淺談民用飛機燃油箱點火源防護適航條款

李大海

【摘 要】針對適航規章中對于燃油箱點火源相關的適航要求，本文梳理了燃油箱點火源的25.981（a）適航條款進行了解析，列出了設計中應考慮的要素；梳理了針對25.981（a）條款的適航符合性驗證思路及符合性方法，提出了審查方可能的關注點，可為燃油箱點火源的適航符合性驗證提供一定的參考。

【關鍵詞】燃油箱；點火源；點燃防護；適航

0 引言

多年來，燃油箱爆炸對航空安全構成嚴重威脅。自1960年以來，全球已有18架飛機由于燃油箱爆炸而由于燃油箱爆炸而損壞或損毀，共造成542人遇難。經過調查研究發現，多數情況下燃油箱爆炸由燃油箱空余空間可燃蒸氣性被點火源點燃引起。美國聯邦航空局（FAA）對此高度重視，提出了同時消除燃油箱點火源的措施和采用降低燃油箱可燃性的措施，并對此頒發了多個修正案在14 CFR PART25（FAR 25）中增加、修訂了25.981燃油箱點燃防護條款，以保障燃油箱的安全性。歐洲航空安全局也持續跟進，對其審定規范（CS 25）對應的CS 25.981燃油箱點燃防護條款進行了多次修訂，但與FAR 25.981條款在降低可燃性的要求上存在一定的差異。

在國外適航當局不斷完善燃油箱點燃防護條款的同時，中國民用航空局（CAAC）也十分重視燃油箱可燃性的問題，在CCAR-25的修訂中也增加了燃油箱點燃防護的相關要求。

1 適航規章的演變及解析

1.1 適航規章歷史

1967年5月5日，FAA通過頒布Amdt.25-11修正案在運輸類飛機適航標準FAR25部中引入25.981：燃油箱溫度。

2001年4月18日FAA頒發修正案Amdt.25-102：運輸類飛機燃油箱系統設計評審：降低易燃性，以及對維修和檢查的要求（2001年6月6日生效），修改25.981條款，要求演示驗證在失效狀態下，燃油箱內不會出現點火源、列出至關安全性的所有維修工作并采取措施，以盡量減少燃油箱內產生可燃油汽發生燃燒時引起災難性損傷。

2008年7月21日，為了進一步提高飛機燃油箱系統的安全性，在修正案Amdt.25-102的基礎上，FAA頒發修正案Amdt.25-125：降低運輸類飛機燃油箱易燃性，再次對25.981條款進行修改，為運輸類飛機上燃油箱防爆制定一項新標準，為運輸類飛機的持續適航提供安全性標準。

FAR 25.981條款修訂情況可概括如表1：

CS 25 和FAR 25 之間關于25.981條款存在較大差異，主要體現在降低可燃性的要求上。

目前，CCAR 25 R4版與FAR 25 截至Amdt.25-125對于25.981款的要求一致。

1.2 燃油箱點火源的適航規章要求

CCAR25.981 燃油箱點燃防護

（a）在可能由于燃油或其蒸氣的點燃導致災難性失效發生的燃油箱或燃油箱系統內的任一點不得有點火源存在。必須通過以下表明：

（1）確定燃油箱或燃油箱系統的最高溫度低于預期燃油箱內燃油的最低自燃溫度，并留有安全裕度。

（2）證實其內的燃油可能被點燃的每個油箱內，任何一處的溫度不會超過本條（a）（1）確定的溫度。如果某些部件的工作、失效或故障可能提高油箱內部的溫度，則必須在每一部件所有可能的工作、失效和故障條件下驗證本條。

（3）證實點火源不會由每個單點失效、每個單點失效與每個沒有表明為極小可能的潛在失效條件的組合或者所有沒有表明為極不可能的失效組合引起。必須考慮制造偏差、老化、磨損、腐蝕以及可能的損傷的影響。

