基于VB的民用飛機低溫符合性驗證模型

李闖+簡夕忠

【摘 要】民用飛機正常情況下一般采取雙套空調組件對駕駛艙和客艙進行溫度調節，雙套空調組件失效會導致乘員暴露于低溫環境，可能會導致機組能力降低，從而影響飛行安全；基于適航條款CCAR25.1309（a）（b）（d）對民用飛機的設計要求，本文通過定義一種符合性方法，并基于VB平臺開發出民用飛機低溫失效的符合性計算模型，來驗證對適航條款§25.1309（a）（b）和（d）的符合性，從而對民用飛機的適航驗證具有指導意義。

【關鍵詞】民用飛機；低溫；適航條款CCAR 25.1309（a）（b）（d）；IREQ

【Abstract】In general， there are two air conditioning packs in order to regulate temperature both in cockpit and cabin. If two packs both fail to work， people in cockpit and cabin will be exposed to low temperature environment， which may result in crew performance degradation and prevent the crew from successfully completing their assigned tasks – continued safe flight and landing. This article defines a low temperature certification method to validate CCAR 25.1309（a）（b）（d） regulation.

【Key words】Civil Aircraft； Low Temperature； CCAR 25.1309（a）（b）（d） regulation； IREQ

0 引言

在飛機系統的某些失效狀態下，艙內的乘員可能會遭受較低的溫度。在某型號的延程運行演示試驗期間，駕駛艙和客艙的特定區域的曾出現溫度低至10oC 的情況，可能會導致乘員的核心溫度降低，機組能力降低到發生思考錯誤或身體筋疲力盡而妨礙機組成功地完成其被指定的任務-繼續安全飛行和著陸。適航條款§25.1309（a）（b）和（d）

為了驗證對適航條款§25.1309（a）（b）和（d）的符合性，必須通過分析來證明該環境不會導致機組能力降低到發生思考錯誤或身體筋疲力盡而妨礙機組成功地完成其被指定的任務-繼續安全飛行和著陸的程度。CAAC建議申請方應通過分析，證明在雙套空調組件失效狀態下，乘員暴露于低溫環境期間，人體核心溫度不會降至低于36°C。然而，由于以下原因：

1）由于缺乏充分的生理數據以定義核心體溫極限；

2）目前尚無相關適用的行業標準以提供足夠的數據支持來計算低溫環境下的人體核心溫度。

因此，采用參考文獻[4]介紹的所需保溫衣物IREQ計算法（以下簡稱IREQ法）代替CAAC建議的人體核心溫度計算法，不失為證明低溫環境符合性的一種可行性方法。

1 IREQ

1.1 定義

為保持身體在特定條件下的熱平衡所需的保溫衣服值即為IREQ。IREQ考慮環境溫度、平均輻射溫度、相對濕度和氣流速度的綜合作用。IREQ分析熱環境的影響和身體的新陳代謝速率，指明乘員處于該低溫環境下對衣著的需求。

IREQ法通過定義身體熱平衡方程式，計算該環境下人體為了保持熱平衡所需的IREQ，如果衣著保溫值高于IREQ，則認為該環境下可以滿足人體可接受的體溫和皮膚溫度，如果衣著保溫值低于IREQ，則根據該環境下可以滿足人體可接受的體溫和皮膚溫度來計算乘員所允許的最大暴露時間。

1.2 計算過程

IREQ可通過人體熱平衡方程求解，其主要參數包括：空氣溫度Ta，平均輻射溫度Tr，水蒸氣分壓力pa，空氣速度va，人體新陳代謝率M，衣物特性系數，出汗率等。

人體熱平衡方程可表達為：

該方程表達了人體內部熱生成情況，人體新陳代謝率M與有效機械功W之差等于人體呼吸空氣對流Cres、呼吸空氣蒸發Eres，人體皮膚傳導K、對流C、輻射R、蒸發E，積累在身體的熱存儲S之和。

1）人體新陳代謝率M值可根據不同勞動強度分類，典型人體新陳代謝率的評估值可參參考文獻[4]的附錄C。

2）大多數情況下，人體有效機械功非常小，可以忽略。

3）呼吸對流產生的熱流量可表達為：

4）呼吸蒸發產生的熱流量可表達為：

5）人體皮膚表面對流熱流量可表達為式（4），h為衣服外界大氣的動態對流熱系數，計算時考慮衣服特性、外界空氣流動等特性。

6）人體皮膚表面輻射熱流量可表達為式（5），hr為衣服外界大氣的動態輻射熱系數，計算時考慮衣服特性、外界空氣流動等特性。

8）人體熱存儲為上述熱流量的代數和：

9）人體皮膚溫度的計算公式可表達為：

10）根據皮膚溫度計算IREQ：

以下是IREQ的計算流程，詳細的計算過程可參考文獻[4]的附錄A。

2 符合性計算建模

根據本文第2章所介紹的計算公式和流程，基于Visual Basic語言，建立座艙處于低溫環境下IREQ的計算軟件模型。該模型可以直觀判斷乘員處于具體的低溫環境下衣著是否足夠御寒；如果不足以御寒，該模型可以預測乘員在該低溫環境下的限制暴露時間。

