JSSG-2007軍用飛機(jī)引氣污染要求淺析

胡 毅 呂 寶 李毓峰

（中國飛行試驗(yàn)研究院，陜西 西安 710089）

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JSSG-2007軍用飛機(jī)引氣污染要求淺析

胡 毅 呂 寶 李毓峰

（中國飛行試驗(yàn)研究院，陜西 西安 710089）

[摘要]詳細(xì)分析了JSSG-2007中引氣污染驗(yàn)證的理由、指導(dǎo)以及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)國內(nèi)相關(guān)的軍用標(biāo)準(zhǔn)和民機(jī)開展的相關(guān)驗(yàn)證進(jìn)行了梳理，希冀能為試飛階段開展相關(guān)驗(yàn)證工作提供參考。

[關(guān)鍵詞]軍用飛機(jī)；引氣污染；要求

[收修訂稿日期] 2016-01-15

基金編號(hào)：2013F63054R

20世紀(jì)六、七十年代飛行員座艙環(huán)境控制用氣量較小，主要用于座艙通風(fēng)和增壓、座艙供氣溫度調(diào)節(jié)等。隨著飛機(jī)設(shè)備增加，如電子設(shè)備通風(fēng)冷卻、飛機(jī)燃油系統(tǒng)通風(fēng)增壓以及應(yīng)急動(dòng)力裝置的出現(xiàn)，飛機(jī)飛行時(shí)引氣量大增，以往討論發(fā)動(dòng)機(jī)問題時(shí)認(rèn)為引氣量可忽略不計(jì)，隨著飛機(jī)用氣量的增大，發(fā)動(dòng)機(jī)引氣問題的重要度凸顯。在以往軍機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)定型/鑒定試飛時(shí)，曾發(fā)生過由于引氣污染物超標(biāo)導(dǎo)致飛行計(jì)劃取消的先例。但目前軍機(jī)尚未開展過引氣污染物的測量與驗(yàn)證，在當(dāng)前軍機(jī)型號(hào)研制開展適航工作的背景下，對(duì)引氣污染物測量及評(píng)定可以為飛機(jī)艙內(nèi)環(huán)境評(píng)價(jià)提供依據(jù)，因此開展這項(xiàng)工作對(duì)于軍機(jī)特別是大型軍用運(yùn)輸機(jī)來說具有十分重要的意義。

1 引氣污染驗(yàn)證要求來源

美國國防部于2002年發(fā)布了MIL-HDBK-516B《適航性審查準(zhǔn)則》，后又陸續(xù)發(fā)布了A版和B版，適用范圍也從空軍擴(kuò)展至陸軍和海軍。MILHDBK-516B是開展軍機(jī)適航的頂層技術(shù)文件。它規(guī)定了固定翼/旋翼、有人駕駛/無人駕駛等各型軍機(jī)適航性的通用要求，主要包括系統(tǒng)工程、結(jié)構(gòu)、飛行技術(shù)、推進(jìn)系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng)安裝、航空器子系統(tǒng)、乘員系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、航空電子、電氣系統(tǒng)、電磁環(huán)境效應(yīng)、系統(tǒng)安全性、計(jì)算機(jī)資源、維修、武器/外掛綜合、乘客安全性、材料等章節(jié)，包括近800余項(xiàng)驗(yàn)證條款。

在MIL-HDBK-516B第7章“推進(jìn)系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng)安裝”中第7.2.5.2.3條提出了“驗(yàn)證引氣污染不會(huì)超過安全限制”的要求。并給出了該條款的指導(dǎo)性文件JSSG-2007《航空渦噴渦扇渦軸渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合使用規(guī)范指南》。

2 JSSG-2007引氣污染要求分析

聯(lián)合軍種規(guī)范指南（JSSG）是美國國防部頒布的用于發(fā)展項(xiàng)目性能的規(guī)范模板，其源于冷戰(zhàn)結(jié)束后美國國防部開展實(shí)行經(jīng)濟(jì)上可承受的國防采辦策略。JSSG系列由MIL規(guī)范轉(zhuǎn)換而來。JSSG系列共包括10多份指南，可分為3個(gè)層次，如圖1所示。在JSSG系列指南的第3章提供了相關(guān)系統(tǒng)的各項(xiàng)內(nèi)容要求，并對(duì)每項(xiàng)內(nèi)容驗(yàn)證的理由、指導(dǎo)進(jìn)行了說明。JSSG系列指南的第4章主要就每項(xiàng)內(nèi)容如何開展驗(yàn)證進(jìn)行了說明。