1.3 相關解釋

最低自燃度：在不存在外部點火源的情況下，可燃蒸氣與空氣按照一定的比例混合后自動就能點燃的最小溫度。

概率極小：發生概率小或等于10-7且大于10-9的事件，此類

件大大降低飛機功能或安全裕度，可能使少數旅客或座艙機組人員遭受重傷或致命傷害，并可能造成飛行機組身體痛苦，過度工作負荷降低執行任務能力。

極不可能：發生概率小或等于10-9的事件，此類事件可能造成機毀人亡的災難性后果。

最大表面允許溫度：燃油箱（油箱壁板，擋板或任何部件）內的表面溫度必須在所有正常或失效條件下提供一個安全裕度，至少低于經批準的燃油的預期自燃溫度50°F（27.8°C）。

由于眾多的因素（環境溫度，停留時間、燃油類型等），燃油的自燃溫度是變化的。對于煤油，如Jet A，被FAA接受而不需要進一步證明的值為在靜止海平面條件下是450°F（232.2°C）。這就導致受影響的部件表面的最大允許表面溫度為400°F（204.4°C）。

2 燃油箱可能的點火源及設計考慮

2.1 燃油箱可能出現的點火源

FAA發布的咨詢通告AC25.981-1C認為可能引起燃油箱內燃油蒸汽點燃的基本的現象主要有五種，第一是電弧和電火花，第二是燃油箱內旋轉設備機械接觸而產生的摩擦火花，第三是熱表面的點燃或自燃，第四是細絲加熱電流，第五是靜電。可能出現的點火源分布如表2 所示：

AC25.981-1C中列出了通過服務經驗確定的導致燃油箱系統安全性特征降低的設計特征、故障、失效、維修或操作相關的動作的摘要。AC25.981-1C（AMC25.981（a）也有類似表述）中列出了包括：燃油泵體；燃油泵導線；燃油泵插頭；燃油質量指示系統（FQIS）導線；燃油質量指示系統探頭；閥門作動器；浮控開關系統；燃油管、通風管、導管、液壓管線；發電機供電電纜；電搭接；氣動系統失效；靜電積累的共計12類設計特征，上述12類特征對應著51小項的具體的不足或異常。

2.2 燃油箱點火源的設計考慮

燃油箱點火源最小化的可接受的設計準則是使飛機燃油箱內可能因失效導致點火源的部件和系統的數量最小化，包括：

1）進入燃油箱的線纜的數量應盡量減少；

2）燃油箱外布線可考慮安裝失效安全支架；

3）對于燃油泵線纜應布置得使泵的供電線路應該位于燃油箱的外面，且電源供應的失效不會在燃油箱中產生熱點或向燃油箱中產生電弧；

4）燃油泵入口的位置應使得燃油泵在飛行包線內的任意時間運行時，都會被燃油覆蓋，或采用其他方法防止火焰從燃油泵進入燃油箱，如在燃油箱進口安裝火焰抑制器；

5）對于燃油箱中或燃油箱附近的線纜和電路：需考慮將其與飛機上其他的線纜和電路進行有效隔離和屏蔽，并阻止不可預期的電流進入油箱，同時可采用電弧/接地故障保護；

6）考慮使用高能線纜；

7）線路的絕緣層、非金屬導管的使用；

8）限制在燃油箱內使用銀、使用鋼絲刷等；

9）對于線路的特定要求和進一步的指導還可以參考EWIS相關規章及相關的咨詢通告中電線安裝和設計的要求。

3 燃油箱點火源要求的符合性驗證

3.1 燃油箱點火源要求的符合性驗證思路

在驗證所設計的運輸類飛機符合相應的適航規章要求時，申請方需要和審查方針對已確定的運輸類飛機的審定基礎詳細討論，確認各適用條款的符合性驗證方法，通過完成所確定的符合性方法對應的驗證工作，來表明設計的飛機滿足適航規章的要求。

為了表明對于燃油箱點火源相關適航條款要求的符合性，根據中國民航局頒發的AP-21-03《航空器型號合格審定程序》中規定的適航符合性驗證方法分類，對于25.981（a），建議采用的符合性方法為MC1（說明性文件）、MC2（分析/計算）、MC3（安全評估）MC4（試驗室試驗）、MC7（航空器檢查）、MC9（設備合格性）。

