運輸類旋翼航空器駕駛艙錄音機的適航符合性驗證方法研究

黃書雅

（中國直升機設計研究所，景德鎮(zhèn) 333001）

1 引言

1953年，由英國德·哈維蘭公司研制的世界上第一架噴氣式民航客機——“彗星”客機發(fā)生墜機事故。墜機發(fā)生數(shù)小時后，航空公司的相關專家便開展了事故調查，但由于沒辦法了解墜機時飛機的具體情況，同時無法獲取飛機殘骸，調查組只能依靠其他細微證據(jù)進行研究，最后得出的調查結論也是基于推測而做出的。因此，亟需一種設備可以記錄飛機失事前的飛行參數(shù)及駕駛艙內的聲音信息，用以提高判斷事故原因的準確性。當時正在墨爾本航空研究實驗室工作的沃倫參與調查事故原因，他由此萌生了制造一種飛行記錄設備的想法。1956年，沃倫與同事試驗成功了可以保留4h語音和飛行數(shù)據(jù)的“黑匣子”的雛形——“航空研究實驗室飛行記憶匣”。

1960年7月以來，又陸續(xù)發(fā)生了4起直升機墜毀事故，事故調查變得異常困難，美國聯(lián)邦航空局（FAA）認為在直升機上使用駕駛艙錄音機可以極大提高事故原因判斷的準確性，以此避免相似的事故再次發(fā)生，從而提高經(jīng)濟性。因此，同年FAA開展了關于安裝駕駛艙錄音機（CVR）的可行性研究工作，最后形成適航安裝許可標準和運行規(guī)則文件，要求運輸類旋翼航空器在航空運輸服務中安裝符合技術標準規(guī)定（TSO）的CVR。1969年，F(xiàn)AA頒布修正案29-6，規(guī)定了運輸類旋翼航空器CVR的安裝要求。本文通過分析CVR的適航要求，結合某型直升機探討運輸類直升機CVR的適航符合性思路及方法。

2 適航條款要求

駕駛艙錄音機用于采集、記錄來自旋翼航空器的語音，并保存在記錄器中，可用于旋翼航空器維護、訓練評估和事故分析等，因此許多載客運營的旋翼航空器都要求配備駕駛艙錄音機。針對運輸類旋翼航空器，CVR的設計和安裝必須要滿足《運輸類旋翼航空器適航規(guī)定》（CCAR-29-R1）的要求。同時，為保證后續(xù)快速投入運營，其設計和安裝還必須滿足《一般運行和飛行規(guī)則》（CCAR-91-R2）及《小型航空器商業(yè)運輸運營人運行合格審定規(guī)則》（CCAR-135）的要求。

2.1 CCAR-29-R1對CVR的要求

（1）CVR必須經(jīng)過批準，能夠記錄機組成員在艙內的聲音信息；

（2）記錄的通信信息必須是可懂的；

（3）不同的通話或音頻信號應分別記錄在不同的通道上；

（4）CVR的供電應最為可靠，且不影響重要或應急負載；

（5）CVR應安裝于在飛機墜撞的情況下，CVR破裂及隨之起火而導致記錄毀壞的概率降低至最小的位置；

（6）墜撞后10min內能夠停止抹音；

（7）能夠在飛行中檢查CVR功能是否正常；

（8）記錄器顏色為鮮橙色或鮮黃色。

2.2 CCAR-91-R2對CVR的要求

（1）最大審定起飛重量超過3180kg的旋翼機，應安裝型號合格審定要求的CVR；

（2）對于已安裝了經(jīng)批準的CVR，但沒有安裝飛行數(shù)據(jù)記錄器（FDR）的旋翼機，應至少在CVR的一個通道上記錄主旋翼的轉速；

（3）CVR應該至少能夠保留飛機運行過程中最后2h所記錄的信息；

（4）可以采用安裝2套組合式飛行記錄器（FDR/CVR）的方式替代獨立的FDR和CVR；

（5）應在CVR的殼體外部表面固定反射材料，并在其上牢固地安裝自動激發(fā)的水下定位裝置。

2.3 CCR-135對CVR的要求

（1）乘客座位數(shù)超過6人，并且，按照型號審定規(guī)定或運行規(guī)定，要求配備2名駕駛員且以渦輪發(fā)動機為動力的旋翼機，應當根據(jù)適用情況配備符合CCAR-29-R1要求的CVR。

（2）在外殼上或者靠近外殼處有經(jīng)批準的水下定位裝置，該裝置的固定方式應當保證在發(fā)生墜毀撞擊時不易分離，除非該CVR和FDR相互靠近安裝，在發(fā)生墜毀撞擊時兩者不易分離。