低溫失效的軟件計算模型界面如圖2所示。

3 結論

由于缺少相關數據以及適用的行業標準來計算低溫環境下的人體核心溫度，采用IREQ法可以作為民用飛機低溫符合性驗證的一種方法；IREQ法綜合考慮了周圍環境溫度、平均輻射溫度、相對濕度和氣流速度對乘員的作用；通過建立軟件模型來驗證乘員處于該低溫環境下是否安全，可以計算該環境不安全時乘員的限制暴露時間。本文介紹的IREQ法作為一種驗證適航條款§25.1309（a）（b）和（d）的符合性方法，對民用飛機的適航驗證具有指導意義。

【參考文獻】

[1]劉劍鋒.CCAR-25-R3 運輸類飛機適航標準[S].2001，05.

[2]壽榮中，何慧姍.飛行器環境控制[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.

[3]朱春玲.飛行器環境控制與安全救生[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.

[4]ISO11079， Ergonomics of the thermal environment—Determination and interpretation of cold stress when using required clothing insulation（IREQ）and local cooling effects， 2007[Z].

[責任編輯：楊玉潔]

【摘 要】民用飛機正常情況下一般采取雙套空調組件對駕駛艙和客艙進行溫度調節，雙套空調組件失效會導致乘員暴露于低溫環境，可能會導致機組能力降低，從而影響飛行安全；基于適航條款CCAR25.1309（a）（b）（d）對民用飛機的設計要求，本文通過定義一種符合性方法，并基于VB平臺開發出民用飛機低溫失效的符合性計算模型，來驗證對適航條款§25.1309（a）（b）和（d）的符合性，從而對民用飛機的適航驗證具有指導意義。

【關鍵詞】民用飛機；低溫；適航條款CCAR 25.1309（a）（b）（d）；IREQ

【Abstract】In general， there are two air conditioning packs in order to regulate temperature both in cockpit and cabin. If two packs both fail to work， people in cockpit and cabin will be exposed to low temperature environment， which may result in crew performance degradation and prevent the crew from successfully completing their assigned tasks – continued safe flight and landing. This article defines a low temperature certification method to validate CCAR 25.1309（a）（b）（d） regulation.

【Key words】Civil Aircraft； Low Temperature； CCAR 25.1309（a）（b）（d） regulation； IREQ

0 引言

在飛機系統的某些失效狀態下，艙內的乘員可能會遭受較低的溫度。在某型號的延程運行演示試驗期間，駕駛艙和客艙的特定區域的曾出現溫度低至10oC 的情況，可能會導致乘員的核心溫度降低，機組能力降低到發生思考錯誤或身體筋疲力盡而妨礙機組成功地完成其被指定的任務-繼續安全飛行和著陸。適航條款§25.1309（a）（b）和（d）

為了驗證對適航條款§25.1309（a）（b）和（d）的符合性，必須通過分析來證明該環境不會導致機組能力降低到發生思考錯誤或身體筋疲力盡而妨礙機組成功地完成其被指定的任務-繼續安全飛行和著陸的程度。CAAC建議申請方應通過分析，證明在雙套空調組件失效狀態下，乘員暴露于低溫環境期間，人體核心溫度不會降至低于36°C。然而，由于以下原因：

1）由于缺乏充分的生理數據以定義核心體溫極限；

2）目前尚無相關適用的行業標準以提供足夠的數據支持來計算低溫環境下的人體核心溫度。

因此，采用參考文獻[4]介紹的所需保溫衣物IREQ計算法（以下簡稱IREQ法）代替CAAC建議的人體核心溫度計算法，不失為證明低溫環境符合性的一種可行性方法。

1 IREQ

1.1 定義

為保持身體在特定條件下的熱平衡所需的保溫衣服值即為IREQ。IREQ考慮環境溫度、平均輻射溫度、相對濕度和氣流速度的綜合作用。IREQ分析熱環境的影響和身體的新陳代謝速率，指明乘員處于該低溫環境下對衣著的需求。

IREQ法通過定義身體熱平衡方程式，計算該環境下人體為了保持熱平衡所需的IREQ，如果衣著保溫值高于IREQ，則認為該環境下可以滿足人體可接受的體溫和皮膚溫度，如果衣著保溫值低于IREQ，則根據該環境下可以滿足人體可接受的體溫和皮膚溫度來計算乘員所允許的最大暴露時間。

