民用飛機(jī)空中應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)探討

摘 要：空中應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)是飛行試驗(yàn)中保證機(jī)組人員安全的重要措施。本文對國外一些試飛機(jī)的空中應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行介紹，并對空中應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)思想和應(yīng)急離機(jī)程序進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：民用飛機(jī) 空中應(yīng)急 離機(jī)系統(tǒng) 應(yīng)急離機(jī)程序

中圖分類號(hào)：V271.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（a）-0226-03

飛行試驗(yàn)是在真實(shí)飛行條件下進(jìn)行產(chǎn)品試驗(yàn)的過程。飛行試驗(yàn)內(nèi)容復(fù)雜，試飛架次多，發(fā)生事故的可能性大，特別是執(zhí)行高風(fēng)險(xiǎn)科目，如包線擴(kuò)展、顫振、失速等。因此，在試飛飛機(jī)上必須有足夠的安全保障措施，保證飛機(jī)出現(xiàn)不可控的情況下試飛機(jī)組人員的安全。

按照CCAR-21-R3《民用航空產(chǎn)品和零部件合格審定規(guī)定》第35條“（四）除滑翔機(jī)或載人氣球外，申請人應(yīng)當(dāng)證明每次飛行試驗(yàn)時(shí)，均采取了足夠措施，以便于試飛組成員能應(yīng)急離機(jī)和使用降落傘。”。美國聯(lián)邦航空局（FAA）也提出必須考慮和論證試飛飛機(jī)已采取足夠措施保障飛行機(jī)組成員人身安全，并作為開展各項(xiàng)飛行試驗(yàn)的硬性規(guī)定。

為了滿足條款要求，需對試飛飛機(jī)安裝空中應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)。本文對國外一些試飛機(jī)的空中應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行介紹，并對空中應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)各子系統(tǒng)功能和應(yīng)急離機(jī)程序進(jìn)行探討。

1 國外現(xiàn)狀

國外的試飛飛機(jī)（尤其大型運(yùn)輸類飛機(jī)）都專門安裝空中應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)，具有較為成熟的理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以下介紹國外試飛飛機(jī)的空中應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)[1]：

1.1 Ty-204

俄羅斯圖波列夫上世紀(jì)80年代開發(fā)的Ty-204飛機(jī)上安裝有1套由應(yīng)急泄壓裝置、應(yīng)急出口、聲光告警和指示裝置、輔助扶手以及跳傘拉繩鋼纜等設(shè)備構(gòu)成的空中應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)。

此系統(tǒng)采用在客艙后部左右舷窗位置設(shè)計(jì)應(yīng)急泄壓活門，使用機(jī)械方式開啟泄壓活門進(jìn)行泄壓，大約10s就可以使艙內(nèi)外壓力平衡；在客艙前端靠近駕駛艙位置設(shè)計(jì)貫通飛機(jī)客艙的艙內(nèi)開口，并在貨艙右側(cè)垂直向下位置設(shè)計(jì)艙外開口，使用液壓方式驅(qū)動(dòng)外部艙外開口口蓋運(yùn)動(dòng)，艙外口蓋向外向前開啟，可以防止氣流吹襲，在客艙內(nèi)該口蓋周圍有欄桿和拉傘鋼索，應(yīng)急口周圍有厚的橡皮覆蓋，避免人員碰傷；執(zhí)行離機(jī)程序時(shí)，聲光告警和指示裝置將及時(shí)發(fā)出相關(guān)指令，機(jī)組人員利用輔助扶手，通過艙內(nèi)口蓋進(jìn)入貨艙后從艙外口蓋安全離機(jī)。

1.2 MD系列

美國MD公司依據(jù)FAA要求，在其各型試飛機(jī)上均安裝有一套由爆炸或火工品切割方式開啟的應(yīng)急泄壓和應(yīng)急出口裝置組成的空中應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)。

應(yīng)急泄壓和應(yīng)急出口裝置由應(yīng)急艙門、登機(jī)門或服務(wù)門改裝而成，機(jī)長通過引爆預(yù)設(shè)炸藥，在艙門位置炸出泄壓孔進(jìn)行泄壓，泄壓完成后，引爆艙門連接處炸藥，將艙門打開并向外拋出，開辟逃生通道，供試飛組成員跳傘離機(jī)。

通常，發(fā)動(dòng)機(jī)尾吊的飛機(jī)多借用飛機(jī)客艙門或服務(wù)門作為外部出口，發(fā)動(dòng)機(jī)翼吊的飛機(jī)多在前貨艙位置設(shè)置向下的外部出口。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