（3）可以使用具有抹音特性的經(jīng)批準的CVR，但必須符合CCAR-91-R2的要求。

3 CVR符合性驗證思路及方法建議

3.1 符合性驗證思路

CVR的符合性驗證在通常情況下是首先根據(jù)適航要求對其進行設計，然后進行試驗和相應的分析表明CVR的設計、安裝和功能符合適航的要求，最后提交適航當局批準通過。具體的符合性驗證思路如圖1所示。

（1）根據(jù)研制機型的設計特征和預期用途，按照適航規(guī)章條款要求進行CVR系統(tǒng)設計，選擇合適的CVR供應商；

（2）開展電氣系統(tǒng)負載分析，選擇CVR的供電匯流條；

（3）對CVR可能的安裝位置進行墜撞情況下的生存概率分析，選擇盡可能高的生存位置進行安裝；

（4）墜撞后自動停止記錄試驗；

（5）對CVR的操作可達性、錄音可理解性進行評估；

（6）供應商提供CVR鑒定證明；

（7）局方批準所有的驗證文件，關閉條款驗證。

圖1 符合性驗證思路流程圖

3.2 符合性驗證方法

符合性驗證方法是指民用航空器在適航取證過程中，用于表明航空器、系統(tǒng)和設備能夠滿足相關適航條款的方法。CVR的符合性方法包括說明性文件、計算分析、試驗室試驗、飛行試驗和設備合格性等。

（1）說明性文件是指提供系統(tǒng)設計方案、設計圖樣等，描述CVR系統(tǒng)組成、工作原理、數(shù)量、設計標準、記錄的信號來源、安裝方式和位置、容量、供電要求、自檢操作和防止誤動作抹音設計及墜撞后停止抹音設計等方面的情況，上述情況須均滿足適航要求。

（2）計算分析是指進行電氣負載分析和安裝位置分析。進行電氣負載分析的目的是選擇合適的供電方式：如果應急供電的裕度足夠的話，最好接入應急匯流條，當應急匯流條的容量不足以承擔供電時，可接入其他匯流條。當旋翼航空器發(fā)生電氣故障時，要求切斷其他負載轉入應急匯流條之前，CVR應是最后被切斷的設備。

安裝位置的分析應表明：該位置能在墜撞沖擊中對CVR提供合理的保護，使得沖擊導致記錄器破裂的概率最小；該位置盡可能遠離燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)等可燃液體，使墜撞后CVR著火的概率最小，一般考慮安裝在尾梁上；如果CVR設計為可彈射，可以不進行安裝位置分析。

（3）試驗室試驗是指進行CVR自動停止記錄試驗，模擬墜撞沖擊，判定條件可以是以下5種情況之一：向下過載大于4g（法向加速度3g）、向前過載大于4g（軸向加速度4g）、側向過載大于2g（側向加速度2g）、向上過載大于1.5g（法向加速度-2.5g）、直升機旋翼轉速低于10r/min，并處于高轉速到低轉速的變化趨勢時。通過試驗報告證明CVR能夠保證在墜撞沖擊后10min內停止記錄。

（4）進行飛行試驗，并通過試驗報告表明：航空器具備內置的區(qū)域麥克風，用于記錄駕駛艙內飛行機組成員的通話等艙音信息；將規(guī)定的通話或音頻信號根據(jù)不同聲源分別記錄在4條通道上，每個通道按照適航要求能夠獨立采集相應的音頻信息；語音數(shù)據(jù)記錄時間及艙音數(shù)據(jù)記錄時間均不少于2h，音頻數(shù)據(jù)在地面下載回放時清晰可懂，滿足使用要求。提供駕駛員的評估報告，表明記錄器的操作可達性、自檢性和防止誤動作抹音設計等方面均符合要求。

（5）對于取得技術標準規(guī)定項目批準書（CTSOA）的設備，由供應商提供CTSOA證書；對于國外設備，由供應商提供設計認可批準書（VDA）證書。對于隨航空器型號合格審定一起批準的CVR，應在設備技術規(guī)范中要求其滿足CTSO-C123b《座艙音頻記錄器系統(tǒng)》、TSO-C155《記錄儀獨立供電系統(tǒng)》及TSO-C121《水下定位裝置(音響) (自備電源)》等文件規(guī)定的要求。

4 某型直升機CVR適航驗證

某型直升機安裝了一套飛行參數(shù)及音頻記錄系統(tǒng)，用于采集、記錄來自直升機各系統(tǒng)和傳感器的飛行參數(shù)、語音和艙音信號。以下具體闡述其設計和驗證的情況。

