民用运输类飞机适航性验证技术

第1章 绪论 1.1 适航性的含义 适航性是航空器一种属性的专用词，英文单词是“Airworthiness”，通常简称为适航。 目前，适航当局尚未发布关于“适航”的权威定义。例如，国际民航组织(ICAO)“国际民用航空公约”附件8“航空器的适航性”中未明确说明适航的定义，我国以及美国与欧洲的民用航空规章也均未明确给出适航的定义。 获得国内外适航当局与民用航空工业界广泛认可的工业标准SAE ARP4754A “Guidelines for Development of Civil Aircraft and Systems”将适航定义为“The condition of an aircraft， aircraft system， or component in which it operates in a safe manner to accomplish its intended function”(飞机、飞机系统或部件以安全的方式实现其预定功能的状态)；另一工业标准SAE ARP4761“Guidelines and Methods for Conducting the Safety Assessment Process on Civil Airborne Systems and Equipment”将适航定义为“The condition of an item (aircraft， aircraft system， or part)in which that item operates in a safe manner to accomplish its intended function”[产品(飞机、飞机系统或部件)以安全的方式完成其预期功能的状态]。 国内较为统一的说法是，“航空器包括其部件及子系统整体性能和操纵特性在预期运行环境和使用限制下的安全性和物理完整性的一种品质。这种品质要求航空器应始终处于保持符合其型号设计和始终处于安全运行状态。” 尽管上述列举的适航定义不尽相同，但有如下共同点。 (1)均以在实际飞行中所应具有的安全性为归宿。 (2)强调了综合因素，是抽象的集合概念，是航空器中每一涉及安全的部件和子系统，以及整体性能和操纵特性等安全品质的综合反映。 (3)强调了适航是以预期运行环境中航空器的使用限制为界定条件(预期运行环境包括大气、机场、航路、空中交通管制等。使用限制包括速度、高度、重心、重量以及发动机与其他设备的运行限制)。 (4)涵盖设计、制造、使用与维修的全寿命周期。 1.2 适航的航空器 什么样的航空器才算是“适航的”航空器？国际上比较普遍的看法是，倘若航空器同时满足下述各点，便是适航的航空器。 (1)航空器的型号设计符合相应的适航标准并获得适航当局的批准。 (2)航空器由取得适航当局批准的单位制造，并经过检查确认符合型号设计。 (3)航空器由持有合格证件的人员按照适航当局批准的大纲进行维修，贯彻执行了适航当局颁发的相关适航指令。 (4)航空器在上述检查、维修中没有发现重大故障，不需进行大的修理或调整。 以上四个方面是互相联系而不是孤立存在的。以(1)和(4)的关系为例说明，对于(1)，如果适航标准不充分，则航空器的设计也不会充分。例如，关于航空器抗疲劳的要求，在20世纪50年代之前，疲劳还未暴露为一个问题，当时的适航标准还没有关于抗疲劳的要求。按照当时适航标准进行审定的某些型号，如“鸽子”“彗星”“马丁202”等，尽管当时都认为是适航的，但随后却发生了灾难性事故。对于(4)，可以用存在缺陷的航空器为例来说明。有的航空器虽然长时间存在某些缺陷，但由于没有相应的维修大纲要求，未能及时发现这种缺陷。例如，1974年在布鲁塞尔有一架“先锋”型飞机，其后部隔框由于腐蚀而损坏，发生了严重事故，原因就是维修大纲没有提出对这些部位进行检查的要求，而且该飞机在设计上也没有为这种检查提供条件(如可达性)。 因此，要使航空器成为“适航的”航空器，至少要做到两点：一是适航标准和维修大纲要及时跟踪科学技术的发展，不断吸取事故教训，加以完善；二是上述4点的每一个方面，都应能补充其他各个方面的不足之处，都要为其他各个方面尽量提供条件。例如，适航标准只有在维修大纲对其进行了某些补充之后才能充分，维修大纲则需要适航标准为之提供了必要条件之后才能适用。 在设计—制造—维修链条中，*重要的环节是设计。对于航空器及其系统与设备的种种构思，都密切地影响甚至决定着制造和维修这两个环节。例如，只有在航空器结构设计时努力排除可能隐藏在任何部位的缺陷，或者为维修检查提供必要的接近通道或窗口，才能使维修符合规定的要求。尽管如此，一架精心设计的、符合适航标准的航空器，如果脱离开其他两个环节同样精心的工作，也不可能成为适航的航空器。所以，航空器是否适航，取决于链条的整体。 航空器的适航性不仅取决于对链条中每个环节的重视程度和每个环节的有效工作，而且取决于对各个环节之间相互关系的深入研究与正确协调。特别是在航空器复杂程度日益增加的情况下，环节与环节之间的“边界”问题也会增加，更需要精心处理。为了做好每个环节的工作并协调好各环节之间的相互关系，必须采取一套科学而又切实的办法，或者说采用一套适当的程序，国际上把这种程序称为适航管理系统。 1.3 适航性责任 对适航的航空器需满足的条件进行分析可知，完善的设计、优质的制造、良好的使用和有效的维修，是保持航空器适航性的重要因素，因此对航空器适航性负有责任的部门 如下。 航空器的设计和制造单位，从设计图纸、原材料的选用到试验制造、组装生产，直至取得型号合格批准和生产许可，对航空器的初始适航性负主要责任。 