空中應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)用于試飛出現(xiàn)緊急情況下機(jī)組人員逃生，屬于試飛改裝。借鑒國外應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，空中應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合試飛機(jī)自身布置特點(diǎn)。一般來說，應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下原則：

a）系統(tǒng)和設(shè)備應(yīng)能在飛機(jī)的溫度、速度包線內(nèi)正常工作；

b）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮相應(yīng)的環(huán)境條件，如：濕度、日光輻射、振動(dòng)、淋雨、雷擊、沖擊和墜撞等因素的影響；

c）系統(tǒng)及設(shè)備應(yīng)能在飛機(jī)機(jī)身機(jī)動(dòng)過載包線范圍內(nèi)正常工作；

d）在爆炸性釋壓環(huán)境中可正常工作；

e）系統(tǒng)裝機(jī)而導(dǎo)致的構(gòu)型更改，不對飛機(jī)/系統(tǒng)功能或性能產(chǎn)生不可接受的影響；

f）自身提供工作所需電源或能源；

3 系統(tǒng)組成

空中應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)主要由以下子系統(tǒng)組成：應(yīng)急泄壓子系統(tǒng)、應(yīng)急通道子系統(tǒng)、應(yīng)急離機(jī)指示子系統(tǒng)、應(yīng)急離機(jī)輔助設(shè)備等，如圖1所示。

3.1 應(yīng)急泄壓子系統(tǒng)

飛機(jī)在高空飛行時(shí)，艙內(nèi)外存在較大的壓差，如不進(jìn)行泄壓，直接開啟應(yīng)急出口將可能對人員身體產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的影響。應(yīng)急泄壓子系統(tǒng)包括泄壓口蓋和泄壓口蓋開啟裝置。

a）泄壓口蓋

泄壓口蓋尺寸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮飛機(jī)承載能力和應(yīng)急泄壓時(shí)人體耐受極限兩方面因素。

1）CCAR25.365增壓艙載荷

CCAR25.365中（e）條規(guī)定如下：“增壓艙內(nèi)部和外部的任何結(jié)構(gòu)、組件或零件，如因其破壞而可能妨礙繼續(xù)安全飛行和著陸時(shí)，則必須設(shè)計(jì)成能夠承受在任何使用高度由于以下每一情況使任何艙室出現(xiàn)孔洞而引起的壓力突降。

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)碎裂后發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分穿通了增壓艙；

（2）在任何增壓艙有尺寸不超過HO的任何孔洞，但對無法合理預(yù)期會(huì)局限于小艙室的孔洞，可以將小艙室與其相鄰增壓艙合并起來作為一個(gè)艙室考慮。尺寸HO須按下式計(jì)算：

式中：HO為最大孔洞面積，不超過1.86m2；

As為增壓殼體垂直于縱軸的最大橫截面積，單位：m2；

（3）未經(jīng)表明是極不可能出現(xiàn)的由于飛機(jī)或設(shè)備損壞而造成的最大孔洞。

泄壓系統(tǒng)在空中需要盡快泄壓，依據(jù)上述公式計(jì)算得到試飛機(jī)的最大孔洞面積。

2）人體耐受極限

“當(dāng)降壓特性參數(shù)一定時(shí)，減壓時(shí)間即由V/A的比值（m3/m2）決定。在減壓過程中，也可將肺看作一個(gè)類似的系統(tǒng)加以考慮，肺容積（cm3）及氣管橫截面積（mm2）分別相當(dāng)于座艙減壓系統(tǒng)中的V與A。Luft與Bancroft[2]在1956年確定人氣管-肺系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)平均為0.559 s，相當(dāng)于V/A比值為200的座艙減壓系統(tǒng)。圖2表示了座艙體積、破孔面積與時(shí)間常數(shù)的關(guān)系。他們認(rèn)為，如座艙減壓時(shí)，V/A比值小于人氣管-肺系統(tǒng)的V/A比值，也即在圖2中處于人氣管-肺等效線右側(cè)時(shí)，肺內(nèi)將出現(xiàn)顯著的一時(shí)性壓力升高現(xiàn)象；反之，在等效線左側(cè)時(shí)，則不論座艙內(nèi)壓力變化如何，肺內(nèi)壓都不會(huì)有明顯的改變。所以這條等效線也可作為設(shè)計(jì)座艙門、窗最大面積的依據(jù)”。

