航空座椅動態適航試驗技術研究

王亞鋒，苗 娟，張積亭

（中航工業飛機強度所，西安710065）

0 引言

民用航空器座椅，除了是航空器內部裝飾，也是影響乘客安全最主要的結構件之一。民機可生存墜撞事故中，航空座椅系統在極端情況下的安全問題成為飛機座椅研制以及適航認證過程中關鍵點之一，國內外的飛機適航章程都對航空座椅提出了近乎嚴苛的抗墜撞沖擊要求。中國民航運輸類飛機適航標準（CCAR 25 部）第562 條的對航空座椅系統的動力學驗證提出了具體的要求。 CCAR 25[1]部飛機座椅的動態試驗要求座椅要滿足至少14 g 和16 g加速度動載。

我國航空座椅研究起步較晚，技術相對先進國家較落后，但近年來國家加大了人力和經費投入，在座椅動態試驗技術研究方面取得了長足的進步[2，3]。本文結合強度所開展的系列座椅的動態適航驗證試驗和參與的民航局相關適航條款研究，對民機座椅的動態適航試驗條例進行了解析，給出了試驗要求及判據。

1 FAA 對民機座椅法規要求的發展

在國際上對于座椅的法規研究仍然是美國走在世界前列，大部分國家都采用Federal Aviation Administration（簡稱FAA）的標準。早期，FAA 對民機座椅結構的要求是滿足極限靜態載荷即可，被稱作9G座椅。隨著民航發展，以及一系列事故的發生，FAA 提出了應急著陸的動態要求，要求不僅滿足FAR25.561條款靜態試驗要求，還要符合FAR25.562 應急著陸動力要求的座椅，一般被稱作16G 座椅[4]。

對應的航空座椅動態試驗標準分別如下：

（1）初期：FAA TSO-C127、SAE AS 8049、AC25.56 2-1

（2）現在：FAA TSO-C127A、SAE AS 8049A、AC25.5 62-1A

（3）最新：FAA TSO-C127A、SAE AS 8049B、AC 25.562-1B

2 座椅動態試驗相關標準

座椅是機械設備，屬技術標準規定（TSO）項目。因此其動態適航試驗標準涉及兩個方面：技術標準規定和飛機適航標準的有關規章條款。即TSOC127A[5]（旋翼航空器和運輸類飛機座椅系統）及引用的SAE AS 8049 B“民用旋翼機和運輸機的座椅性能標準”和FAR25.562 應急著陸動力情況要求。

關于座椅系統動態試驗方面的其它資料都包括在AC20-137《旋翼航空器（正常類和運輸類）座椅約束系統與乘員約束的動態評估》、AC23.562-1《23 部飛機座椅/約束系統和乘員保護的動態試驗》及AC25.562-1B《運輸類飛機座椅約束系統和乘員保護的動態評估》里。如果要取得TSOA 是不需要符合以上AC 文件的要求，但是，申請座椅的裝機批準時，任何座椅系統都要滿足這些AC 的標準才有資格裝機[6]。

SAE AS 8049 B[7]宇航標準（AS）規定了在民用旋翼機、運輸機和通用航空飛機中乘客和機組成員座椅的最低性能標準、鑒定要求及記錄文件的最低要求。其目的是使座椅在正常工作載荷條件下到達舒適耐用和保護乘員的作用。其對座椅/乘員/約束系統在聯邦航空條例（14CFR）第23、25、27 或29 部中公布的靜態極限載荷和動態沖擊試驗條件下保護乘員的驗證試驗和評估判據進行了規定。

AC25.562-1B[8]咨詢通告（AC）對運輸類飛機座椅的動態試驗提供了可接受的資料和指導。提供了試驗程序背景和討論，還論述了進行這些試驗所必須的試驗設備和試驗設施。本咨詢通報所描述的試驗為標準試驗程序，通常是符合性驗證的最低試驗要求。標準化程序可以在不同試驗設施上得到相同的試驗結果。這些試驗設施可以是不同的類型，

3 民機座椅動態試驗要求

3.1 航空座椅的基本結構

航空座椅主要由骨架組件、椅背組件、扶手組件、餐桌組件、座墊組件、靠墊組件、安全帶等組成等組成。結構形式見圖1。

圖1 航空座椅結構形式

3.2 座椅動態試驗要求

航空座椅系統最少應進行兩次動態沖擊試驗，稱為試驗1 和試驗2。試驗設施應提供一種方法，使試驗安裝架在試驗過程中，沿著平行于慣性載荷箭頭所示的方向移動。 如圖2 和表1 所示，試驗1 中航空座椅系統受到向下和向前的組合沖擊加載，主要用于評估座椅結構強度的充分性，仿真試驗假人（ATD）骨盆腰椎載荷和結構的永久變形，并獲取ATD 頭部的位移、速度和加速度時間曲線。試驗2 中航空座椅系統受到飛機縱軸和橫向沖擊分量的組合沖擊加載，主要用于評估座椅結構強度是否充分，座椅結構的永久變形，并得出ATD 頭部的位移、速度和加速度時間曲線，以及加在座椅導軌或連接頭上的椅腿載荷。座椅動態試驗加載波形見圖2，座椅動態沖擊試驗要求及判據見表1。

