行程受限。因此，試飛員需要在應(yīng)急供電的全程手動把桿控制飛機，并盡量減少飛機做大姿態(tài)機動或小速度飛行，避免可能產(chǎn)生的不安全事件。試驗中建議在關(guān)閉全機電源前將飛機調(diào)整到合適的空域，使飛機在后續(xù)飛行中能以合理的姿態(tài)和速度完成試驗規(guī)定動作。

通信、導(dǎo)航系統(tǒng)：應(yīng)急供電情況下飛機一側(cè)的通信、導(dǎo)航系統(tǒng)將喪失功能。建議機組應(yīng)預(yù)先選定可用側(cè)的通信設(shè)備頻率，并在甚高頻通信備上設(shè)置應(yīng)急通信頻率。建議機組在執(zhí)行科目時攜帶手持GPS，加強對飛機在空域中的位置感知，也能輔助了解飛行高度、速度和位置等關(guān)鍵信息。

著陸和滑行階段：由于飛機著陸后反推無法使用，之后的滑行過程中前輪轉(zhuǎn)彎和自動剎車不可用。因此，建議試飛員考慮上述問題，合理選擇跑道和接地點，滑跑過程中也需要試飛員控制滑跑速度，采用其他方式轉(zhuǎn)彎。

3.2 風(fēng)險評估

由于試飛中需要關(guān)閉左右發(fā)電機并斷開APU發(fā)電機，此時僅由RAT和直流蓄電池供電，再結(jié)合電源系統(tǒng)的安全性評估結(jié)果，RAT試飛科目被定義為一項高風(fēng)險科目。識別出的風(fēng)險包括：（1）RAT自動釋放后供電中斷；（2）RAT未正常釋放到位，無法正常投入飛機電網(wǎng)。對產(chǎn)生風(fēng)險的原因和可能導(dǎo)致的后果分析表明，飛機在喪失主電源和輔助電源供電的情況下，RAT未正常釋放、應(yīng)急電源無法正常供、電蓄電池電量不足都是潛在導(dǎo)致風(fēng)險產(chǎn)生的原因。endprint

根據(jù)以上識別出的原因制定了降低風(fēng)險的措施：在地面試驗中確認RAT自動釋放功能正常；飛行前對RAT和蓄電池進行維護檢查；飛行前對供電邏輯和電負載進行檢查；飛行試驗過程中進行實時監(jiān)控飛機狀態(tài)。

3.3 地面試驗

在飛行試驗前，首先開展一次RAT自動釋放的地面模擬試驗，可以有效地評估飛行試驗中可能遇到的風(fēng)險及應(yīng)對措施。

地面試驗的內(nèi)容包括檢查RAT自動釋放功能是否正常，同時通過模擬RAT釋放后飛機所處在應(yīng)急電源供電環(huán)境，讓飛行員熟悉駕駛艙環(huán)境、飛機工作狀態(tài)以及練習(xí)應(yīng)急處置程序等。此外，應(yīng)當(dāng)進行一次RAT手動釋放試驗，模擬空中RAT無法自動釋放的環(huán)境下，機組如何通過手動模式釋放RAT。

3.4 任務(wù)協(xié)同

執(zhí)行試飛任務(wù)前，組織開展飛行機組的協(xié)調(diào)是常規(guī)且必要的程序。通常在機組協(xié)同過程中梳理整個試飛科目的流程、確認協(xié)同工作方式、明確安全責(zé)任、確定試飛準(zhǔn)則、重申應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急作程序等，同時還要協(xié)調(diào)航管和氣象，確認當(dāng)天飛行的空域情況和氣象環(huán)境。針對應(yīng)急電源科目的特點，機組協(xié)同需重點明確以下幾點。

（1）空域情況。由于是風(fēng)險科目，要求機組熟悉試飛空域，并協(xié)調(diào)航管確保空域中的其他飛機避讓。同時強調(diào)了機組在執(zhí)行科目試飛過程中要有良好的飛行態(tài)勢感知，既對飛機自身狀態(tài)和飛機所處空域情況要時刻保持警惕。

（2）機組協(xié)同操作。由于應(yīng)急供電情況下極大地增加了機組的工作負擔(dān)，因此，要求機組嚴(yán)格按照前期協(xié)同的操作規(guī)范來執(zhí)行科目，如正駕駛控制飛機，副駕駛持手持GPS監(jiān)控空域。

