某輕型直升機應急醫療設備改裝試驗和試飛適航驗證方法研究

■ 俞東鋒 李江劍 管華盛/昌河飛機工業（集團）有限責任公司

0 引言

隨著我國城市化進程的加快和城市人口的逐年增加，應急醫療和救護服務需求日益增長。直升機因其靈活機動、可到達性良好、對起降場地要求不高等特性，加裝應急醫療服務系統后可以接近或直達救援現場，快速完成城市內的救援運送任務，日漸成為城市應急醫療服務系統的重要組成部分。據統計，直升機醫療救援每年的需求缺口近3萬飛行小時[1]。各大通航公司都將應急醫療服務系統作為直升機的必備構型，但單獨購買醫療救護直升機的效費比較低，因而直升機改裝醫療設備成為了首選。

改裝工作除了工程設計和制造外，更重要的是安全性、功能性評估和驗證。雖然管理機構對通航改裝和作業政策的要求逐漸放寬，但基礎的安全必須保證。由于國內同類型改裝取證案例較少，但需求極大，為了控制成本，通航公司往往采用設計小改的形式進行改裝和報備。為避免安全風險，在有限的條件下，必須開展有效而精簡的試驗和試飛。

1 基礎驗證要求制定

改裝的試驗設計來源除基礎分析之外，主要根據民航局發布的一系列規范，如AC-21-AA-2014-36《航空產品設計更改審定基礎的確定方法》、CCAR-27《正常類旋翼航空器適航規定》以及相關的咨詢通告、審定基礎要求等，統籌制定。

1.1 改裝設備選取及驗證要求分析

直升機在進行醫療改裝時，應當合理定位其功能以配備任務需要的設備，一般的改裝定位是醫療救護和救援運輸。輕型直升機受內部空間和航程等基礎條件所限，基本只作為短距離快速空中救援運輸平臺使用。

在設計醫療構型時，往往采用輕便、緊湊的成品和設備，一是節省空間，二是能夠規避使用風險和零部件驗證要求。本文介紹的取證項目的改裝設備，除支架組件外，均采用成熟產品，具體組成包括擔架、氧氣裝置，以及一些固定在支架組件上配套的醫療設備。布局如圖1所示。

醫療設備出于快速加改裝的目的，基本都要求自帶電源而不使用機上的接口。

取證項目的擔架，作為構型中的必須裝置，除具有一定的舒適性和穩定性外，必須滿足拆裝快速、運輸方便、限位牢靠、捆扎安全、防錯明顯的要求，此類功能性的要求通過航空器檢查試驗就可以驗證，這也是試驗要求的來源之一。

機載設備安裝固定需要滿足一定的結構強度，能夠承受一定的過載，這些基礎性能數據需要通過專業的分析和實驗室試驗獲得，本取證項目擔架采用了加拿大某公司的成熟產品，可以完全滿足強度和功能要求，減少了驗證工作，降低了設計難度，也規避了風險。而氧氣裝置等也采用同樣的設計思路，采用成熟穩定產品。

支架組件作為自行設計產品，采用了與直升機機體相同或類似的原材料，能夠規避材料的防火等驗證要求，僅通過基礎的理論分析就可以說明其強度和一定載荷下的變形足夠滿足安全的要求。

關于設備的選型制造，一航選用成熟的材料和成品，能夠避免高成本、長周期的基礎研制和實驗室試驗，僅通過理論分析和功能性驗證試驗就可以滿足大部分驗證要求。這也是通航加改裝的設計原則之一。

圖1 構型布局

1.2 改裝影響分析

在制定應急醫療設備改裝的審定基礎前，需要進行基礎的影響分析，以確認更改的類型。適航管理程序AP-21-15《進口民用航空器重要改裝設計合格審定程序》中關于重要改裝設計[2]給出了以下定義，可以作為參考。

設計小改：指不會顯著影響重量、平衡、結構強度、可靠性、操縱特性、適航特性、動力及噪聲特性或排污等的更改。

設計大改：指除設計小改外的更改，包括重大更改、實質性更改和其他大改。

這些更改的影響可以按照AC27 MG6[3]“應急醫療服務（EMS）系統安裝、內設布置及設備”以及CCAR-27部[4]的章節進行影響內容選取和評估，如表1所示。

分析以上案例中的改裝內容，不涉及升力和動力系統的更改，對全機構型和主承力路徑等無更改，不進行外部改裝，不更改原有的操縱路徑，不使用機上電源，不遮擋和更改機上全靜壓系統，不更改機上防火設備和防火設計，自身產品滿足防火和強度載荷等要求。即改裝不影響整機飛行性能、品質以及操縱特性，不影響防火特性，不產生對全機功率輸出和需求的影響，不會顯著影響整機的結構承載特性和電源電氣特性。改裝帶來的只是空機重量重心變化、機上布局變化（人員路徑變化）、駕駛器件拆除（單駕駛）以及可能的因為地板上加裝設備帶來的振動加劇情況。

經過以上分析可知，大部分符合性驗證工作可以通過符合性方法[5]中的MC0符合性聲明、MC1說明性文件、MC2分析/計算、MC3安全評估、MC9設備合格性來分析說明。當確認申報為設計小改時，這些條款的驗證，通過簡單的基礎分析和安全說明就可以表明其符合性。

有條件的情況下推薦采用實驗室試驗和模擬器試驗，不過通過MC5地面試驗、MC6飛行試驗、MC7航空器檢查驗證則是較為實際和實用的方法，相關的試驗和試飛結論也可以作為通航制定作業規范的依據來源。

表1 基于27部的影響內容選取

這里需要說明的是，重量重心分析是所有改裝必須進行的。如果出現了任意運行狀態下的重心超限情況，則需要在構型改裝時增加必要的固定配重以滿足安全要求。上述案例項目的重量增加了約100kg，重量和重心在任意救護組合情況下均不會產生超限，并有較大的裕度。

