運輸類旋翼航空器潤滑系統失效試驗適航條款研究

陳兆晨 尹星研

（中國航發湖南動力機械研究所，湖南 株洲 412002）

運輸類旋翼航空器潤滑系統失效試驗適航條款研究

陳兆晨 尹星研

（中國航發湖南動力機械研究所，湖南 株洲 412002）

對運輸類旋翼航空器傳動潤滑系統失效試驗適航條款進行追蹤分析，研究該條款的衍變歷程和最新發展動態，詮釋該條款的技術內涵，明確了條款的適用范圍及可能的失效模式，列舉出適航條款符合性驗證方法。

旋翼航空器； 減速器； 潤滑系統失效； 適航條款分析

直升機傳動系統是直升機的3大關鍵部件之一，潤滑系統是直升機傳動系統的重要組成部分。直升機旋翼傳動系統潤滑系統發生失效的概率雖然較小，但一旦潤滑系統失效，對減速器是最嚴酷的考驗。當潤滑系統失效，潤滑與冷卻條件惡化，主要轉動零件的工作溫度急劇升高，減速器便迅速進入干運轉狀態，可能使減速器在短時間內破壞，完全失去功率傳遞的功能，造成災難性事故。為保證直升機安全，旋翼航空器適航規章要求當旋翼傳動系統潤滑系統失效后，仍能在規定條件下工作一定時間（30min或15min）。因此，旋翼傳動系統潤滑系統失效適航要求及符合性驗證方法方面的研究倍受關注。

本文主要對運輸類旋翼航空器適用的潤滑系統失效試驗條款進行追蹤解析，并對適航當局就該問題的適航條款修訂工作進行分析，解讀條款的技術內涵，分析符合性驗證方法，并結合具體民機型號的工程應用進行簡要分析。從加強適航要求和標準發展角度為民用旋翼航空器傳動系統設計提出建議。

1 適航條款衍變歷程、內容及最新發展動態

1.1 相關適航條款衍變歷程

美國聯邦航空局（FAA）于1964 年11月24日頒布的首版FAR29《運輸類旋翼航空器適航標準》。其后對FAR29中與潤滑系統失效相關的條款29.927有3次修訂，修訂情況見表1。

表1 FAR29.927修訂歷程

從2002年7月至今，FAA又發布了FAR29的第29-25至29-55共18個修正案，并未涉及29.927內容的修訂。

歐洲航空安全局（EASA）于2003年基于歐洲聯合航空局（JAA）2002年發布的JAR-29 “Large Rotorcraft”第三修正案發布了CS-29《大型旋翼航空器審定規范》的首版。為實現與FAR29適應性，在規章中刪除了與FAR29不同的條款要求，并且在CS-29可接受的符合性方法部分提出參考FAA的咨詢通告（AC）。其后，EASA發布CS-29的2個修正案也未對潤滑系統失效試驗要求進行修改。目前CS29.927與FAR29.927對滑油系統失效的要求一致。

中國民航總局（CAAC）所頒布的航空器適航規章體系主要是以FAA適航規章體系為藍本加以翻譯后頒布實施，并對FAA適航規章的變化進行跟進。CAAC于1988年4月21日首次發布實施CCAR-29《運輸類旋翼航空器適航標準》，對應FAA FAR29的29-24號修正案。CAAC于2002年7月2日對規章進行了第一次修訂，新修訂的CCAR-29-R1《運輸類旋翼航空器適航規定》相當于FAR29第29-47修正案。目前CCAR29.927與FAR29.927對滑油系統失效的要求一致。CCAR29.927具體修訂情況見表2。

表2 CCAR29.927修訂歷程

基于以上分析可知，中、美、歐三方適航當局所發布的運輸類旋翼航空器適航規定對傳動潤滑系統失效試驗的要求是一致的。

1.2 適航條款內容

目前，FAA、EASA和CAAC對旋翼傳動系統的潤滑系統失效試驗制定的適航條款為FAR/CS/CCAR 29.927“附加試驗”的（c）款“潤滑系統失效試驗”，內容為：“對旋翼傳動系統正常工作所需的潤滑系統，必須滿足下列要求：（1）A類 除非這種失效的可能性極小，否則，必須用試驗表明在飛行機組覺察到潤滑系統失效或潤滑劑損失后的至少30min內，在申請人所規定的繼續飛行用的扭矩和轉速下，在任何正常使用的潤滑系統內造成滑油損失的任何損壞不會阻止繼續安全飛行，雖然不一定不造成損傷。（2）B類 適用與A類相同的要求，但旋翼傳動系統在自轉情況下只需要工作至少15min。”

1.3 最新發展動態

隨著直升機的廣泛應用，各種航空事故及事故征候不斷出現，基于安全的考慮，這些事故及事故征候必然會影響適航規章的發展。

2009年3月12日，加拿大Cougar直升機公司的S-92A“Jeanne D’Arc Breeze”直升機在執行去Hibernia海上采油平臺的飛行任務中主減失去滑油，低壓報警，遂向St. John's基地返航。10min后，在距基地35海里處迫降時因速度過大墜入大西洋中。S-92直升機事故相關圖片如圖1所示。

