CCAR-23.1443適航條款符合性與驗證技術研究

安楊 徐海 徐海鑫 呂曉鋒 顧巍

摘要：按照中國民用航空規章CCAR-23部進行適航取證的飛機，當飛機運營高度超過3.048km時安裝氧氣系統，并且氧氣系統的補氧量應滿足CCAR-23.1443條對最小補氧流量的規定。氧氣系統補氧量設計要綜合考慮氧氣系統的補氧能力與氧氣面罩的類型及流通能力之間的關系，氧氣系統的補氧量過大或過小都是不可取的，補氧量過大會額外增加飛機的質量；補氧量過小又不能滿足人體生理所需的氧氣，危及生命安全。對CCAR-23.1443規定的使用連續供氧設備、肺式供氧設備和急救供氧設備分別進行了最小補氧量分析，從事氧氣系統設計的人員可依據飛機選用的供氧設備類型直接選擇合適的最小補氧量值，同時也為適航審查員提供審查依據。

關鍵詞：最小補氧量；座艙壓力高度；潮氣量；連續式供氧；肺式供氧

中圖分類號：V245.3+1文獻標識碼：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2022.02.011

飛機上氧氣系統的功能是為機組及乘客提供航空用氧氣，保障在高空條件下飛行人員的生命安全，緩解在高空條件下機組及乘客的生理負擔。

在運營規章中規定，非增壓飛機在座艙的大氣壓力高于3.048km的飛行高度上運行時，應考慮為乘客及機組提供充足的呼吸用氧[1]，并且所提供的氧氣應該滿足中國民用航空規章CCAR-23.1443條對最小補氧流量的規定。機上氧氣系統的補氧量過大或過小都是不可取的，補氧量過大會額外增加飛機的質量；補氧量過小又不滿足人體生理所需的氧氣，會危及生命安全。氧氣系統補氧量設計要綜合考慮氧氣系統的補氧能力與氧氣面罩流通能力之間關系。

本文主要研究CCAR-23.1443條適航條款規定的飛機氧氣系統最小補氧流量計算方法和適航驗證方法，可為從事氧氣系統設計的人員提供設計參考，同時也可為適航審查員提供審查依據。

1適航條款規定

CCAR-23.1443最小補氧流量[2]：

（a）如果裝有連續供氧設備，申請人必須滿足本條（a）（1）和（a）（2）或者（a）（3）的要求：

（1）對于每一乘客，在不同座艙壓力高度上所需的最小補氧流量，不得小于在使用所提供的氧氣設備（包括面罩）時保持下述吸氣平均氣管氧分壓所需的氧流量：座艙壓力高度在3.048～5.638km時，每分鐘呼吸15L（BTPS），且保持固定呼吸時間間隔的最大潮氣量為700mL時，平均氣管氧分壓為100mmHg（1mmHg=133.3224Pa）；座艙壓力高度在5.638～12.192km時，每分鐘呼吸30L（BTPS），且保持固定呼吸時間間隔的最大潮氣量為1100mL時，平均氣管氧分壓為83.8mmHg。

（2）對于每位飛行機組成員，最小補氧流量不得小于保持下述吸氣平均氣管氧分壓所需的氧流量：在每分鐘呼吸15L（BTPS）且保持固定呼吸時間間隔的最大潮氣量為700mL時，平均氣管氧分壓為149mmHg。

（3）在低于和等于飛機的最大使用高度時，供給每個使用者的最小補氧流量不得小于圖1所示的流量。

（b）如果裝有飛行機組成員使用的肺式供氧設備，則每分鐘呼吸20L（BTPS）時，每一飛行機組成員所需的最小補氧流量，在座艙壓力高度低于和等于10.668km時，不得小于保持吸氣平均氣管氧分壓為122mmHg所需的氧流量；座艙壓力高度在10.668～12.192km時，不得小于保持含氧為95%所需的氧流量。此外，必須有可供機組選用純氧的手段。

（c）如果裝有急救供氧設備，則供每人使用的最小氧流量不得小于4L/min（STPD）。然而，可使用某種手段在任何座艙高度下將氧流量減到不小于2L/min（STPD）。急救用氧量是以急救用氧者每人每分鐘3L的平均氧流量為依據來確定。