1998年，美軍發(fā)布了JSSG-2007《航空渦噴渦扇渦軸渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合使用規(guī)范指南》，在JSSG-2007第A.3.1.1.7.1節(jié)和A.4.1.1.7.1節(jié)中對(duì)引氣污染物的種類及最高容許濃度、來源、危害及評(píng)估、發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)、測量位置、采樣間隔和檢測機(jī)構(gòu)、引氣污染物驗(yàn)證的重點(diǎn)等方面進(jìn)行了簡要的說明。

2.1 引氣污染物的種類及最高容許濃度

JSSG-2007第A.3.1.1.7.1節(jié)中說明：“航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)提供的引氣通常為座艙空調(diào)所使用，因

此供應(yīng)的引氣必須有低于限定值的污染物濃度以確保不會(huì)對(duì)機(jī)組人員的健康造成危害，或者影響到機(jī)組人員執(zhí)行任務(wù)的能力。”從這段說明可以看出，開展引氣污染物測量與驗(yàn)證的目的主要是考慮其對(duì)人的影響。在JSSG-2007第A.3.1.1.7.1節(jié)中列出了一氧化碳、二氧化碳、乙醇、丙烯醛、臭氧等12種主要的引氣污染物，并對(duì)每種引氣污染物的最高容許濃度做出了規(guī)定（見表1）。此外還規(guī)定：“引氣中由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的有害污染物總量不能超過5mg/m3。”

JSSG-2007第A.3.1.1.7.1節(jié)還規(guī)定：“對(duì)于進(jìn)入引氣中的其它污染物，發(fā)動(dòng)機(jī)制造商應(yīng)當(dāng)在使用維護(hù)過程中報(bào)告其濃度（體積濃度ppm）并確定其最高容許濃度。”另外JSSG-2007第A.3.1.1.7.1節(jié)還指出：“表中所列出的引氣污染物的最高容許濃度是由美國政府工業(yè)衛(wèi)生聯(lián)合會(huì)（ACGIH）確定的，這個(gè)最高容許濃度對(duì)于在這種環(huán)境中持續(xù)工作達(dá)8小時(shí)的人來說是安全的。”

圖1 JSSG系列指南

2.2 引氣污染物的來源

對(duì)于引氣污染物的來源，JSSG-2007第A.3.1.1.7.1節(jié)中說明：“引氣污染的主要來源是發(fā)動(dòng)機(jī)滑油和它的分解產(chǎn)物組成，引氣污染在高壓比的發(fā)動(dòng)機(jī)上尤其顯著，這是因?yàn)榭諝鉁囟仍?70℃至425℃時(shí)足夠造成滑油的分解。”此外還特別說明：“在發(fā)動(dòng)機(jī)正常維護(hù)時(shí)按規(guī)范使用的清洗液，也需要考慮對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)引氣污染的影響。”滑油高溫分解產(chǎn)物通過引氣管路進(jìn)入空調(diào)系統(tǒng)是造成引氣污染的主要原因。水洗發(fā)動(dòng)機(jī)用清洗液是清洗劑和水的混合物，水洗后會(huì)有殘留，在頭幾次開車時(shí)會(huì)造成引氣污染，但這種污染會(huì)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的使用逐漸減弱。除了這兩種來源外，在飛機(jī)的日常使用中，尾風(fēng)過大時(shí)將排氣吹到前面再由發(fā)動(dòng)機(jī)吸入引氣系統(tǒng)也可能造成一氧化碳和二氧化碳等短時(shí)超標(biāo)，但這種情況對(duì)引氣污染程度較為輕微且影響時(shí)間短暫，正常情況下一般不予考慮。