該類事故進一步引起了各適航當局對旋翼傳動潤滑系統失效的關注。通過對FAA和EASA對該問題所發布文件分析可知，FAA和EASA認為目前FAR/CS 29.927（c）存在以下不足：

● 由于潛在的不可預見性和旋翼系統的復雜性，“可能性極小”這一描述是不夠準確的。難以確認可能性是否是“極小”的；

● 飛行員在感知直升機傳動系統潤滑系統失效的時間上也存在不確定性，因此CS 29.927（c）的試驗要求的“飛行機組覺察到潤滑系統失效或潤滑劑損失后的至少30min內”本身就是不正確的；

● 潤滑系統是旋翼傳動系統的一個組成部分，是實現旋翼傳動系統持續安全工作的重要部件之一。然而，目前潤滑系統在CS29.917（b）規定的旋翼傳動系統設計評估之外，這也從側面造成了直升機潤滑系統的失效。

為保證安全并正確傳達適航要求的技術內涵及審定意圖，在條款修訂之前，FAA于2012年7月6日對AC 29.927（c）進行了更改。EASA也基于FAA對AC29.927（c）的更改相應地于2013年11月11日發布審定備忘錄CM-RTS-001 Issue: 01。

EA SA于2 0 1 4年5月通過規章制訂計劃RMT.0608宣布將開啟直升機減速器潤滑系統的規章（CS29.927（c））修訂工作，參加修訂任務的相關方包括加拿大民航局（TCCA）、美國聯邦航空局（FAA）、歐洲航空安全局（EASA）以及阿古斯塔·維斯蘭特、空客、西科斯基、貝爾、C-NLOPB 等直升機公司的技術專家。該項任務計劃修訂CS-29，特別是29.917（b）、29.927（c）條款和相關的指導材料。屆時，主要運輸類旋翼航空器制造商及EASA以外的國外適航當局也將接受該條款的修訂。

EA SA制定的解決方案包括修訂加拿大AWM29.927（c）和EASA CS29.927（c）試驗要求部分、針對AC29.927編制指南材料（GM）以及修訂AC29.917（將潤滑系統歸入旋翼傳動系統之中進行設計評估）等幾個方面。

為了解決現行要求存在的問題，EASA將通過修訂以上條款及其可接受的符合性方法（AMC）和指導材料（GM），進一步明確條款的意圖，修改試驗要求，以滿足預期的安全要求。這將有助于降低潤滑系統失效概率，降低任何可能出現的潤滑失效的后果。EASA還將要求在編制旋翼航空器飛行手冊的潤滑系統失效應急程序時應考慮到潤滑試驗的試驗結果，來提升直升機的干運轉能力，這將增加飛行機組安全降落的機會。

2 條款解析

FAA發布了咨詢通告AC29-2C《運輸類旋翼航空器適航規定咨詢通告》，用以指導適航審定人員和申請人更好地理解條款內容，并準確地表明其符合性。對潤滑系統失效適航條款的理解，可充分參考AC29-2C及其更改文件中所包含的說明和程序建議。

2.1 適用性

29.927 （c）潤滑系統失效試驗條款適用于壓力潤滑系統，而尚未應用于飛濺潤滑的減速器，因為從歷史上看它們的設計與壓力潤滑系統相比，并不關鍵或復雜。對于使用壓力潤滑和外部冷卻的傳動系統失去潤滑的可能性明顯更大一些。這是由于壓力潤滑系統和循環減速器外部滑油的附件日益增加的復雜性導致的。壓力潤滑系統常用于旋翼航空器主減速器，但也可用于輔助傳動或減速器。

2.2 失效模式

2.2.1 潤滑失效的原因

潤滑失效可能來自內部和外部故障原因。故障包括但不限于滑油管路、連接緊固件、密封堵頭、密封墊圈、閥、泵、滑油濾、滑油冷卻裝置、附件安裝墊等的故障。如果傳動外部件（如主減機匣）已經按照29.307、29.923（m）和29.571等適航條款進行結構性驗證，傳動外部件裂紋所導致的泄露不需要作為滑油損失源考慮。

2.2.2 潤滑失效的后果

潤滑系統有兩個主要功能。首先是向接觸或摩擦副表面提供潤滑油，從而降低摩擦損失。二是散發齒輪嚙合和軸承摩擦所產生的熱能，從而保持結構表面和材料的溫度。因此，潤滑損失導致部件間摩擦加劇，并使部件表面溫度升高。隨著部件表面溫度升高，元件表面硬度可降低，進一步導致構件不能承載或傳遞荷載。傳動部件的熱膨脹會最終導致承受高載荷和轉速的軸承、軸頸、齒輪、軸和離合器等傳動件的機械失效。