4.1 CVR的設計

（1）安裝位置：某型直升機安裝了2個記錄器，一個安裝在直升機尾梁尾6框到尾7框之間，記錄飛行數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)；另一個安裝在無線電艙第3層，記錄飛行數(shù)據(jù)，安裝位置如圖2所示。2個記錄器距離主、輔旋翼及燃油等距離均較遠，在墜撞沖擊發(fā)生時，記錄器承受的沖擊等外部力量較小，接觸到燃油及其他可燃液體的概率也相對較小。

圖2 飛行參數(shù)及音頻記錄系統(tǒng)安裝位置圖

（2）布局：飛行參數(shù)及音頻記錄系統(tǒng)的控制面板位于正、副駕駛員中間的中央操縱臺上，便于空中操縱和檢查。

（3）記錄器通道：記錄器具有4個通道音頻采集記錄接口。

第一通道采集正駕駛員位置耳機和唇用話筒的各類聲音、通過無線電系統(tǒng)的通話、通過機內通話器與副駕駛的通話，以及導航或進近設備的通話或音頻識別信號；第二通道采集副駕駛員位置耳機和唇用話筒的各類聲音、通過無線電系統(tǒng)的通話、通過機內通話器與正駕駛的通話，以及導航或進近設備的通話或音頻識別信號；第三通道采集安裝在駕駛艙正、副駕駛員間的中央操縱臺的區(qū)域麥克風信號，記錄正、副駕駛員工作位置上進行的通話，以及駕駛艙內其他機組成員面向正、副駕駛員工作位置時的通話；第四通道采集其他乘員位置耳機和唇用話筒的各類聲音。

（4）容量要求：記錄器的容量須大于2h。

（5）防誤動措施：音頻監(jiān)控器具有抹音按鈕，需人工長按3s并且輪載在地面狀態(tài)時方能進行抹音，保證了誤動的概率最小，也保證了在發(fā)生墜撞沖擊時抹音功能啟動的概率最小。

4.2 CVR的驗證

（1）計算分析：某型直升機經(jīng)過電氣負載分析，有足夠的電氣容量；記錄器的供電為機上的正常直流匯流條和應急匯流條，記錄器不危及對重要負載或應急負載的供電。另外，記錄器和音頻監(jiān)控器還配備有由獨立電源提供的專用后備電源。

（2）試驗室試驗：某型直升機在試驗室進行了停止自動抹音試驗，并制定了3個停止抹音條件：一是法向加速度大于3g；二是輪載信號有效且旋翼轉速Nr 低于90r/min；三是旋翼轉速Nr 低于90r/min 且飛機姿態(tài)角大于30°。結果表明，記錄器通電開始進行記錄，滿足停止記錄條件時停止了記錄。

（3）飛行試驗：某型直升機采取隨機考核的方式進行錄音可懂性試驗，各種噪聲背景下的記錄信息，以及通過飛行后下載的信息，均能清晰回放，經(jīng)局方人員試聽、辨析，通信清晰可懂，且與機上實際情況一致。

（4）設備合格性：某型直升機飛行參數(shù)及音頻記錄系統(tǒng)優(yōu)先選擇了具有CTSOA證書的產(chǎn)品，供應商提供了技術規(guī)范、試驗大綱和報告等證明，記錄器為鮮橙色，有特種反光膠貼，記錄器的水下定位信標剛性安裝在記錄器殼體面板上。當記錄器落入水中時，能夠連續(xù)發(fā)射出固定頻率的遇難緊急呼救信號。

5 結束語

某型直升機的飛行參數(shù)及音頻記錄系統(tǒng)的驗證方法已得到局方批準，該型機已獲得型號合格證。因此，后續(xù)新型號CVR的驗證工作可以參考該型機。

隨著民航安全管理水平的整體提高，無論是民航行業(yè)管理部門還是航空公司都愈發(fā)認識到CVR在飛行不安全事件調查和日常飛行監(jiān)控中的重要作用。本文通過對運輸類旋翼航空器的CVR適航要求進行分析，提出符合性驗證思路及驗證方法建議，并結合某型直升機對符合性驗證方法進行了證明，加深了對CVR適航要求技術內涵的理解，完善了對我國運輸類旋翼航空器適航相關條款的研究，為我國從事旋翼類航空器CVR設計和適航審定的人員提供了技術參考。目前FAA已對CVR的適航要求進行了修訂，增加了對數(shù)據(jù)鏈通信的要求，同時中國民用航空局（CAAC）制定的CVR適航要求也與FAA進行了同步。后續(xù)，對CVR新增的適航要求和技術內涵，還有待技術人員進一步進行探索和研究。