2.3 引氣污染物的危害及評(píng)估

對(duì)于引氣污染物對(duì)機(jī)組人員造成的危害，JSSG-2007第A.3.1.1.7.1節(jié)進(jìn)行了簡單說明：“當(dāng)滑油分解產(chǎn)物（有機(jī)羥基和有機(jī)過氧化氫化合物）濃度達(dá)到了0.5ppm～1.0ppm時(shí)，在這種引氣環(huán)境中呼吸的人會(huì)受到嚴(yán)重的刺激、惡心和嘔吐。”對(duì)于表1中所列出的12種引氣污染物，JSSG-2007只是給出了不能超過的最高容許濃度，并沒有給出不同濃度條件下對(duì)機(jī)組人員的健康和執(zhí)行力的影響程度。

2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)

JSSG-2007第A.4.1.1.7.1節(jié)中規(guī)定：“引氣污染水平應(yīng)當(dāng)在發(fā)動(dòng)機(jī)冷轉(zhuǎn)、最大連續(xù)狀態(tài)和最大功率設(shè)置等工作狀態(tài)下進(jìn)行驗(yàn)證。”

2.5 測量位置

JSSG-2007第A.4.1.1.7.1節(jié)中規(guī)定：“引氣樣本應(yīng)從引氣的進(jìn)口處和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口處進(jìn)行采集。”測量的位置如何選取、測量點(diǎn)數(shù)量如何布置，這些都需要相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行支撐。在查找到的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，GB/T 18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于室內(nèi)污染物的測量中規(guī)定：“檢測點(diǎn)的數(shù)量可以根據(jù)室內(nèi)面積大小和現(xiàn)場情況確定，以期能正確反映室內(nèi)空氣污染物的水平，原則上小于50m2應(yīng)設(shè)1個(gè)～3個(gè)點(diǎn)，50m2～100m2設(shè)3個(gè)～5個(gè)點(diǎn)，100m2以上至少設(shè)5個(gè)點(diǎn)。”因此在進(jìn)行引氣污染物的測量時(shí)，機(jī)上測量點(diǎn)的布置和數(shù)量是否也可以參考國標(biāo)制定相關(guān)的要求。

2.6 采樣間隔及檢測機(jī)構(gòu)

JSSG-2007第A.4.1.1.7.1節(jié)中規(guī)定：“在試驗(yàn)持續(xù)過程中定時(shí)采集。”采樣間隔如何確定沒有進(jìn)行明確的規(guī)定。

JSSG-2007第A.4.1.1.7.1節(jié)中規(guī)定：“采集的引氣樣本需提交給具備資質(zhì)的化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測。”關(guān)于實(shí)驗(yàn)室的資質(zhì)如何確定，應(yīng)該給出資格認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)。此外，依據(jù)現(xiàn)有的成熟檢測設(shè)備并參照民機(jī)在氣體測量方面的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于引氣污染物的測量，采用在線檢測的方法應(yīng)該更為高效。

2.7 引氣污染物驗(yàn)證的難點(diǎn)

1）JSSG-2007第A.3.1.1.7.1節(jié)中規(guī)定：“當(dāng)超過兩種或兩種以上由發(fā)動(dòng)機(jī)引氣產(chǎn)生的污染物出現(xiàn)疊加效應(yīng)時(shí)應(yīng)當(dāng)確定并報(bào)告。在缺乏相關(guān)信息的情況下，不同污染物之間的疊加效應(yīng)應(yīng)當(dāng)附加考慮。”如何確定并評(píng)估兩種或兩種以上引氣污染物的疊加效應(yīng)并進(jìn)行測量是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，需進(jìn)行深入分析研究。

而對(duì)于疊加效應(yīng)的評(píng)估方法，GJB 59.89-2011《裝甲車輛試驗(yàn)規(guī)程第89部分：車內(nèi)有害氣體測定》相關(guān)方法可以借鑒：“當(dāng)兩種或兩種以上有害氣體共同作用同一器官、系統(tǒng)或具有相同的毒性作用并已知這些有害氣體可產(chǎn)生疊加作用時(shí)，則應(yīng)按公式（1）計(jì)算，進(jìn)行評(píng)估。”