圖2 航空座椅動態試驗加載波形

表1 座椅動態沖擊試驗要求及判據

4 民機座椅動態試驗

飛機座椅、約束系統及相關的內部系統，最少應進行兩次動態沖擊試驗。應將座椅與約束裝置作為一個系統考慮來提供墜機時的乘員保護。試驗1（14 g 垂直沖擊試驗）和試驗2（16 g 縱向沖擊試驗）要在下述驗證條件下開展。

4.1 14 g 垂直沖擊試驗

（1）對每個座椅施加14 g 垂向靜態界面載荷（或其他標準載荷），比較每個座椅腿后安裝點的總載荷，不考慮座椅腿的數量，找出載荷最大的座椅。

（2）在選擇的座椅上實施14 g 垂向動態試驗。

（3）座椅滿座，使得座椅結構受的壓縮載荷最大。

（4）無論座椅是否有乘員，每個座椅都應在相應位置安裝代表救生衣、文件袋等質量項目。

（5）質量項目的約束力，包括應急設備，只需要在一次14g 垂向沖擊試驗中加以考核，如果系保持力滿足要求。但在后續的試驗中這些質量項目應固定良好。

（6）為ATD 的足部準備一段模擬的客艙地板。

4.2 16 g 縱向沖擊試驗

（1）對每個座椅施加9g 前向靜態界面載荷（或其他標準載荷），一般認為航向0°時計算得到的界面載荷已足夠；

（2）將座椅分為兩組，兩條腿的座椅和多于兩條腿的座椅；

（3）對于每組座椅比較組內座椅腿后連接件的合力，選擇載荷最大的座椅作為試驗對象；

（4）對分組后的座椅，按橫向座椅腿間距分子類。

（5）在新的子類里，選擇具有最小橫向腿間距且后向連接件載荷最大的座椅。

（6）對每組中選出的座椅進行縱向16g 動態沖擊試驗。

（7）選擇試驗安裝的偏航、俯仰及滾轉角。

（8）不管座椅上是否有乘員，每個座椅都應模擬行李、救生衣、文件袋的質量。

（9）質量項目的約束力，包括應急設備，只需要在一次16 g 縱向沖擊試驗中考核，如果證明質量項目的保持力是滿足要求的。但在后續的試驗中應固定良好。

5 適航審定要素和評審要求

基于對運輸類飛機適航條款的研究，和對相關咨詢通告的深入分析，并從驗證工作中積累的試驗數據總結提煉出航空座椅動態沖擊試驗審定要素和評審要求。具體如下。

5.1 適航審定要素

（1）試驗大綱（包括圖紙）的適航審批。

（2）試驗用計量器具的校準/檢定。

（3）試驗設備的維護保養及檢測。

（4）工裝夾具的設計加工。

（5）電子設備、攝像設備檢查。

電子設備必須滿足SAE J211“沖擊試驗設備”的要求，在該要求下，一套數據采集設備用來記錄所有傳感器采集的數據。按照SAE J211，PART2 的要求，如果用高速相機來計算位移和速度，那么其采樣率不應低于500 fps，圖像設備不應用于計算加速度，相機安放點和拍攝對象或相機視場內的拍攝對象上的標記點都應被記錄。

（6）試驗前模擬地板變形安裝檢查。

用作夾具的梁可以是近似剛性的盒型、I 型、U型截面梁，在X-Z 平面內繞X 軸的俯仰應至少達到±10°，而滾轉梁則需繞地板導軌中心線或連接件的中心線至少±10°，并有地板梁變形后有固定它的辦法。

（7）座椅安裝角度及位置，包括踏板平面必須能反應地板在飛機上的安裝形式。

座椅安裝導軌相對飛機軸線的初始偏角達到±10°。

（8）試驗用假人（ATD）安裝姿態的檢查。

檢查假人安裝狀態符合規范中ATD 的使用。

（9）試驗測量系統的檢驗。

（10）試驗準備狀態檢查和試驗設施制造符合性檢查。

（11）工程審查代表目擊試驗。

5.2 評審要求

（1）座椅結構與所有連接點保持連接，主要載荷傳遞路徑保持完好。

（2）乘員約束系統能經受動態沖擊，與所有連接點保持連接。

（3）座椅的永久變形在本文規定的量值限度內，并且不致顯著地妨礙乘員解脫約束、站起來及離開座椅。

（4）如果在試驗期間ATD 的頭部與飛機內飾發生碰撞，其HIC 值不超過1000。

（5）在使用肩帶時，單根上軀干約束帶上的拉力載荷不超過7.78N（1750 磅力）。如使用雙帶約束上軀干，則總拉力載荷不超過8.9kN（2000 磅力）。

（6）在ATD 骨盆和腰椎之間測得的最大壓縮載荷不超過6.67kN（1500 磅力）。

（7）上軀干約束帶（安裝時）在碰撞期間保持在ATD 的肩上。

（8）碰撞期間骨盆的約束帶保持在ATD 的骨盆上。

（9）在腿部和座椅或其它結構碰撞時，每根股骨上軸向壓縮載荷不超過10.0 kN（2250 磅力）。

（10）所有可展開的部件必須保持收起狀態，除非可以證明其不影響出口通道或不會引起乘員的嚴重損傷。

6 結束語

安全是飛機最基本也是最重要的要求，為了提高飛機應急著陸事故中座椅系統對乘員的保護能力，FAA 多次頒布和更新民機座椅的性能標準。通過對民機座椅動態試驗試驗法規和試驗方法的研究可以為航空座椅生產廠家的適航取證提供技術支持，指導航空座椅動態試驗，促進我國民航座椅研究的進一步發展。