民用飛機駕駛艙應急逃生出口設置適航要求研究

嚴立浩　張　潔　孫　穩　張　廈 /

(上海飛機設計研究院，上海201210)

0　引言

民用飛機駕駛艙應急逃生出口設計是飛機設計的一個重要方面，該出口的設置對機組安全有著直接影響，其設置的合理性直接關系到機組應急撤離時間和逃生能力。歷史上發生多次機組啟動駕駛艙應急逃生出口的事例，如2007年8月20日，臺灣中華航空120號班機(737-809型)降落那霸機場后突然起火爆炸，機上乘客和機組成員全部平安撤離，此次應急撤離中，機組便啟用了機頭通風窗作為出口順利完成逃生。

因此，適航條款對民用飛機駕駛艙逃生出口設計的要求是機組應急逃生及驗證的一個重要方面，受到局方及航空工業界的高度關注，也是飛機安全性研究的重要內容。

本文在適航條款關于應急出口相關要求的基礎上，總結了駕駛艙應急出口設置要求的演變，分析了相應的演變內容、符合性方法和未來趨勢，為民用飛機的駕駛艙應急出口設計及適航驗證提供指導。

1　條款要求與演變

1.1 適航條款要求

針對駕駛艙應急逃生出口設置有直接要求的條款為CCAR25§25.807(j)、§25.809(b)和§25.772(a)。現就條款原文和歷史背景進行說明。

1.1.1 CCAR25§25.807應急出口

(j) 飛行機組應急出口 對于旅客應急出口與飛行機組區的靠近程度不能為飛行機組撤離提供方便和易于接近措施的飛機，以及客座量大于20 座的所有飛機，飛行機組應急出口應設置在飛行機組區。

此類出口的尺寸和位置應足以使機組能迅速撤離。在飛機兩側必須各有一個出口，或代之以一個頂部帶蓋艙口。每個出口必須包含一個至少為483 mm×510 mm(19 in×20 in)的無障礙矩形出口，除非能通過一名典型的機組成員圓滿地演示出口的實用性。

1.1.2 CCAR25§25.809 應急出口的布置

(a) 每個應急出口，包括飛行機組應急出口在內，必須是機身外壁上能提供通向外部的無障礙開口的活動艙門或帶蓋艙口。

(b) 每個應急出口必須能從內外兩側開啟，但如果從飛行機組區域能方便而迅速地接近其它經批準的出口，則該區域的滑動窗戶應急出口不必能從外側開啟。在下列條件下，當機身無變形時必須能打開每個應急出口：

(1) 飛機處于正常地面姿態，和在一根或幾根起落架支柱折斷時的每一種姿態；

(2) 從開門裝置啟動到出口完全打開，不超過10 s。

1.1.3 CCAR25§25.772 駕駛艙艙門

在駕駛艙與客艙之間裝有可鎖艙門的飛機：

(a)最大客座量超過20座的飛機，應急出口的布局必須設計成使機組成員或旅客都不必通過上述艙門就能到達為他們設置的應急出口；

(b) 必須有措施使飛行機組成員在該艙門卡住的情況下能直接從駕駛艙進入客艙。

(c) 必須有緊急措施使飛行乘務員能夠在飛行機組失去能力的情況下進入駕駛艙。

1.2 條款歷史背景

1.2.1 §25.807應急出口

經過查證，FAR25.807條款從1965年FAR25部頒布之處就開始存在，是從CAR§4b.362 繼承過來的。需要指出的是，25.807(j)款內容從25-72號修正案開始存在,25-88號修正案去掉了該款，但25-92號修正案再次增加了該款。

1.2.2 §25.809(b)

經過查證，FAR25.809從1965年FAR25部頒布之時就開始存在，是從CAR§4b.362 繼承過來的，25.809(b)從未進行過更改。

1.2.3 §25.772

該條款從1972年的FAR25-33修正案才開始出現，但25.772是根據25-106號修正案增加的。(a)款從25-33號修正案到25-106號修正案無實質改變。

2　條款分析與符合性思路

2.1 咨詢通告參考

2.1.1 §25.807(j)

AC25-17A《運輸類飛機客艙內部設施墜撞安全性手冊》對此有如下指導意見，“出口的驗收條件至少是由95%的男性(高74 in，約1.88 m;重210 lb，約95 kg)參加演示并至少考慮(用分析方法)一個或多個起落架失效的影響”。

2.1.2 §25.809(b)

