空中駕駛艙排煙試飛方法研究

趙利利　周偉　曹煜國

摘? 要：空中排煙試飛是民用飛機空氣管理系統(tǒng)試飛的重要試飛科目之一。基于ARJ21-700飛機空中排煙試飛科目，對空中排煙試飛方法、試飛程序進行了研究。填補了國內(nèi)空中排煙試飛的空白，對我國民機空中排煙試飛的適航取證工作具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：空調(diào)系統(tǒng);駕駛艙;適航條款;試飛方法

中圖分類號：V217? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）07-0117-03

Abstract： Air smoke exhaust flight test is one of the important flight test subjects of civil aircraft air management system flight test. Based on the air smoke exhaust flight test subject of ARJ21-700 aircraft， the air smoke exhaust flight test method and flight test procedure are studied. It fills the blank of domestic air smoke exhaust test flight， and has a certain guiding significance for the airworthiness proof work of civil aircraft air smoke exhaust test flight in our country.

Keywords： air conditioning system; cockpit; airworthiness clause; flight test method

1 概述

隨著民用航空的不斷發(fā)展，民用客機的數(shù)量和規(guī)模也越來越大，涉及的機載設(shè)備的種類和數(shù)量也隨之不斷增加。由于電器設(shè)備的失效或短路，設(shè)備過熱或氣動管路泄露等都可能造成飛機起火或出現(xiàn)煙霧。近年來，飛機起火或出現(xiàn)煙霧的事故頻發(fā)，對民航班機的運營和乘客安全都構(gòu)成了嚴重的威脅。因此，飛機在設(shè)計過程中，需要對飛機上存在的可燃材料和潛在火源等進行考慮，并制定相應(yīng)的滅火或排煙程序，確保飛行過程中的安全和乘員的身體健康。

飛機駕駛艙是飛機最核心也是最關(guān)鍵的艙室之一。當遭遇空中險情時，飛行員的正確處置直接影響著整個飛行的安全。空中飛行時如果駕駛艙內(nèi)出現(xiàn)煙霧，會嚴重影響艙內(nèi)飛行員視界，影響飛行員對儀表等的操作，而且煙霧中所含的有害成分會對機組產(chǎn)生致命傷害，嚴重危及飛行安全。因此運輸類飛機必須要具備一定的排煙能力，確保駕駛艙等重要艙室在出現(xiàn)煙霧時能及時排出，保障艙室內(nèi)空氣質(zhì)量和人員生命安全。

ARJ21-700飛機空中駕駛艙排煙試飛是我國首次進行相關(guān)科目試飛。該科目的成功試飛，不僅填補了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的空白，也為國內(nèi)其他型號的適航取證工作起到了一定的指導(dǎo)和借鑒作用。

2 適航條款解讀

2.1 條款要求

《運輸類飛機適航標準》（CCAR25部）§25.831d的條款明確要求“如果在駕駛艙區(qū)域有合理可能積聚危險數(shù)量的煙，則必須能在完全增壓的情況下迅速排煙，而減壓不超出安全限度”。飛行中進行排煙試驗的目的是為了證實飛行機組應(yīng)急程序和通風系統(tǒng)能夠除去濃煙，并且表明使用應(yīng)急程序時，能以合理的速度排煙。

2.2 條款理解

咨詢通告AC25-9A中對飛機排煙試驗進行了具體的解釋和介紹。AC25-9A明確指出，駕駛艙排煙試飛是為了驗證駕駛艙內(nèi)或駕駛艙附近的煙霧能夠按照§25.831d的要求迅速排出。通過排煙試飛，驗證飛機AFM手冊中規(guī)定的應(yīng)急排煙程序能夠滿足飛機排煙需求，排煙速率在可接受的范圍內(nèi)。參考AC25-9A要求，典型的大型運輸類飛機啟動AFM手冊要求著火或發(fā)生突發(fā)的煙霧應(yīng)急程序后，駕駛艙內(nèi)的大量煙霧在約90s內(nèi)排出，排煙時間最多不超過3min。