（3）試驗時間控制。機組應(yīng)嚴(yán)格按照任務(wù)單要求執(zhí)行科目，飛機進行應(yīng)急供電以后要監(jiān)控并控制試驗進展時間，避免發(fā)生蓄電池耗盡而導(dǎo)致供電中斷等意外情況。

（4）試驗設(shè)備檢查。試驗前確認飛機各系統(tǒng)功能正常、確認蓄電池充電完成、確認攜帶上機的手持GPS工作正常等。

（5）試驗判斷和決策。機組尤其是試飛工程師應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控應(yīng)急供電以后的飛機狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常后即刻喊話并合理處置，緊急情況下要果斷決策終止試驗，接通飛機電源，時刻把飛行安全放在第一位。

（6）著陸和滑行。注意著陸后飛機無反推功能，因此，將面臨較長的著陸距離。

4 飛行試驗的實施

某型國產(chǎn)飛機按照以上關(guān)注要點準(zhǔn)備并開展了兩架次應(yīng)急電源飛行試驗。實際實施中，第一架次試飛，飛機在5000ft高度調(diào)整著陸構(gòu)型，保持170kn穩(wěn)定平飛。依次關(guān)閉APU發(fā)電機和左右發(fā)電機使RAT自動釋放。機組檢查各級各系統(tǒng)工作情況及駕駛桿操縱情況，確認飛機狀態(tài)之后調(diào)整構(gòu)型，執(zhí)行135～190kn之間的加減速飛行，隨后增速至170kn，按全機斷電應(yīng)急程序返場著陸。飛機在減速過程中，在空速156KIAS時出現(xiàn)音響告警和ETRU FAIL和BATT DISCHARGE的CAS信息，說明RAT停止驅(qū)動發(fā)電機供電；空速恢復(fù)至172KIAS時告警消失，表明RAT恢復(fù)工作。試驗過程中機組通過簡圖頁確認RAT發(fā)電機能夠穩(wěn)定工作在115V、400Hz，飛機各系統(tǒng)工作符合預(yù)期。該架次應(yīng)急供電狀態(tài)下飛行時間控制在35min。

第二架次試飛，飛機在20000ft高度調(diào)整著陸構(gòu)型，并保持124kn穩(wěn)定平飛。依次關(guān)閉APU發(fā)電機和左右發(fā)電機，使RAT自動釋放。機組設(shè)置座艙增壓為手動，并檢查各級各系統(tǒng)工作情況及駕駛桿操縱情況，確認狀態(tài)之后，同樣執(zhí)行加減速飛行，隨后飛機增速按全機斷電的應(yīng)急程序返場著陸。此架次飛機從20000ft應(yīng)急下降過程中，座艙高度最高達到15000ft，機組感明顯有不適感覺，并隨即佩戴氧氣面罩，直至座艙高度恢復(fù)正常。試驗過程中機組檢查飛機各系統(tǒng)工作符合預(yù)期。該架次應(yīng)急供電狀態(tài)下飛行時間控制在39min。

5 結(jié)語

高風(fēng)險科目試飛前飛行前機組需要進行充足完備的準(zhǔn)備工作，除了關(guān)注被測系統(tǒng)本身的試飛方法和工作特性，還需要關(guān)注受影響的其他飛機系統(tǒng)的運行狀態(tài)，預(yù)想所有可能的突發(fā)事件，對試飛風(fēng)險進行管控。應(yīng)急電源科目試飛就是一個典型案例，機組在試飛前進行了充分的準(zhǔn)備和協(xié)調(diào)，預(yù)期到試驗過程中可能面臨的一系列諸如飛行信息顯示的缺失、通信導(dǎo)航功能的降級、座艙壓力變化等問題，合理調(diào)配駕駛艙機組資源，保障了風(fēng)險科目順利完成，為飛機設(shè)計和飛行驗證采集到了寶貴的數(shù)據(jù)，積累了豐富的經(jīng)驗。

參考文獻

[1] 中國民用航空局.CCAR-25-R4，2016，運輸類飛機適航標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] FAA AC 25.1362-1 Electrical Supplies for Emergency Conditions[Z].2007.

[3] FAA AC 25-7C Flight Test Guide for Certification of Transport Category Airplanes[Z].2012.endprint