1.2 計算過程

IREQ可通過人體熱平衡方程求解，其主要參數包括：空氣溫度Ta，平均輻射溫度Tr，水蒸氣分壓力pa，空氣速度va，人體新陳代謝率M，衣物特性系數，出汗率等。

人體熱平衡方程可表達為：

該方程表達了人體內部熱生成情況，人體新陳代謝率M與有效機械功W之差等于人體呼吸空氣對流Cres、呼吸空氣蒸發Eres，人體皮膚傳導K、對流C、輻射R、蒸發E，積累在身體的熱存儲S之和。

1）人體新陳代謝率M值可根據不同勞動強度分類，典型人體新陳代謝率的評估值可參參考文獻[4]的附錄C。

2）大多數情況下，人體有效機械功非常小，可以忽略。

3）呼吸對流產生的熱流量可表達為：

4）呼吸蒸發產生的熱流量可表達為：

5）人體皮膚表面對流熱流量可表達為式（4），h為衣服外界大氣的動態對流熱系數，計算時考慮衣服特性、外界空氣流動等特性。

6）人體皮膚表面輻射熱流量可表達為式（5），hr為衣服外界大氣的動態輻射熱系數，計算時考慮衣服特性、外界空氣流動等特性。

8）人體熱存儲為上述熱流量的代數和：

9）人體皮膚溫度的計算公式可表達為：

10）根據皮膚溫度計算IREQ：

以下是IREQ的計算流程，詳細的計算過程可參考文獻[4]的附錄A。

2 符合性計算建模

根據本文第2章所介紹的計算公式和流程，基于Visual Basic語言，建立座艙處于低溫環境下IREQ的計算軟件模型。該模型可以直觀判斷乘員處于具體的低溫環境下衣著是否足夠御寒；如果不足以御寒，該模型可以預測乘員在該低溫環境下的限制暴露時間。

低溫失效的軟件計算模型界面如圖2所示。

3 結論

由于缺少相關數據以及適用的行業標準來計算低溫環境下的人體核心溫度，采用IREQ法可以作為民用飛機低溫符合性驗證的一種方法；IREQ法綜合考慮了周圍環境溫度、平均輻射溫度、相對濕度和氣流速度對乘員的作用；通過建立軟件模型來驗證乘員處于該低溫環境下是否安全，可以計算該環境不安全時乘員的限制暴露時間。本文介紹的IREQ法作為一種驗證適航條款§25.1309（a）（b）和（d）的符合性方法，對民用飛機的適航驗證具有指導意義。

【參考文獻】

[1]劉劍鋒.CCAR-25-R3 運輸類飛機適航標準[S].2001，05.

[2]壽榮中，何慧姍.飛行器環境控制[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.

[3]朱春玲.飛行器環境控制與安全救生[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.

[4]ISO11079， Ergonomics of the thermal environment—Determination and interpretation of cold stress when using required clothing insulation（IREQ）and local cooling effects， 2007[Z].

[責任編輯：楊玉潔]

【摘 要】民用飛機正常情況下一般采取雙套空調組件對駕駛艙和客艙進行溫度調節，雙套空調組件失效會導致乘員暴露于低溫環境，可能會導致機組能力降低，從而影響飛行安全；基于適航條款CCAR25.1309（a）（b）（d）對民用飛機的設計要求，本文通過定義一種符合性方法，并基于VB平臺開發出民用飛機低溫失效的符合性計算模型，來驗證對適航條款§25.1309（a）（b）和（d）的符合性，從而對民用飛機的適航驗證具有指導意義。

【關鍵詞】民用飛機；低溫；適航條款CCAR 25.1309（a）（b）（d）；IREQ

【Abstract】In general， there are two air conditioning packs in order to regulate temperature both in cockpit and cabin. If two packs both fail to work， people in cockpit and cabin will be exposed to low temperature environment， which may result in crew performance degradation and prevent the crew from successfully completing their assigned tasks – continued safe flight and landing. This article defines a low temperature certification method to validate CCAR 25.1309（a）（b）（d） regulation.