通過分析和評估，最終確定需要進行試驗驗證的條款如表2所示。

2 任務設計和實施

2.1 機上檢查試驗（MC7）項目

根據審定基礎確認的條款，機上檢查試驗（MC7）主要對設備加裝帶來的影響和附加的檢查工作進行驗證和檢查。

1）設備改裝的制造符合性檢查和安裝固定性檢查

主要內容是按照改裝圖紙、改裝要求進行設備改裝工作的檢查，確認一致性和安全性。按照制定的檢查清單（后續應加入該構型作業規范）進行安裝固定性檢查，并確認操作的可實現性和合理性。

2）設備改裝的功能性檢查

主要內容是根據產品介紹進行功能操作，必要的情況下進行開車檢查。擔架的拆裝和運輸檢查主要檢查擔架的快速拆裝和限位等可操作性，需要演示人員在擔架上的固定和運輸，并確認有一定的舒適性和可能的限制。還要進行氧氣裝置的操作演示以及其他設備的操作和檢查。

表2 符合性驗證條款

3）設備改裝的附加影響檢查

主要內容是對拆除駕駛器件后進行的安全防護措施進行檢查，對改裝后的操縱感受和行程進行檢查；對設備加裝可能引起的應急通道變化的確認和靜態、開車狀態下的應急撤離演示。

4）其他檢查

主要內容是開車振動測試、設備操作檢查以及駕駛員的基礎感受檢查。

5）實施結論

通過地面的機上檢查試驗，確認改裝醫療設備的檢查程序可實現且實用，檢查項目完整。醫療設備安裝固定良好，功能正常，設備功能在靜態和開車時均可實現。改裝不產生對應急通道的特別不利影響，不會對儀表顯示和駕駛員操縱、駕駛員的視界和操縱負荷產生顯著影響，全機振動無明顯改變。在試驗完成后，通過擔架運輸演示，表明擔架在25°內較為舒適，考慮到“病人”的感受，此項應當作為必要的運行限制。

2.2 飛行試驗（MC6）項目

根據審定基礎確認的條款和航空器檢查結論，進行飛行試驗的設計和開展。

1）飛行試驗的組成內容

因為不涉及性能和品質的變化，飛行試驗采用基礎的飛行動作，流程為：起飛→爬升→轉彎→平飛加減速→平飛巡航→下滑→著陸。為模擬真實城市應急救援的情況，起飛和著陸均采用懸停方式進行。機上人員構成除了駕駛員，還有“病人”“醫護”。

2）飛行試驗程序

除必要的檢飛外，飛行試驗內容如下：

● 直升機開車，地面人員和“醫護”模擬“病人”運輸和上機；

● 直升機懸停起飛，爬升至預定高度，轉彎進入航線；

● 穩定航線進行平飛加減速，平飛速度應達到最大連續狀態；

● 速度穩定至巡航速度，“醫護”人員操作設備，確認空中進行基礎醫療操作的可行性和醫療儀器數據的可讀性；

● 直升機減速下滑，穩定懸停至起降點上空，著陸；

● 地面人員和“醫護”將“病人”運離直升機。

3）實施結論

飛行試驗驗證了醫療設備改裝和使用對整機的干擾是不顯著的，振動的變化在正常飛行狀態是較小的和可接受的，對飛行操縱和駕駛員視界、駕駛負荷不產生影響；在穩定平飛狀態下，醫療設備的數據可準確讀取，基礎的氧氣更換、使用以及基礎救護動作可以實施，擔架的上下機可以較簡單實現；設備的固定和限位、防錯可靠有效。

4）其他說明

航空醫療救護目前已有一定的專業理論和培訓體系，程序是明確的，人員是專業的。但根據實際情況，仍舊建議在地面狀態完成對傷病員的基礎醫療救護操作，如氧氣使用、輸液、吸痰器固定等，空中應當以監控和調整工作為主。因為直升機有限的操作空間以及空中不穩定的氣流、振動情況，在應急情況下僅考慮使用有限的急救措施。

飛行限制也應當根據傷病員具體情況視情而定，例如坡度和速度限制，大坡度帶來的是“病人”感受的不舒適和側向的載荷增大，速度的增加帶來的是振動的加劇。應合理考慮并將這些要求都納入作業規范中加以明確。行歸納總結：

1）加改裝工作既要考慮功能和實用性，更要考慮基礎的安全性。

2）直升機應急醫療設備改裝工作應當遵循適航的基本要求，先進行功能定位和整體評估，確定整體改裝方案和改裝類型，結合相關設計規范制定審定基礎，確認符合性驗證條款和基礎的驗證方法。驗證工作應當充分考慮通航公司的能力現狀和實際需求，采用有效和精簡的方式，獲得必要的安全數據和特性。

3）飛行試驗必須在地面分析和試驗完成、得到一定的合理的評估分析后實施，確保飛行驗證程序的合理和安全。

4）重量重心分析是必要的，出于確保操縱裕度和有效載荷及航程的目的，重量重心分析必須涵蓋該構型下任意的作業組合形式并通過數據說明，以證明改裝的商業價值和安全性。

5）改裝和驗證完成后，至少應將重量重心分析、改裝構型附加檢查清單、改裝后的試飛限制要求和安全作業指導以文字方式納入構型運行規范中。

3 結論

通航加改裝是市場趨勢使然，但因通航公司的能力現狀和對成本的控制，改裝帶來的安全風險和規范性問題不容忽視。本文介紹的某輕型直升機應急醫療設備改裝取證的實際工作經驗，可為同類型改裝工作提供實際案例參考和必要的安全提醒。對上述改裝驗證工作進