AC25-17A對該條款解釋如下：

“(1) 其它經批準的出口應用作營救人員以協助失去能力的飛行機組人員。如果飛行機組出口不能從左側外部開啟，另外的經批準的出口應在左側。右側亦然。

(2) 飛機在停機或不載客時，每個應急出口從內外兩側開啟的要求不適用。只要有滿意的措施保證在旅客登機前鎖是打開的，能防止未經批準而進入的鎖是可接受的。這樣的措施隨飛機的大小和復雜性而變化。除非應急出口位于很遠的區域或應急出口很多，開鎖狀態可能看不見，否則不需要駕駛艙信號裝置燈。在出口具有帶有紅色標記的鎖銷是滿意的。飛機飛行手冊在要求鎖銷打開程序一節應包括飛行前檢查單。”

此外，修正案25-15針對飛行機組應急出口的輔助設施作如下規定：

“飛行機組應急出口的輔助設施，可以是繩索或任何其它經演示表明適合于此用途的設施。如果輔助設施是繩索或一種經批準的等效裝置，則必須滿足下列要求：

(i)輔助設施應連接在應急出口頂部(或頂部上方)的機身結構上，對于駕駛員應急出口窗上的設施，如果設施在收藏后或其接頭會減小飛行中駕駛員視界，則也可連接在其它經批準的位置上；

(ii)輔助設施(連同其接頭)應能承受400 lb(180 kg，1 765 N)的靜載荷。”

2.2 條款分析

實踐中，有種情況需要重視，即飛機客改貨，通常服務門被封堵，則該側機組應急出口是否必須具備機外開啟能力呢(假設駕駛艙應急門因素已經考慮)？

根據本文2.1.2中AC25-17A解釋(1)，可以看出，毗鄰的乘客應急出口與對應側機組應急出口的機外打開要求有“互補”效應。此規定的意義在于保障無論走哪側，機外人員都有能力及時營救失能機組。

這一解釋對于用通風窗作為機組應急出口的飛機較為有利。在研發實踐中，上述機外開啟機構由于需要再額外增加聯動裝置，在結構上需要增加約3 kg～4 kg左右質量。而通常登機門/服務門等都具備機外開啟能力，綜合統籌，取消機外開鎖機構系統可以大為減輕結構本身重量。

另一種情況是駕駛艙頂部的逃生門，在工程設計中通常保留有機外開啟的裝置，是因為：(1)從實際考慮，在機場塔梯等輔助工具下，營救人員可以很方便趴頂營救；(2)由于門本身內外手柄設計的共軸聯動性，外手柄在機構設計工程量及重量上并未帶來太多負擔，故通常予以保留。

關于機組應急出口需要考慮的適航因素如圖1所示。

圖1　機組應急出口適航要求示意圖

從上文可看出條款本身的制定思路是整體連貫的，符合性思路也應當通盤考慮，諸如機外開鎖等細節必須在設計前期就放在條款要求、服役環境、總體布置中統籌考慮，才能避免后期因為考慮不周帶來的額外更改。

2.3 符合性方法

根據符合性方法劃分，上述適航條款可采用符合性說明MC1、分析計算MC2、地面試驗MC5、機上檢查MC7等方法。

1)符合性說明

該部分主要是做功能解釋式說明，重點提供飛行機組應急出口的相關設計技術資料，飛機設計描述文檔、功能分析文檔說明出口的操作機構、觀察外部狀況的設施、保持出口在打開位置的措施等；此外，通過提供圖紙說明飛行機組應急出口的位置站位、尺寸等關鍵參數。

2)分析計算

參照AC 25.807-1 分析應急出口布置的均勻性。

主要考慮以下兩個方面：

(1)根據該項準則，為了縮短撤離時間，就不能讓人員繞過某個出口。因此須有合理的撤離量考慮，即駕駛艙應急逃生出口的允許撤離總量，事實上，由于駕駛艙機組人員通常不超過3名，因此單側或者兩邊開口在此處并非決定性影響。

(2)撤離出口之間的距離，即兩個出口的間距均小于機身長度系數，其中機身長度系數為客艙長度除以飛機各旅客區出口單元之和。該處主要是為了論證“易于接近的其他出口”設置的合理性。