根據(jù)試飛機(jī)座艙容積，按時(shí)間常數(shù)臨界值或V/A=200等效值，得到試飛機(jī)允許最大爆破減壓面積。

綜上，根據(jù)增壓艙載荷和人體耐受極限要求，試飛機(jī)泄壓口尺寸應(yīng)在增壓艙載荷和座艙爆炸減壓計(jì)算結(jié)果中取小值。

b）泄壓口蓋開啟裝置

目前，應(yīng)急泄壓系統(tǒng)口蓋開啟方式有采用火工品切割的方式，利用爆破力和內(nèi)外壓差，將切割后的口蓋拋出飛機(jī)。采用該方式需要考慮應(yīng)急泄壓口蓋拋出后軌跡對飛機(jī)的影響，避免與飛機(jī)相撞。

3.2 應(yīng)急通道子系統(tǒng)

應(yīng)急離機(jī)通道子系統(tǒng)是應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)的核心部分，主要包括應(yīng)急離機(jī)艙門和離機(jī)通道。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)緊急情況下應(yīng)急離機(jī)出口的快速開啟，機(jī)組人員快速順利通過離機(jī)通道逃離飛機(jī)。該系統(tǒng)主要有以下幾點(diǎn)：

a）應(yīng)急離機(jī)艙門

由于應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)是試飛改裝系統(tǒng)，在一定的條件下需要恢復(fù)飛機(jī)原本構(gòu)型。因此，在選擇應(yīng)急離機(jī)艙門出口位置時(shí)，應(yīng)考慮飛機(jī)改裝量小，盡量利用飛機(jī)已有的艙門。

應(yīng)急離機(jī)艙門開口一般有兩種形式，側(cè)門和下應(yīng)急艙門，主要考慮人員跳傘時(shí)飛機(jī)的速度。艙門開口可以帶有防氣流吹襲裝置，在跳傘時(shí)起到遮擋氣流作用。對于無防氣流吹襲裝置的側(cè)門和下應(yīng)急艙門，最大允許跳傘速度分別為350 km/h和500 km/h；對于有防氣流吹襲裝置的側(cè)門和下應(yīng)急艙門，最大允許跳傘速度分別為450 km/h和600 km/h[3]。

應(yīng)急離機(jī)艙門尺寸要能使機(jī)組人員順利的離機(jī)。GJB2873-97《軍事裝備和設(shè)施的人機(jī)工程設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》規(guī)定飛行員和試飛員標(biāo)準(zhǔn)體重為75 kg，標(biāo)準(zhǔn)尺寸如下表1所示。對于側(cè)門，艙門尺寸不小于1000 mm×700 mm；對于下應(yīng)急門，艙門尺寸不小于800 mm×700 mm[3]，結(jié)合飛機(jī)艙門實(shí)際尺寸，以及地面試驗(yàn)情況，可適當(dāng)減小應(yīng)急離機(jī)艙門的尺寸要求。

b）離機(jī)通道

離機(jī)通道是保證機(jī)組人員能迅速順利到達(dá)應(yīng)急離機(jī)開口的重要通道。試飛機(jī)組人員通常包括試飛員和試飛工程師，應(yīng)急離機(jī)通道的選擇需有利于試飛員和試飛工程師共同離機(jī)，離機(jī)通道的寬度不小于500 mm[3]，通道上不應(yīng)有障礙物。

3.3 應(yīng)急離機(jī)指示子系統(tǒng)

應(yīng)急離機(jī)指示系統(tǒng)包含語音指示系統(tǒng)和指示燈系統(tǒng)。

語音提示系統(tǒng)包括旅客廣播話筒、飛行員手持話筒、懸臂式話筒耳機(jī)組、氧氣面罩麥克風(fēng)、音頻控制板和客艙揚(yáng)聲器。試飛過程中飛機(jī)出現(xiàn)不可操縱或其它原因引起的必須讓試飛組人員跳傘離機(jī)時(shí)，語音提示系統(tǒng)能夠按照飛行員的操作及時(shí)進(jìn)行應(yīng)急廣播，以便及時(shí)有效的通知試飛機(jī)組人員進(jìn)行應(yīng)急撤離，從而保障試飛人員的安全。該系統(tǒng)需要在空中應(yīng)急泄壓和艙門打開的情況下仍能讓客艙內(nèi)成員比較清楚地聽見飛行員的指令。

指示燈系統(tǒng)包括：指示燈控制板和指示燈信號(hào)牌。該系統(tǒng)能夠按照飛行員的操作及時(shí)進(jìn)行燈光信號(hào)指示，有效指示試飛人員及時(shí)安全地跳傘離機(jī)，從而保障試飛人員的安全。指示燈由紅、黃、綠三種顏色組成分別代表禁止跳傘、準(zhǔn)備跳傘、可以跳傘三種狀態(tài)。信號(hào)牌需安裝在機(jī)上工作人員在整個(gè)離機(jī)過程中均可清晰看到的醒目位置，并且不易受損。