2條款解讀

在適航條款原文中有BTPS、STPD兩組英文縮寫，它們分別代表的是兩種工作狀態。BTPS是指人體溫度和壓力、飽和水蒸氣（水汽）（即37℃時人體所處環境壓力減去47mmHg，該壓力差也就等于氣管壓力減去呼吸氣體變成37℃飽和水蒸汽狀態時的水蒸氣壓力）。STPD是指標準溫度和壓力下的干燥氣體（即0℃、760mmHg的無水蒸氣的空氣）。

除了BTPS、STPD狀態外，還常使用NTPD作為基準狀態。NTPD是指標準溫度和壓力下的干燥氣體（即21℃、760mmHg的無水蒸氣的空氣）。在AIR 825飛機氧氣設備標準中給出二者對應換算關系為STPD=0.92826×NTPD。無論使用何種狀態，最終都要統一為一個狀態來計算，由于CCAR-23.1443條款中的圖1使用的是STPD狀態，所以，我們進行儲氧量計算時建議統一為STPD狀態，但也可以使用其他狀態作為基準[3]。

2.1使用連續供氧設備

飛機上安裝連續式供氧設備時，每個乘客在不同高度范圍內所需最小補氧流量的計算方法不同。在座艙壓力高度在3.048～5.638km時，每分鐘呼吸氧氣量按15L（BTPS），最大一次呼吸量按700mL，補氧量按平均氣管氧分壓為100mmHg所需的氧流量進行設計。

在座艙壓力高度在5.638～12.192km時，每分鐘呼吸氧氣量按30L（BTPS）、最大一次呼吸量按1100mL、補氧量按平均氣管氧分壓為83.8mmHg所需的氧流量進行設計。每位飛行機組成員，每分鐘呼吸氧氣量按15L（BTPS），最大一次呼吸量按700mL，補氧量按平均氣管氧分壓為149mmHg所需的氧流量進行設計。

供給每個使用者的最小補氧流量也可以按照不得小于按圖1的流量進行取值，在圖1中所示的取值要比按照CCAR23.1443（a）（1）和（a）（2）計算的值大一些，最小補氧流量滿足CAR23.1443（a）（1）和（a）（2），或者滿足（a）（3）都可以滿足適航取證要求。

2.2使用肺式供氧設備

每名飛行機組每分鐘呼吸氧氣量均按20L（BTPS），在座艙壓力高度低于和等于10.668km時，補氧量按平均氣管氧分壓為122mmHg所需的氧流量進行設計；在座艙壓力高度在10.668～12.192km時，補氧量按不小于保持含氧為95%所需的氧流量進行設計。使用肺式供氧設備必須有可供機組選用純氧的手段。

2.3使用急救供氧設備

如果裝有急救供氧設備，氧氣系統供給每人使用的最小氧流量按每分鐘不小于4L（STPD），但是，在氧氣系統如具有在不同座艙高度下具有調節供氣量的手段，則供給每人使用的最小氧流量可按每分鐘不小于2L（STPD）。通常情況下，以急救用氧者每人每分鐘3L的平均氧流量為依據來確定氧氣系統的急救用氧量。

3最小補氧量計算方法

3.1使用連續供氧設備

3.1.1乘客成員最小補氧量計算

按照CCAR-23.1443規定，乘客成員最小補氧量計算方法與座艙壓力高度相關，座艙壓力高度對應關系[4]，結果見表1。

在供混合氣的條件下，乘客成員最小補氧量可按式（1）計算[5]，結果見表2。

3.1.2機組成員最小補氧量計算

機組最小補氧量按照3.1.1節的式（1），在每分鐘呼吸15L（BTPS），最大潮氣量為700mm，平均氣管氧分壓為 149mmHg的條件下進行計算，結果見表3。

3.2使用肺式供氧設備

按照CCAR-23.1443規定，使用肺式供氧設備，供混合氣的條件下，最小補氧量可按式（2）計算[5]，結果見表4。

3.3使用急救供氧設備

如果使用急救供氧設備，通常情況下以急救用氧者平均每人每分鐘3L作為急救供氧設備的最小補氧量設計值。

4適航符合性驗證

4.1 CCAR-23.1443（a）

該條款規定，使用連續式供氧設備，申請人必須滿足本條（a）（1）和（a）（2），或者（a）（3）的要求，只要滿足其中一個條件就可以滿足適航要求。

在3.1.1節對每名乘客在3.048～5.638km、5.638～12.192km所需最小補氧量分別進行了計算，計算得出機組的最小補氧量均低于圖1中所規定的最小補氧量值。

