民用飛機(jī)快速釋壓特定風(fēng)險分析初探

陸鵬等

【摘 要】本文結(jié)合適航規(guī)章要求及民用飛機(jī)的特點(diǎn)，研究了快速釋壓特定風(fēng)險對民用飛機(jī)和機(jī)內(nèi)乘員的安全性影響；通過對適航規(guī)章的研究，得出適用于快速釋壓風(fēng)險的條款要求，在民用飛機(jī)設(shè)計過程中做到有的放矢；并且通過對快速釋壓特定風(fēng)險形成機(jī)理、破壞機(jī)制的分析，探索提出了民用飛機(jī)在設(shè)計和運(yùn)營過程中針對該風(fēng)險可以采取的應(yīng)對措施，最大限度保障飛機(jī)和乘員的安全。

【關(guān)鍵詞】快速釋壓；民用飛機(jī)；增壓艙；增壓艙鄰界面

0 引言

民用飛機(jī)在飛行過程中，特別是巡航高度（一般是38000英尺）的氣壓和溫度都不適于人類生存，為了乘員安全，會對飛機(jī)內(nèi)部進(jìn)行增壓，使得乘員乘坐飛機(jī)在巡航高度仍然感覺與地面環(huán)境（氣壓、氧氣等）差別不大，保障生命安全。而由于機(jī)身密封性能被破壞（結(jié)構(gòu)破損、密封條失效等）、氣源部件失效、空調(diào)流量不足等原因，會使得座艙高度升高，出現(xiàn)釋壓現(xiàn)象，危及乘員和飛機(jī)的安全。釋壓通常有3種類型，包括爆炸釋壓、快速釋壓和慢性釋壓。爆發(fā)式釋壓是指在不超過1.5s內(nèi)發(fā)生，通常這種釋壓主要發(fā)生于小型飛機(jī)在非常高的高度飛行時，這種致命的釋壓并不多見。人類的肺部通常需要約0.2秒的時間來釋放它們中間的空氣。任何短于這個時間發(fā)生的釋壓都會引起肺部的快速釋壓以及肺部的撕裂或者嚴(yán)重?fù)p傷。對付這類釋壓唯一可選擇的緊急程序就是立即戴上氧氣面罩并盡快下降到較低的高度上。快速釋壓是指發(fā)生時間長于1.5秒但是小于10秒的釋壓情況，壓力下降速率超過7000 ft/min。而且通常會有“砰”巨響和座艙空氣突然起霧。這種釋壓沒有很高的肺部損傷危險，但是噪音、混亂和霧都不同程度地存在。盡快戴上氧氣面罩和下降仍是必要的，但還有其它的緊急措施可用來對付這種釋壓并減少釋壓造成的破壞。慢性釋壓一般在較長一段時間內(nèi)發(fā)生，由于空氣壓力的逐漸變化，在氧氣面罩從座艙頂板落下之前，逐漸或微小釋壓很難識別。慢性釋壓對增壓飛機(jī)來講也是一種危險。座艙壓力的慢慢失去（更常見的是對座艙高度不正確的設(shè)置）和座艙高度的緩慢上升可能不會引起機(jī)組的及時注意并有效處置。對于所有符合運(yùn)輸級別標(biāo)準(zhǔn)的噴氣飛機(jī)，F(xiàn)AR25.841 規(guī)定“當(dāng)超出安全的或預(yù)調(diào)的壓差限制和座艙壓力高度限制時顯示在飛行員或飛行機(jī)械員位置的警告顯示……以及一個聲響的或者視覺的信號（作為座艙高度顯示方式的補(bǔ)充）如果在座艙壓力高度超出10000英尺時能給予機(jī)組警告，就符合關(guān)于座艙壓力高度限制的警告要求”。另外，這些飛機(jī)被要求在增壓系統(tǒng)的構(gòu)件發(fā)生故障的情況下能夠?qū)⒖团摳叨认拗圃?5000英尺以下。但是這個客艙高度限制不是指的飛機(jī)結(jié)構(gòu)失效，而是僅指增壓系統(tǒng)中的構(gòu)件失效。

1 風(fēng)險來源

引起快速釋壓的主要原因包括：

a）壓力控制系統(tǒng)失效。流出閥是用以將座艙的壓力高度維持在理想的水平，流出閥故障可導(dǎo)致座艙壓力控制功能失效。

b）流入座艙的空氣減少。典型的導(dǎo)致新鮮空氣不能流入座艙的原因包括：空調(diào)系統(tǒng)中某些元件不工作，或者發(fā)動機(jī)或壓氣機(jī)故障。

c）結(jié)構(gòu)失效?？赡軐?dǎo)致快速釋壓的飛機(jī)結(jié)構(gòu)失效包括艙門或窗戶密封性能嚴(yán)重下降、窗戶破裂、艙門關(guān)閉不正確或者座艙主體結(jié)構(gòu)破裂等。

2 快速釋壓的危險性

對飛機(jī)來說，快速釋壓會導(dǎo)致艙內(nèi)壓力變化和增壓艙鄰界面變形，快速釋壓風(fēng)險可能破壞安裝在增壓艙內(nèi)或者增壓艙鄰界面的系統(tǒng)，影響飛機(jī)的安全性。