【Key words】Civil Aircraft； Low Temperature； CCAR 25.1309（a）（b）（d） regulation； IREQ

0 引言

在飛機系統的某些失效狀態下，艙內的乘員可能會遭受較低的溫度。在某型號的延程運行演示試驗期間，駕駛艙和客艙的特定區域的曾出現溫度低至10oC 的情況，可能會導致乘員的核心溫度降低，機組能力降低到發生思考錯誤或身體筋疲力盡而妨礙機組成功地完成其被指定的任務-繼續安全飛行和著陸。適航條款§25.1309（a）（b）和（d）

為了驗證對適航條款§25.1309（a）（b）和（d）的符合性，必須通過分析來證明該環境不會導致機組能力降低到發生思考錯誤或身體筋疲力盡而妨礙機組成功地完成其被指定的任務-繼續安全飛行和著陸的程度。CAAC建議申請方應通過分析，證明在雙套空調組件失效狀態下，乘員暴露于低溫環境期間，人體核心溫度不會降至低于36°C。然而，由于以下原因：

1）由于缺乏充分的生理數據以定義核心體溫極限；

2）目前尚無相關適用的行業標準以提供足夠的數據支持來計算低溫環境下的人體核心溫度。

因此，采用參考文獻[4]介紹的所需保溫衣物IREQ計算法（以下簡稱IREQ法）代替CAAC建議的人體核心溫度計算法，不失為證明低溫環境符合性的一種可行性方法。

1 IREQ

1.1 定義

為保持身體在特定條件下的熱平衡所需的保溫衣服值即為IREQ。IREQ考慮環境溫度、平均輻射溫度、相對濕度和氣流速度的綜合作用。IREQ分析熱環境的影響和身體的新陳代謝速率，指明乘員處于該低溫環境下對衣著的需求。

IREQ法通過定義身體熱平衡方程式，計算該環境下人體為了保持熱平衡所需的IREQ，如果衣著保溫值高于IREQ，則認為該環境下可以滿足人體可接受的體溫和皮膚溫度，如果衣著保溫值低于IREQ，則根據該環境下可以滿足人體可接受的體溫和皮膚溫度來計算乘員所允許的最大暴露時間。

1.2 計算過程

IREQ可通過人體熱平衡方程求解，其主要參數包括：空氣溫度Ta，平均輻射溫度Tr，水蒸氣分壓力pa，空氣速度va，人體新陳代謝率M，衣物特性系數，出汗率等。

人體熱平衡方程可表達為：

該方程表達了人體內部熱生成情況，人體新陳代謝率M與有效機械功W之差等于人體呼吸空氣對流Cres、呼吸空氣蒸發Eres，人體皮膚傳導K、對流C、輻射R、蒸發E，積累在身體的熱存儲S之和。

1）人體新陳代謝率M值可根據不同勞動強度分類，典型人體新陳代謝率的評估值可參參考文獻[4]的附錄C。

2）大多數情況下，人體有效機械功非常小，可以忽略。

3）呼吸對流產生的熱流量可表達為：

4）呼吸蒸發產生的熱流量可表達為：

5）人體皮膚表面對流熱流量可表達為式（4），h為衣服外界大氣的動態對流熱系數，計算時考慮衣服特性、外界空氣流動等特性。

6）人體皮膚表面輻射熱流量可表達為式（5），hr為衣服外界大氣的動態輻射熱系數，計算時考慮衣服特性、外界空氣流動等特性。

8）人體熱存儲為上述熱流量的代數和：

9）人體皮膚溫度的計算公式可表達為：

10）根據皮膚溫度計算IREQ：

以下是IREQ的計算流程，詳細的計算過程可參考文獻[4]的附錄A。

2 符合性計算建模

根據本文第2章所介紹的計算公式和流程，基于Visual Basic語言，建立座艙處于低溫環境下IREQ的計算軟件模型。該模型可以直觀判斷乘員處于具體的低溫環境下衣著是否足夠御寒；如果不足以御寒，該模型可以預測乘員在該低溫環境下的限制暴露時間。

低溫失效的軟件計算模型界面如圖2所示。

3 結論

由于缺少相關數據以及適用的行業標準來計算低溫環境下的人體核心溫度，采用IREQ法可以作為民用飛機低溫符合性驗證的一種方法；IREQ法綜合考慮了周圍環境溫度、平均輻射溫度、相對濕度和氣流速度對乘員的作用；通過建立軟件模型來驗證乘員處于該低溫環境下是否安全，可以計算該環境不安全時乘員的限制暴露時間。本文介紹的IREQ法作為一種驗證適航條款§25.1309（a）（b）和（d）的符合性方法，對民用飛機的適航驗證具有指導意義。

【參考文獻】

[1]劉劍鋒.CCAR-25-R3 運輸類飛機適航標準[S].2001，05.

[2]壽榮中，何慧姍.飛行器環境控制[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.

[3]朱春玲.飛行器環境控制與安全救生[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.

[4]ISO11079， Ergonomics of the thermal environment—Determination and interpretation of cold stress when using required clothing insulation（IREQ）and local cooling effects， 2007[Z].

[責任編輯：楊玉潔]