歐美損傷容限與疲勞評定適航符合性方法差異分析

毛可毅 牟浩蕾 鞏天琛 楊亞寧

（中國民航大學，天津 300300）

?

歐美損傷容限與疲勞評定適航符合性方法差異分析

毛可毅 牟浩蕾 鞏天琛 楊亞寧

（中國民航大學，天津 300300）

[摘要]基于對咨詢通告（AC） 25.571-1D和可接受的符合性方法（AMC） 25.571的對比分析，討論了美國聯邦航空管理局和歐洲航空安全局在結構損傷容限與疲勞評定上適航要求和適航符合性驗證方法上的區別，包括條款要求、結構分類、試驗要求和檢查間隔等問題。

[關鍵詞]適航標準；損傷容限；結構疲勞；符合性方法

[收修訂稿日期] 2015-11-04

現在民用航空工業高度國際化，航空產品存在著大量的進出口與國際合作等現象，所有這些在客觀上要求一套統一的適航要求。美國和歐洲是民用航空工業最發達的航空工業體，自上世紀80年代以來，歐洲和美國就開始協調其大型民用飛機的適航性要求。經過多次協調，歐洲和美國大型民用飛機適航要求的統一工作取得了重要成果，其技術內容現在已經基本一致[1]。

損傷容限與疲勞評定是民用飛機抗疲勞設計的關鍵，也是適航驗證的重點。美國聯邦航空管理局（Federal Aviation Administration，簡稱FAA）通過修正案25-86[2]，將聯邦航空條例（Federal Aviation Regulation，簡稱FAR）25.571條款（結構的損傷容限與疲勞評定）與歐洲聯合航空局（Joint Aviation Authority，簡稱JAA，后期改為歐洲航空安全局）發布的聯合航空條例（Joint Aviation Regulation，簡稱JAR，后期改為Certification Specification，簡稱CS）的適航要求進行了協調統一，使FAA與JAA在條款層面基本一致。但在表明條款的符合性方面，因為涉及到民機適航驗證的技術基礎和實際經驗，歐美之間仍存在一些差異，其表現之一就是局方所發布的指導材料。文章正是基于對咨詢通告（AC）25.571-1D[3]《結構的損傷容限與疲勞評定》（后文用AC25.571代指）和可接受的符合性方法（AMC）25.571《損傷容限（破損安全）評定》(b)和(e)[4]（后文用AMC25.571代指）的對比分析，討論了歐洲航空安全局（European Aviation Safety Agency，簡稱EASA）和FAA在結構損傷容限與疲勞評定上適航要求和適航符合性驗證方法上的區別。

1　條款差異

對于條款內容，不考慮修正案25-132對FAR25.571的修訂，FAR25.571與CS25.571存在以下區別[5]。

? FAR25.571[6]在確定以下兩類結構時，明確定義了檢查門檻值的確定方法；

? FAR25.571明確對于廣布疲勞損傷（WFD）要求進行全尺寸疲勞試驗，同時，對于型號合格證（TC）頒發和疲勞試驗的進度關系進行了確定，在疲勞試驗完成前，適航限制項目的內容有規定；

? CS25.571[7]對于多部位損傷提出了規章要求，但沒有明確要用試驗來驗證；

? CS25.571對于能夠容易檢查出的損傷，其剩余強度的要求可以采用低于規章的要求，但是必須取得局方的同意。但是該剩余強度要求不是非常明確，需要與局方達成一致；

? FAR25.571對離散源損傷的要求中，鳥撞要求與CS的要求相同（FAR25.631和CS25.631鳥撞中存在差異），但不包含突然泄壓情況；

? CS25.571對離散源損傷的評定要求中，僅包含鳥撞和突然泄壓。

2　評定結構

FAA和EASA的損傷容限和疲勞評定條款中均要求：對強度、細節設計和制造的評定必須表明，飛機在整個使用壽命期間將避免由于疲勞、腐蝕、制造缺陷或意外損傷引起的災難性破壞。因此，不需要對飛機的所有結構進行損傷容限與疲勞評定，僅需針對于可能引起災難性破壞的結構部分（即主要結構元件，Principle Structural Element，簡稱PSE）進行即可。目前表明上述目標的方法主要是對于PSE進行損傷容限分析，但飛機中仍存在進行損傷容限分析不實際的部位，對于這些結構，需進行疲勞（安全壽命）評定。

AC給出的適用疲勞評定的結構例子是起落架及附件，而AMC給出的適用疲勞評定結構的例子是起落架與其附件，以及發動機吊架與其附件。也就是說，AMC中認為，發動機吊架與其附件同樣適用于疲勞評定。實際上，美國的波音也有飛機將發動機吊架列為疲勞壽命件（例如波音777）。因此該部分應屬于小的差異，不能代表FAA與EASA在損傷容限與疲勞壽命評定的適用結構存在分歧。

AMC25.571對于疲勞評定問題還要求：對需要按照CS25.571(c)評定的某些結構元件（例如主要接頭、連接、典型蒙皮部件和焊接點）的疲勞特性進行評定，確保能夠達到預期的使用壽命。