對于25.981（a）（1）款：

MC1：通過系統描述文件等說明燃油箱和燃油箱系統內可能出現的最高溫度在各種情況下燃油箱或燃油箱系統的最高溫度不超過要求的最大溫度（通常為400℉），滿足溫度限制要求。

對于25.981（a）（2）款：

MC1：通過系統描述文件等說明燃油系統在工作和故障狀態下溫度不會超過要求的最大溫度。

MC2：當燃油箱周圍部件在正常工作、失效、故障等狀態導致的溫度升高超過本條（a）（1）要求的最大溫度的情況下，分析/計算部件可達到的最大溫度對燃油箱壁面的加熱影響，驗證不會導致燃油箱存在熱表面點火源。

MC3：分析各種可能導致燃油箱溫度高于本條（a）（1）規定的最大溫度的故障及故障組合的失效概率，確保其滿足安全性目標。

MC9：部件鑒定試驗表明設備故障狀態下溫度不會超過（a）（1）要求的最大溫度。

對于25.981（a）（3）款：

MC1：通過系統描述文件等說明燃油系統防護的設計特征，如電搭接形式、設備管路的安裝間隙等表明為極不可能的失效組合不會導致燃油系統產生點火源。

MC2：分析燃油系統在上述各種故障狀態及故障狀態組合不會導致點火源。

MC3：分析各種可能導致點火源的故障及故障組合的失效概率，確保其滿足安全性目標。

MC4：通過試驗室試驗驗證燃油箱內燃油系統的部件和典型安裝不會出現點火源。考慮因閃電產生的點火能量導致燃油箱點燃，并考慮各種可能導致點火源的故障及故障組合。

MC7：檢查所有與燃油箱點火源防護相關的設計特征及其安裝，確認與用于表明條款符合性的設計特征的一致性，且不存在不安全狀態。

MC9：對飛機燃油箱系統內及其周圍部件進行鑒定試驗，確認部件不會因工作、故障、失效等導致點火源。

3.2 審查方關注要點

審查方在審定時關注的要點如下：

25.981（a）（1）：確定燃油箱或燃油系統的最大表面允許溫度（最大溫度通常不超過400℉）；

25.981（a）（2）：任意部件在正常工作、失效或故障時均不會使燃油箱內的任意位置的溫度高于25.981（a）（1）規定的最大溫度；

25.981（a）（3）：

每個單點失效不會導致燃油箱內產生點火源；

每個單點失效加每個沒有表明為概率極小的潛在失效不得導致燃油箱內產生點火源；

所有沒有表明為極不可能的失效組合不得導致燃油箱內出現點火源；

制造偏差、老化、磨損、腐蝕和可能的損傷是否可能導致燃油箱內出現點火源。

4 結束語

隨著對燃油箱點火源的認識的不斷提高，適航規章中對于燃油箱點火源相關的適航要求越來越嚴格。本文首先介紹了燃油箱點火源的適航條款（25.981條款）的演變，并著重對25.981（a）款進行了解析，然后列出了25.981（a）條款在設計中應考慮的要素；最后梳理了針對25.981（a）條款的適航符合性驗證思路及符合性方法，并提出了審查方可能的關注點，可為燃油箱點火源的適航符合性驗證提供一定的參考。

【參考文獻】

[1]CCAR 25 R4 運輸類飛機適航標準.

[2]14 CFR PART25 Airworthiness Standards： Transport Category Airplanes.

[3]Amdt.25-102 Transport Airplane Fuel Tank System Design Review， Flammability Reduction，and Maintenance and Inspection Requirements.

[4]Amdt.25-125 Reduction of Fuel Tank Flammability in Transport Category Airplanes.

[5]25.981-1C Fuel Tank Ignition Source Prevention Guidelines.

[6]25.981-2A Fuel Tank Flammability Reduction Means.

[責任編輯：田吉捷]