此外，根據AC25-17A要求，還應當考慮起落架折斷情況下對機組應急撤離的影響。

3)地面試驗

進行飛行機組應急出口實用性驗證試驗(模擬逃生試驗)，人體尺寸數據的選取可以參考文件GJB2873-97附錄B中人體數據。

對于該試驗，應當選取典型的男女(第5百分位女性和第95百分位男性)同時考核，試驗中，要符合標準為：

(1)男、女性試驗人員總撤離時間小于90 s；

(2)試驗成員必須是從飛行機組應急出口爬出并利用救生繩撤離至地面；

(3)試驗成員在撤離過程中不會發生因上肢力量不足而造成的不可接受的滑落、摔倒。

該試驗的應急照明參考CCAR-25附錄J“應急撤離演示”進行。

4)機上檢查

在地面試驗的基礎上，該處主要對應急出口進行必要的機上檢查，檢查保持出口在打開位置的措施的有效性。檢查開啟出口的措施在黑暗中是否易于定位和操作。同時對于開口的標記等也應當一并作記錄。

通常地面試驗之前該項檢查已經完成。

3　典型應急逃生出口設置簡介

目前，主流民用客機駕駛艙應急出口承擔方式分為兩種，一種是機頭通風窗，另一種是駕駛艙頂部逃生門。前者通常有波音737、747、767，A320、330、340等，后者有波音787、A350等。

2.1 采用通風窗承擔

某型民用飛機機組應急出口為機頭通風窗如圖2所示。

圖2　通風窗布置示意

如圖3、圖4所示，打開通風窗時，先握住手柄開鎖按鈕，打開手柄鎖，沿順時針方向轉動手柄。打開四把鉤子鎖，同時通風窗向外滑動，然后推動把手，通風窗沿滑軌向后滑動。在打開位置,通風窗被打開位置鎖鎖住。

圖3　通風窗開啟

圖4　通風窗關閉

在關閉窗戶時，先手拉打開位置鎖的拉桿，將打開位置鎖打開。手拉把手將通風窗拉到窗框位置，用手逆時針轉動手柄，使通風窗向機身外部滑動，同時四把鉤子鎖上鎖。在關閉位置，手柄鎖自動上鎖，通風窗關閉。

由于該飛機登機門/服務門均可作為應急出口，飛機駕駛員能方便而迅速地接近，根據25.809條款要求，通風窗滿足可不從外部開啟的適航規定。圖5為模擬機組應急逃生的試驗示意圖。

圖5　模擬機組應急逃生

采用上述應急出口有如下特點：

1)在地面狀態，方便機組與地勤等溝通；

2)在飛機進場著落階段，遇到冰雹風雨等影響視野情況，根據適航25.773條款，可以開啟窗戶作為視野輔助需求。

2.2 采用機頂逃生門承擔

某型飛機機組應急撤離出口由駕駛艙機頂逃生門承擔，可從外部打開，布置及形式如圖6、圖7所示。

圖6　某型飛機機組應急撤離出口設在艙頂

圖7　機組人員從艙頂應急撤離出口逃生

在采用駕駛艙機頂逃生門作為逃生出口時，機組人員應當先通過機頭窗觀察地面情況(有無著火危險、有無水源等)，然后腳踩座椅，從逃生門旁內飾扯下逃離繩(lifeline)，轉動艙門內手柄解鎖，向外推門，向外釋放逃生繩并踩在駕駛員座椅上逃出駕駛艙。

上述應急出口有如下特點：

1)大視野商用飛機駕駛艙已經成為流行趨勢，在布置上，必然需要廣角大面積迎風玻璃，這將極大地增加通風窗設計難度。此外，通風窗本身必須要考慮鳥撞等風險，在強度、重量設計上付出多，技術難度高。因此采用機頂逃生門作為機組應急出口是一種較為理性的選擇；

2)考慮到安全性，采用機頂逃生門對飛機本身的離地高度有限制，類似A380、波音747高度的飛機采取機頂逃生門將給機組帶來相當大的安全隱患。

3　結論

本文通過對適航條款關于民用運輸類飛機駕駛艙應急逃生出口設置適航要求進行分析，明確了適航要求、符合性方法及其對飛機設計的影響，結論如下：

1)主流民用客機駕駛艙應急出口承擔方式分為兩種，一種是機頭通風窗，另一種是駕駛艙頂部逃生門，兩者均能實現機組應急撤離的需要。

2)采用任何一種作為機組應急出口及機構設計，均應統籌考慮應急撤離要求、相鄰應急出口情況、飛機本體高度等。

3)在機組地面試驗中，需要考慮到人體因素，同時需要就起落架折斷等因素給予分析說明。