式中：

K—各種有害氣體所測得的濃度與其時(shí)間加權(quán)平均容許濃度比值之和；

L1，L2，…Ln—各種有害氣體所測得的平均濃度；

E1，E2，…En—各種有害氣體相應(yīng)的時(shí)間加權(quán)平均容許濃度。

當(dāng)K≤1時(shí)，表示未超過時(shí)間加權(quán)平均容許濃度，符合衛(wèi)生學(xué)要求；反之，當(dāng)K＞1時(shí)，表示超過時(shí)間加權(quán)平均容許濃度，不符合衛(wèi)生學(xué)要求。

2）JSSG-2007第A.3.1.1.7.1節(jié)中規(guī)定：“在水洗發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)按規(guī)范使用的清洗液，也要考慮其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)引氣污染的影響。”水洗發(fā)動(dòng)機(jī)后清洗液以何種污染物形式混入引氣，清洗液污染物的影響程度如何確定，并且目前也尚未查找到民機(jī)開展此項(xiàng)工作的相關(guān)信息，因此這也是開展引氣污染驗(yàn)證需要研究的重點(diǎn)。

3）JSSG-2007第A.4.1.1.7.1節(jié)中規(guī)定：“必須考慮采取最適宜的方法評(píng)估在高空時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的引氣污染水平。”在現(xiàn)有的國軍標(biāo)中，沒有相關(guān)評(píng)價(jià)體系/指標(biāo)對(duì)飛機(jī)引氣污染水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。但在其他裝備所發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)中（如GJB 4400-2002《飛船乘員艙有害氣體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)方法》），有對(duì)空氣污染水平進(jìn)行評(píng)價(jià)的定量指標(biāo)和定性描述。因此如何建立一種有效的評(píng)估體系/指標(biāo)對(duì)飛機(jī)引氣污染水平進(jìn)行定性/定量評(píng)價(jià)需進(jìn)行深入分析與研究。

3 GJB 241A-2010驗(yàn)證要求及民機(jī)驗(yàn)證現(xiàn)狀

3.1 GJB 241A-2010引氣污染物驗(yàn)證要求

在軍機(jī)設(shè)計(jì)定型/鑒定試飛中，目前尚未開展過引氣污染物濃度的測量。但在某型飛機(jī)設(shè)計(jì)定型試飛階段曾發(fā)生過引氣污染導(dǎo)致飛行計(jì)劃取消的先例。因此，在軍機(jī)適航試飛時(shí)對(duì)引氣污染物進(jìn)行測量與評(píng)定很有必要。

在目前已發(fā)布的國軍標(biāo)中，僅GJB 241A-2010《航空渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)通用規(guī)范》第3.1.3.13.4節(jié)對(duì)引氣污染提出了要求，其說明如下：“飛機(jī)用引氣中所含發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的污染物，其最高容許濃度見表1。發(fā)動(dòng)機(jī)承研單位應(yīng)對(duì)引氣進(jìn)行分析，以證明污染物未超過規(guī)定的極限，若引氣中含有下列物質(zhì)以外的污染物，則承研單位應(yīng)寫出報(bào)告（說明物質(zhì)名稱和濃度）給使用部門以確定最大極限值，若發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的物質(zhì)為兩種或兩種以上，應(yīng)確定和報(bào)告它們的綜合效果。在未作說明的情況下，不同物質(zhì)的混合作用應(yīng)認(rèn)為是疊加的。如果在正常發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)中規(guī)定使用清洗液，則應(yīng)考慮給出它們對(duì)引氣污染的影響。”

對(duì)表1中兩標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：GJB 241A-2010中規(guī)定的臭氧最高容許濃度為0.1ppm；而JSSG-2007中規(guī)定的臭氧最高容許濃度則較為嚴(yán)苛，為0.05ppm。除此之外，GJB 241A-2010中所規(guī)定的污染物種類及最高容許濃度與JSSG-2007完全一致。GJB 241A-2010對(duì)于引氣污染物的要求也基本參照J(rèn)SSG-2007第A.3.1.1.7.1節(jié)中的要求，但對(duì)于如何開展引氣污染物的測量與評(píng)定進(jìn)行說明。