3.4 應(yīng)急離機(jī)輔助設(shè)備

應(yīng)急離機(jī)輔助設(shè)備包括；系統(tǒng)電源、機(jī)長離機(jī)提示按鈕、輔助扶手。

應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)使用獨(dú)立的電源，保證在苛刻的條件下，系統(tǒng)仍能正常工作。機(jī)長離機(jī)提示按鈕需安裝在正副駕駛員均能方便控制的位置，保證可達(dá)性好。由于應(yīng)急撤離時(shí)飛機(jī)姿態(tài)不穩(wěn)定，輔助扶手能保證機(jī)組人員順利到達(dá)逃生位置。

4 應(yīng)急離機(jī)程序

應(yīng)急離機(jī)需要機(jī)組人員在短時(shí)間內(nèi)迅速逃離飛機(jī)，機(jī)組成員需按離機(jī)程序有序離機(jī)。在試飛過程中由機(jī)長判斷是否需要空中應(yīng)急離機(jī)，并啟動(dòng)應(yīng)急離機(jī)程序，離機(jī)程序如圖3所示。

a）機(jī)長

1）首先發(fā)出“緊急情況，準(zhǔn)備離機(jī)”口令，并將接通“準(zhǔn)備跳傘”信號(hào)燈，4000 m以上飛行時(shí)戴上氧氣面罩，盡量控制飛機(jī)的高度和速度，保持平穩(wěn)飛行；

2）發(fā)出“應(yīng)急泄壓”口令，關(guān)閉空調(diào)開關(guān)，按下應(yīng)急卸壓啟動(dòng)按鈕，解除客艙氣密，并打開應(yīng)急離機(jī)出口；

3）確認(rèn)其他人員到達(dá)應(yīng)急離機(jī)出口，發(fā)出“準(zhǔn)備跳傘”口令，把應(yīng)急撤離跳傘指示燈接通為“跳傘”信號(hào)燈；

4）當(dāng)操縱飛機(jī)，判斷飛機(jī)恢復(fù)正常時(shí)，及時(shí)發(fā)出“停止跳傘”口令，并把應(yīng)急撤離跳傘指示燈接通“禁止跳傘”信號(hào)；

5）在其他人員離機(jī)后，飛機(jī)仍無法挽救時(shí)，解開安全帶-肩帶、到應(yīng)急離機(jī)出口處跳傘。

b）副駕駛

1）當(dāng)機(jī)長發(fā)出“緊急情況，準(zhǔn)備離機(jī)”口令后，4000 m以上飛行時(shí)打開空勤氧氣面罩箱，戴上氧氣面罩，同時(shí)通知客艙的機(jī)上工程技術(shù)人員戴上氧氣面罩，并向地面指揮員報(bào)告飛機(jī)位置和飛行遇險(xiǎn)情況；

2）在機(jī)長解除客艙氣密后，向客艙內(nèi)廣播飛行高度和速度；

3）當(dāng)機(jī)長發(fā)出“開始跳傘”口令后，解開安全帶-肩帶，離位到應(yīng)急離機(jī)出口，確認(rèn)其他人員是否到位并通知機(jī)長；

4）待試飛工程師全部離機(jī)后，跳傘逃生。

c）試飛工程師

1）當(dāng)見到黃色“準(zhǔn)備跳傘”信號(hào)燈亮或聽到機(jī)長發(fā)出的“緊急情況，準(zhǔn)備離機(jī)”口令后關(guān)閉儀器總電門；

2）解開安全帶-肩帶，4000 m以上飛行時(shí)聽駕駛艙指揮戴上降落傘氧氣面罩；

3）通過應(yīng)急離機(jī)通道，到達(dá)應(yīng)急離機(jī)出口等待開口打開，將降落傘拉繩掛鉤掛上鋼纜；

4）應(yīng)急離機(jī)開口打開后，等待跳傘指令；

5）當(dāng)見到綠色“跳傘”信號(hào)燈亮或聽到機(jī)長發(fā)出的“開始跳傘”口令后，按離機(jī)動(dòng)作要領(lǐng)跳傘；

6）當(dāng)見到紅色“停止跳傘”信號(hào)燈亮或聽到機(jī)長發(fā)出的“停止跳傘”口令后，立即停止跳傘并等待命令，在獲得機(jī)長同意后返回座位。

5 結(jié)語

本文介紹了一些國外成熟機(jī)型的空中應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)，并探討了空中應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)急離機(jī)程序，對試飛機(jī)組成員的職責(zé)進(jìn)行了劃分，為國內(nèi)應(yīng)急離機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供一定的借鑒。

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