3　試驗要求

相對于AC25.571而言，AMC25.571中對試驗的要求給出了更為詳盡的解釋。

第一，一般需要通過有代表性的試驗來證實主要結構滿足CS25.571(b)和(c)款的要求。對整個結構或對主要結構的部分的實驗，其性質與范圍將依據之前適用的設計和結構試驗，以及相似結構上的使用經驗。分析和支持試驗大綱的內容應該得到局方批準。

第二，分別支持CS25.571(b)與(c)中的損傷容限或安全壽命目標的任何必要的重復加載試驗在型號合格證頒發時可以沒有完成，但在審定中應該表明，飛機能夠至少安全使用一年。為了不使適航證作廢，疲勞證明應該足夠提前于第一批飛機達到使用期限。

第三，型號合格證可以在全尺寸疲勞試驗完成前頒發，前提是適航當局已批準了為完成所要求的試驗而制定的計劃，并且在CS25.1529要求的持續適航文件適航限制部分中規定，在該試驗完成之前，任何飛機的使用循環數不得超過在疲勞試驗件上累積循環數的一半。

其中，第一屬于通用性的指導；第三和FAR中的要求一致；第二是為了不使適航證作廢，對于全尺寸疲勞試驗的進度安排給出了較為中肯的指導。

4　檢查間隔

AMC25.571對于在較短的間隔能夠檢查出的損傷給出了更多的指導：

對于在較短間隔（比如50個飛行循環）內能夠被發現的損傷，可以采用CS25.571(b)中給出的較小的載荷，不過這種損傷應該是足夠明顯的，即在巡視中明顯目視直接可檢，或通過機艙壓力下降、機艙噪音或燃油泄漏間接檢查出來。在這種情況下，可以采用概率方法，除了后緣襟翼之外，剩余載荷水平可以降低，但不能小于以下情況：

? 最大正常工作壓差（包括預期的在1g水平飛行的外部氣壓）乘以1.10的系數，略去其他載荷。

? CS25.571(b)(1)到(6)款包括的85%的限制飛行機動和地面條件，但不包括(5)(ii)，也不包括直到CS25.571(b)(2)與(b)(5)(i)分別給出的VC的限制突風速度（縱向或橫向）的75%。另一方面，如果使用的概率的方法，任何情況下，剩余載荷的水平可能不會低于AMC25.571中給出的一次航班中承受的載荷的值。在裂紋擴展速率較快，或在大載荷下載荷路徑可能會突然破壞情況下，疲勞損傷在達到可檢尺寸時被抑制，結構的損傷尺寸在達到該條件前必須能夠承受CS25.571(b)(1)至(6)款規定的載荷。如果損傷繼續發展，可以使用上面所述的較低載荷。

上面內容表明EASA對于較短間隔內能夠被發現損傷的情況，其剩余強度要求可以適當“放寬”，但仍需要滿足給出的最低水平。FAA沒有對于在較短間隔內能夠被發現的損傷情況的指導，因此不足以說明FAA和EASA究竟誰更嚴格，但EASA給出了申請人更多的選擇。

5　其他差異

AMC25.571沒有給出針對廣布疲勞損傷的內容，EASA發布的有關老齡飛機完整性的AMC 20-20中包含有廣布疲勞損傷的指導材料。

AC25.571將“艙門蒙皮、框、門鎖”以及“起落架與發動機吊架”歸為主要結構元件（PSE），而AMC給出的PSE不包括上述結構。

6　結論

文章分析了歐美損傷容限與疲勞評定在適航要求和符合性方法上的差異。通過分析可以看出，歐美之間雖然不存在根本性的技術差異，但仍然有細微的區別，通過研究，可以獲得更多表明滿足適航要求的符合性驗證途徑，并汲取歐美民用飛機的驗證和審定經驗。文章的差異分析僅處在局方的指導材料層面，建議從民用飛機工業驗證實際出發，對歐美適航要求和符合性方法上的差異進行研究。

[參考文獻]

[1] 劉友丹. 歐美大型民用飛機適航要求差異淺析[J]. 航空標準化與質量，2010(6)：39-42.

[2] FAA. Docket No. 2790214, Final Rule: Revised Discrete Gust Load Design Requirements [S].

[3] FAA. AC25.571-1D, Damage Tolerance and Fatigue Evaluation of Structure [S].

[4] EASA. AMC25.571(b)and(e), Damage-tolerance (fail-safe) Evaluation [S].

[5] 馮振宇. 運輸類飛機適航要求解讀（第2卷）：結構 [M]. 北京：航空工業出版社. 2013.

[6] FAA. FAR25.571(Amdt. 25-96), Damagetolerance and fatigue evaluation of structure [S].

[7] EASA. CS25.571(Amendment 13), Damagetolerance and fatigue evaluation of structure [S].

（編輯：雨晴）

[中圖分類號]V221+.91

[文獻標識碼]C

[文章編號]1003-6660（2016）02-0043-03

[DOI編碼]10.13237/j.cnki.asq.2016.02.011