2.3 對潤滑系統失效問題的處理方法

2.3.1 保證潤滑系統不失效或失效的可能性極小

在現有規章下，如果故障導致潤滑系統失效的可能性極小，則通過試驗驗證A類旋翼航空器具有至少30min的干運轉能力并非是必須的。但FAA和EASA認為由于潛在的不可預見性和旋翼系統的復雜性，甚至需要考慮可能由于傳動維護和使用不當導致的潤滑失效，“可能性極小”這一描述是不夠準確的。即難以確認可能性是否是“極小”的。

AC29-2C Change4明確指出輔助潤滑系統也應該進行設計、構造和功能性試驗方面的驗證工作，表明它可以完成其預期的功能，并符合§29.1309可能只適用于正常和輔助潤滑系統的任何電子軟件設計方面。但在AC29-2C （2003年2月12日以后的版本）的AC29.1309部分中有明確提出“29.1309不適用于旋翼傳動系統（參見29.917（b））”。

EASA 也認為潤滑系統是旋翼傳動系統的一個組成部分，是實現旋翼傳動系統持續安全工作的重要部件之一。然而，目前潤滑系統在CS29.917（b）規定的旋翼傳動系統設計評估之外，這也從側面造成了直升機潤滑系統的失效。EASA規章修訂文件 RMT.0608中也包含了對29.917（b）條款和相關的指導材料的修訂，計劃將潤滑系統歸入旋翼傳動系統之中進行設計評估。

因此，筆者認為通過對包含潤滑系統的傳動系統進行設計評估，特別是對設計有應急或輔助潤滑系統的旋翼傳動系統進行設計評估，以確定整個潤滑系統失效的可能性極小，也是可以接受的符合性驗證方法，但該驗證方法要得到適航當局的認可方為有效。

2.3.2 滑油系統失效試驗

AC29.927 中指出29.927（c）款規定的試驗，是為了演示不考慮輔助潤滑系統和自潤滑軸承的前提下，旋翼傳動系統使用的潤滑系統萬一出現較大故障時，旋翼傳動系統將不會出現削弱機組人員完成應急著陸和著陸能力的故障或失效。A類旋翼航空器應具有故障后重要的連續飛行能力，以便選擇最后的最佳著陸時機，不要求在滑油系統故障后進行無限期飛行。29.927（c）的潤滑系統故障試驗結束時不要求試驗件處于可使用（恢復到使用）狀態。典型試驗的試驗細節參見表4與圖2。

值得注意的是，FAA和EASA 都認為飛行員在感知直升機傳動系統潤滑系統失效的時間上存在不確定性，因此29.927（c）的試驗要求的“飛行機組覺察到潤滑系統失效或潤滑劑損失后的至少30min內”本身就是存在質疑的。由于潤滑系統失效在飛行任務中的具有不確定性，那么在應急程序中包括一個時間間隔或許是可以接受的。應急程序中的時間間隔與經臺架試驗驗證的延長時間相比應充分的短，這一點應該進行驗證。因此，延長臺架測試超過30min，雖然不是必須的，但卻是非常可取的做法。這將進一步提高旋翼航空器在惡劣環境的偏遠地域運行過程中到達一個合適的著陸條件位置能力，從而提高乘員安全性。

舉例來說，如果通過臺架試驗驗證主減速器達到45min的干運轉性能，超出適航條款要求的15min應該大于失效報警的反應時間，并對此進行相應驗證，在一定程度上能夠滿足適航條款內涵要求，最終保證潤滑系統失效條件的飛行安全。

表4 A、B類旋翼航空器潤滑系統失效試驗細節對比

3 符合性驗證方法

基于上文條款解析內容可知，建議本條采用以下的符合性驗證方法：

● 結合29.927條款，對包含壓力潤滑系統的旋翼傳動系統進行設計評估，評估的方法主要是故障樹分析（FTA）和故障模式及影響分析（FMECA），從而確定壓力潤滑系統的失效概率和影響；

● 對壓力潤滑系統開展潤滑系統失效試驗，即干運轉試驗，干運轉試驗時間應大于30min，超過30min的時間應被證明大于從系統失效到報警時間的反應時間。

4 總結

目前，CAAC所發布的CCAR-29.927（c）的內容與FAA和EASA的要求一致。2015年3月25日CAAC所發布的“十三五”適航審定專項規劃（草案）中明確要求“做好旋翼航空器適航標準的持續跟蹤研究和修訂工作。追蹤美歐旋翼航空器適航標準的修訂發展，適時修訂我國旋翼航空器適航標準。全面梳理旋翼航空器適航標準相關的咨詢通告等技術指導材料，建立制定我國自主技術指導材料和吸納國際技術指導材料的機制，形成完整的旋翼航空器適航標準的符合性驗證方法的指導材料”。CAAC必然會密切關注EASA和FAA對該條款的修訂情況，跟進技術先進國家的規章修訂情況。作為工業方，更需要關注國外適航標準的修訂情況，盡早將之納入到型號研制要求中考慮，才能掌握主動，做到主動適航，最終贏得市場。■

T-65

C

1003-6660（2017）03-0036-05

10.13237/j.cnki.asq.2017.03.009

[收修訂稿日期] 2017-02-22

（編輯：雨晴）