3.2 民機(jī)試飛驗(yàn)證現(xiàn)狀

雖然軍機(jī)尚未開展過引氣污染物的測量與評(píng)定，但試飛院在民機(jī)氣體測量上已經(jīng)開展了相關(guān)的飛行試驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)CCAR 25.831(b)條的要求：“一氧化碳在空氣中濃度超過1/20000即認(rèn)為是危險(xiǎn)的；二氧化碳濃度不得超過0.5%。”ARJ21-700飛機(jī)在型號(hào)合格審定試飛過程中，開展了艙內(nèi)一氧化碳、二氧化碳濃度測量飛行試驗(yàn)。在試飛過程中，分別在APU引氣、發(fā)動(dòng)機(jī)引氣（發(fā)動(dòng)機(jī)最大連續(xù)狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)按需）以及模擬空調(diào)系統(tǒng)故障的情況下進(jìn)行了測量，全機(jī)共布置了4個(gè)測量點(diǎn)，駕駛艙布置1個(gè)，客艙布置3個(gè)（沿中心軸線均勻分布），采樣點(diǎn)高度約為1.4m（基本處在人在艙內(nèi)正常坐姿時(shí)呼吸帶的高度），在飛行過程中爬升、巡航、下降等階段按照一定的采樣間隔分別進(jìn)行了測量。經(jīng)過試飛驗(yàn)證表明：ARJ21-700飛機(jī)一氧化碳、二氧化碳濃度滿足CCAR 25部要求。

同JSSG-2007引氣污染要求相比，CCAR 25部僅僅對(duì)一氧化碳、二氧化碳和臭氧等3種氣體提出了驗(yàn)證要求，給出了最高容許濃度，其中臭氧的最高容許濃度要求都不如JSSG-2007規(guī)定的最高容許濃度嚴(yán)苛（最高容許濃度為0.05ppm），而一氧化碳和二氧化碳換算成體積濃度后分別為50ppm 和5000ppm，與JSSG-2007規(guī)定的最高容許濃度一致。對(duì)于其它引氣污染物，CCAR 25部沒有相關(guān)條款要求進(jìn)行測量與評(píng)價(jià)。

4 結(jié)束語

隨著部隊(duì)對(duì)軍機(jī)安全性和作戰(zhàn)效能的要求越來越高，開展軍機(jī)適航試飛驗(yàn)證是軍機(jī)型號(hào)設(shè)計(jì)定型試飛的必然選擇，但目前我國還沒有形成完善的軍機(jī)適航管理體系和技術(shù)體系，在開展軍機(jī)適航驗(yàn)證工作時(shí)缺乏必要的標(biāo)準(zhǔn)支撐和技術(shù)指導(dǎo)。在引氣污染驗(yàn)證要求方面，雖然發(fā)布了GJB 241A-2010《航空渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)通用規(guī)范》，但該標(biāo)準(zhǔn)并沒有對(duì)如何開展驗(yàn)證提出具體的要求。而在目前所發(fā)布的國軍標(biāo)中，陸海及航天裝備都有相對(duì)系統(tǒng)完善的方法對(duì)空氣污染物進(jìn)行測量與評(píng)估，因此，開展軍機(jī)引氣污染測量與評(píng)估工作很有必要且勢在必行。對(duì)此可以充分借鑒JSSG-2007軍機(jī)引氣污染驗(yàn)證的相關(guān)要求，并參考相關(guān)國標(biāo)、國軍標(biāo)中氣體測量和評(píng)估方法以及民機(jī)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)開展前期研究，為在試飛階段進(jìn)行引氣污染測量與評(píng)估提供有益的參考。

[參考文獻(xiàn)]

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（編輯：雨晴）

[中圖分類號(hào)]T-65

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]C

[文章編號(hào)]1003-6660（2016）03-0048-04

[DOI編碼]10.13237/j.cnki.asq.2016.03.014

[基金項(xiàng)目]中航工業(yè)集團(tuán)技術(shù)創(chuàng)新基金