在3.1.2節對每名機組的最小補氧量進行，計算得出機組的最小補氧量在3.048～6.705km所需的最小補氧量高于圖1中的規定值，在6.705～12.192km所需最小補氧量低于圖1中的規定值。

從計算結果可以看出，使用連續式供氧設備，乘客的最小補氧量按照高于表2中計算出的最小補氧量，或者高于圖1中規定的最小補氧量進行設計均可滿足乘客的最小補氧量要求。機組的最小補氧量按照圖1或表3中規定選取均不能完全滿足適航條款要求，只能通過對連續式供氧設備的流通能力、飛行任務剖面、用氧人類別、氧氣系統設計重量等因素進行綜合考慮，最后在表3所示的計算值和圖1所示的規定值中選取較大值作為最小補氧量的設計值。本條款應通過最小補氧量計算報告及試驗報告向局方表明適航符合性。

4.2 CCAR-23.1443（b）

使用肺式供氧設備時，最小補氧量應按照高于表4中計算出的最小補氧量進行設計，并且使用肺式供氧設備必須有可供機組選用供純氧的手段。本條款應通過最小補氧量計算報告及試驗報告向局方表明適航符合性。

4.3 CCAR-23.1443（c）

使用急救供氧設備時，按照供給急救用氧者平均每人3L/min的氧流量作為最小補氧量就可以滿足適航條款要求。本條款應通過試驗報告向局方表明適航符合性。

5結束語

CCAR-23.1443條適航條款是對氧氣系統最小補氧量的規定，也是保證機組及乘客安全用氧的最低要求。在飛機型號研制過程中，為滿足適航條款要求，氧氣系統設計應根據機上選用的供氧設備類型、飛行高度、飛行任務剖面，以及乘客和飛行機組用氧量的不同進行分類，分別進行最小補氧量設計。同時，還需要結合機上乘客和飛行機組的數量及用氧時間，最終確定滿足適航要求的氧氣系統儲氧量。

飛機氧氣系統在進行適航審查過程中，首先，應通過氧氣系統最小補氧量設計報告中向局方審查代表表明氧氣系統的最小補氧量設計值能夠滿足適航條款要求；然后，還應通過地面供氧功能試驗、飛行供氧功能試驗，實際測試氧氣系統的補氧量是否能滿足人體的生理需求，并通過合格的試驗報告向局方表明氧氣系統設計能夠滿足CCAR-23.1443條適航條款對氧氣系統最小補氧量的要求。

參考文獻

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Research on CCAR-23.1443 Airworthiness Clause Compliance and Verification Technology

An Yang1，Xu Hai2，Xu Haixin3，Lyu Xiaofeng1，Gu Wei1

1. AVIC Harbin Aircraft Industry Group Co.，Ltd.，Harbin 150066，China

2. Shenyang Aircraft Airworthiness Certification Center of CAAC，Shenyang 110043，China

3. Aviation Military Representative Office of the Representative Bureau of Army Armament Department in Harbin Region，Harbin 150066，China

Abstract： Aircraft that have been certified for airworthiness in accordance with part CCAR-23 of China’s Civil Aviation Regulations shall be equipped with an oxygen system when the aircraft is operating at an altitude of more than 3.048km， and the oxygen supply of the oxygen system shall meet the minimum oxygen supply flow stipulated in CCAR-23.1443. The oxygen supply design of the oxygen system should comprehensively consider the relationship between the oxygen supply capacity of the oxygen system， the type of oxygen mask and the circulation capacity of the oxygen system. The oxygen supply of the oxygen system is too large or too small， and it is not desirable， because excessive oxygen supply will increase the weight of the aircraft. Oxygen supply is too small and does not meet the physiological needs of the human body， and it will endanger life safety. This paper analyses the minimum oxygen supply of continuous oxygen supply equipment， lung oxygen supply equipment and emergency oxygen supply equipment according to CCAR-23.1443. The personnel engaged in oxygen system design can directly select the appropriate minimum oxygen supplemental value according to the type of oxygen supply equipment selected by the aircraft， and also provide the review basis for airworthiness examiners.

Key Words： minimum oxygen supplemental value； cabin pressure altitude； tidal volume； continuous type oxygen； lung type oxygen

Received： 2021-06-30；Revised： 2021-07-21；Accepted： 2021-08-29