對機(jī)內(nèi)的乘員來說，快速釋壓風(fēng)險包括缺氧和失去意識、減壓病和凍傷等，最大的威脅就是缺氧，但是飛機(jī)內(nèi)部的應(yīng)急供氧系統(tǒng)一般可以避免此類危險發(fā)生，并且在發(fā)生快速釋壓情況下，機(jī)組會采取應(yīng)急下降程序，下降到安全高度以保證機(jī)內(nèi)外氣壓平衡和艙內(nèi)氧氣充足。因此，只要正確地采取應(yīng)對措施，座艙快速釋壓造成乘員死亡或嚴(yán)重傷害的概率很低，多數(shù)為不適或一般性傷害；而且快速釋壓發(fā)生時通常會有“砰”的巨響和座艙空氣突然起霧現(xiàn)象，比較容易識別。只要機(jī)組受過相關(guān)訓(xùn)練，就有足夠的時間實(shí)施應(yīng)對措施。

3 相關(guān)的適航規(guī)章要求

在民用飛機(jī)研制過程中，為了保障飛機(jī)的安全性，有CCAR專門的適航規(guī)章對該類風(fēng)險進(jìn)行設(shè)計約束，以保證飛機(jī)面對此類風(fēng)險時候的安全性，具體如下所示：

a） 第25.1309條“設(shè)備、系統(tǒng)及安裝”，規(guī)定了設(shè)備、系統(tǒng)和安裝的安全性要求；

b） 第25.365條“增壓艙載荷要求”，規(guī)定了對承受增壓艙載荷對結(jié)構(gòu)的要求；

c） 第 25.571條“結(jié)構(gòu)損傷容限和疲勞評定的要求”，規(guī)定了對增壓艙的要求；

d） 第 25.775 條“風(fēng)擋和窗戶”，規(guī)定了對增壓艙風(fēng)擋和窗戶的要求；

e） 第25.783條“機(jī)身艙門”，規(guī)定了對增壓艙艙門的要求；

f） 第25.841條“增壓座艙”，規(guī)定了對增壓艙座艙的要求；

g） 第25.843條“增壓座艙的試驗(yàn)”，規(guī)定了對增壓座艙進(jìn)行強(qiáng)度、功能試驗(yàn)的要求；

h） 第25.1438條“增壓系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)”，規(guī)定了增壓系統(tǒng)元件試驗(yàn)的要求；

i） 第25.1441條“氧氣設(shè)備和供氧”，規(guī)定了氧氣設(shè)備和供氧功能的要求；

j） 第25.1453條“防止氧氣設(shè)備破裂的規(guī)定”，規(guī)定了加壓氧氣瓶和氧氣瓶與切斷閥之間管路需要滿足的要求。

4 設(shè)計過程對快速釋壓風(fēng)險的考慮

a） 環(huán)境變化對布置在增壓艙內(nèi)部系統(tǒng)的影響分析?？焖籴寜簳档驮鰤号摰膲毫Γh(huán)境的變化可能會影響系統(tǒng)的運(yùn)行和引起系統(tǒng)失效，關(guān)鍵系統(tǒng)的異?；蚴绊戯w行安全；但是在飛機(jī)設(shè)計的過程中，會考慮此類事件發(fā)生的情況，提前采取應(yīng)對措施，例如，將艙內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計的可以在壓力、溫度等環(huán)境因素改變的情況下，保持正常工作一段時間，一般該時間會長于飛機(jī)應(yīng)急下降的時間；或者將互為冗余的飛行關(guān)鍵系統(tǒng)布置在不同的艙內(nèi)，以減緩快速釋壓對飛行關(guān)鍵系統(tǒng)的影響時間。

圖1 增壓艙鄰界面變形對系統(tǒng)的影響

b） 增壓艙鄰界面變形對布置在鄰界面附近系統(tǒng)的影響分析。如圖1：增壓艙1和增壓艙2為相鄰的飛機(jī)增壓艙，系統(tǒng)1、系統(tǒng)2和系統(tǒng)3安裝在增壓艙之間的界面上。如果增壓艙1發(fā)生快速釋壓且艙內(nèi)壓力下降，增壓艙1與增壓艙2之間的壓差將會導(dǎo)致界面發(fā)生變形，破壞系統(tǒng)1、系統(tǒng)2、系統(tǒng)3的安裝和改變這些系統(tǒng)（下轉(zhuǎn)第143頁）（上接第92頁）的位置，從而引起系統(tǒng)失效。對于此類情況，一般設(shè)計的時候，會對布置在增壓艙鄰界面附近的設(shè)備，會預(yù)留一定的間隙，防止因?yàn)樵鰤号撪徑缑孀冃螌?dǎo)致設(shè)備失效的情況發(fā)生。對于安裝在增壓艙之間界面上的冗余系統(tǒng)，采取相互隔離設(shè)計，確保界面變形不會同時破壞相互冗余系統(tǒng)。

5 結(jié)語

本文針對民用飛機(jī)在飛行過程中可能遭遇快速釋壓風(fēng)險的情況，給出了增壓艙內(nèi)部和增壓艙鄰界面飛行關(guān)鍵系統(tǒng)的布置方法，以最大限度避免由于快速釋壓導(dǎo)致災(zāi)難性事故發(fā)生的可能，對于飛機(jī)內(nèi)部乘員來說，由于飛機(jī)設(shè)計過程中對該風(fēng)險的考慮，以及機(jī)組操作手冊中一般具有應(yīng)對此類風(fēng)險的措施，所以對乘員的安全性影響在可控制范圍之內(nèi)。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]FAR PART 25 AIRWORTHINESS STANDARDS： TRANSPORT CATEGORY AIRPLANES[S].

[責(zé)任編輯：曹明明]