航空器的使用单位(如航空公司)和维修单位(包括所属的各类航空人员——飞行人员、维修人员、检验人员等)，要保证其使用和维修的航空器始终处于安全运行状态，对航空器的持续适航性负主要责任。 适航管理部门作为国家的政府部门，则是在制定各种*低安全标准的基础上，对航空器的设计、制造、使用和维修等环节进行科学统一的审定、监督和管理。适航主管部门负责对航空器的适航性进行技术鉴定和监督检查，负责对航空器适航性负有责任的单位及其人员的监督检查，并客观地进行控制和评估。一句话，适航管理部门及其成员要对其影响适航性的所有工作负责。 1.4 适航验证技术 1.4.1 符合性验证 航空器的适航性首先是设计赋予的，为了表明航空器设计满足适航标准的要求，申请人需要运用各种技术进行符合性验证。 符合性验证是民用飞机在研制和适航取证过程中所使用的专有名词，意指型号合格审查过程中，申请人(通常是设计方)采用不同验证方法，以获取的验证结果证明所验证对象是否满足适航标准的要求，评估验证对象与适用适航标准条款的符合程度。 前述验证方法统称为符合性验证方法(简称符合性方法)。适航当局为了统一审查双方的认识，以便信息交流，通常将符合性方法分类。我国适航当局的分类如表1-1所示。在使用时，需根据适航条款的具体要求选取其中的一种或多种的组合来满足条款的要求。 表1-1 符合性方法 1.4.2 适航验证技术 概括地说，适航验证技术就是指符合性方法所应用的技术，即设计部门在航空器型号合格审定过程中，用于表明型号设计符合适用适航标准条款所用的技术。为了明确适航验证技术的内容，首先对表1-1所列符合性方法进行分析如下。 1. 符合性方法分析 1)符合性声明(MC0) 多用于“总则”一类的条款，通过引用型号设计文件，定性地说明型号设计符合适用的适航标准条款要求。 例如，为了在应急情况下确保机上所有乘员都能在规定的时间内撤离飞机，CCAR-25-R4在第25.809条(a)规定：“每个应急出口，包括飞行机组应急出口在内，必须是机身外壁上能提供通向外部的无障碍开口的活动舱门或带盖舱口。”在验证型号设计对该条款的符合性时，可选择MC0方法，利用飞机的总体布置图、座舱布置图及相应图纸来说明该型飞机应急出口的设计满足要求。 2)说明性文件(MC1) 通过向适航当局提交有关型号设计资料，由局方组织技术专家，以工程评审的形式确认有关设计是否符合适用的适航标准条款要求。 例如，CCAR-25-R4在第25.903条(e) (1)规定：“必须有飞行中再启动任何一台发动机的手段。”对该条款可理解为“在发动机发生空中停车故障时，能恢复发动机的工作。”在验证型号设计对于该条款的符合性时，可选择MC1方法，向局方提交发动机启动和操纵系统原理图、安装图以及飞行中发动机再点火操作说明等资料，由局方组织工程评审来确认飞机具有飞行中再启动每台发动机的设备和能力。 3)分析计算(MC2) 此类方法应用分析计算来表明相关设计符合适用的适航标准条款要求。 例如，为了使得机组成员在值勤时不致过度疲劳和不适，CCAR-25-R4在第25.831条(a)规定：“通常情况下通风系统至少应能向每一乘员提供每分钟250克(0.55磅)的新鲜空气。”在验证型号设计对该条款的符合性时，可选择MC2方法，利用飞机空调系统的图纸、说明书等设计资料，通过分析计算来表明能够提供适航条款所规定的新鲜空气量。 4)安全评估(MC3) 此类方法应用FTA、FMEA等安全性分析方法，经过FHA、PSSA、SSA流程对飞机系统设计的安全性进行评估，表明对于相应适航标准条款的符合性。 例如，CCAR-25-R4在第25.1309条(b)(1)规定：“飞机系统与有关部件的设计，在单独考虑以及与其他系统一同考虑的情况下，发生任何妨碍飞机继续安全飞行与着陆的失效状态的概率为极不可能。”在验证型号设计对该条款的符合性时，可选择MC3方法，根据飞机系统的设计资料、零部件失效数据、相似机型的服役经验等，参照相关工业标准(如SAE ARP4761)，利用FTA、FMEA完成安全性评估以证明设计满足要求。 5)试验室试验(MC4) 此类方法是通过试验室试验，验证有关设计对于适用适航标准条款的符合性，试验可在零部件、分组件和完整件上进行。 例如，CCAR-25-R4在第25.723条(b)规定：“起落架在演示其储备能量吸收能力的试验中不得损坏。”在验证型号设计对该条款的符合性时，可选择MC4方法，利用完整的起落架、模拟飞机上的安装情况和着陆姿态，在落振试验台上进行试验，试验后检查起落架是否损坏。 6)地面试验(MC5) 此类方法在飞机停放于地面的状态下进行试验来表明有关设计对于适用适航标准条款要求的符合性。 例如，为防止由于燃油热膨胀造成燃油溢出燃油箱或损坏燃油箱结构，CCAR-25-R4第25.969条要求“每个燃油箱都必须具有不小于2%油箱容积的膨胀空间”。在验证型号设计对该条款的符合性时，可选择MC5方法，在地面利用重力加油口加油，到达加油口油面后，再利用油箱通气管(其他方法)加油至油箱充满油，后面所加的油的体积即为燃油箱的膨胀空间，根据试验结果评定其是否符合要求。 7)飞行试验(MC6) 此类方法通过在飞机飞行中进行的试验，验证有关设计对于适用适航要求的符合性。在规章明确要求时，或用其他方法无法完全演示符合性时采用。 例如，在验证型号设计对CCAR-25-R4在第25.103条“失速速度”的符合性时，可选择MC6方法。因为失速速度是边界飞行速度，此时飞机处于大迎角状态，作用在飞机上的气动力和飞机的运动情况都比较复杂，难以利用解析计算求解，**可靠的验证方法是飞行试验。 8)航空器检查(M