通過對條款的解讀，駕駛艙排煙試驗有定性和定量的要求。定性的要求指飛行機組可以通過使用應(yīng)急程序和飛機自身的通風系統(tǒng)將駕駛艙內(nèi)的濃煙排出機外;定量的要求是指使用排煙程序時，駕駛艙內(nèi)的濃煙可以在一定時間內(nèi)排出機外。對ARJ21-700飛機而言，駕駛艙排煙試驗的主要目的是，驗證飛機排煙程序能夠在3min內(nèi)將駕駛艙內(nèi)的煙霧排除干凈，在駕駛艙排煙程序執(zhí)行過程中，飛機的壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)均能夠正常的工作。若空調(diào)系統(tǒng)無法正常排出煙霧，則啟動應(yīng)急卸壓或應(yīng)急通風程序排出煙霧，在應(yīng)急卸壓或應(yīng)急通風啟動過程中，座艙內(nèi)的減壓不會超過安全限度。

3 試飛方法設(shè)計

3.1 試飛內(nèi)容

根據(jù)適航條款要求，與飛機合格審定相關(guān)的煙霧試驗主要有三種，分別是煙霧探測試驗、煙霧滲透試驗以及排煙試驗。駕駛艙排煙試飛主要涉及到的是排煙試驗。空中排煙試驗就是利用飛行試驗，在空中演示驗證駕駛艙的排煙程序及排煙能力是否滿足條款要求。根據(jù)排煙試飛符合性驗證的要求，需要在飛行中利用發(fā)煙設(shè)備模擬出煙霧，通過發(fā)煙設(shè)備產(chǎn)生的大量煙霧，驗證駕駛艙的煙霧排放能力。不同的飛機設(shè)計的排煙程序也略有差異，典型的駕駛艙排煙試飛內(nèi)容如下：

（1）關(guān)閉駕駛艙艙門和窗戶，駕駛員及機上人員佩戴具有防護作用的氧氣面罩。

（2）打開煙霧發(fā)生器按鈕直至駕駛艙產(chǎn)生大量煙霧，當駕駛艙儀表板開始模式時，停止發(fā)煙;啟動排煙程序，艙內(nèi)煙霧需在3min內(nèi)排出。

（3）盡管條款沒有強制要求，但如果申請人希望證明飛機具有對持續(xù)煙霧的排煙能力時，煙霧發(fā)生器應(yīng)該進行持續(xù)發(fā)煙。在進行持續(xù)發(fā)煙時，機組要注意防護。

3.2 試飛方法設(shè)計

根據(jù)條款要求和設(shè)計方案，ARJ21-700飛機駕駛艙排煙試驗不僅要進行正常的駕駛艙排煙試飛，還要進行持續(xù)煙霧的排煙能力試驗。因此，針對兩種不同的試驗內(nèi)容，設(shè)計的試飛方法如下：

3.2.1 應(yīng)急程序下的排煙試飛

應(yīng)急程序下的排煙試驗，目的是驗證飛機按AFM手冊要求的排煙程序能夠迅速將駕駛艙內(nèi)的大量煙霧排出機外。為充分驗證排煙程序使用包線，飛行試驗選擇飛機在10600m高度上進行。為防止煙霧通過再循環(huán)風扇及駕駛艙艙門進入到客艙或其他區(qū)域，試驗過程中，關(guān)閉空調(diào)系統(tǒng)再循環(huán)風扇，關(guān)閉駕駛艙門。

試驗人員在駕駛艙內(nèi)打開煙霧發(fā)生按鈕，參試人員佩戴氧氣面罩等防護設(shè)備。當產(chǎn)生的煙霧進入駕駛艙直至駕駛艙儀表開始變模糊時，停止發(fā)煙。機組啟動應(yīng)急排煙程序，按要求下降飛行高度至最低安全高度，試驗過程中機組注意觀察并記錄開始時間，觀察排煙過程中座艙壓力變化情況，在下降過程中觀察艙內(nèi)排煙情況，當儀表板清晰可見后，結(jié)束排煙試驗記錄煙霧排煙干凈所需的時間。

3.2.2 持續(xù)煙霧的排煙能力試飛

持續(xù)煙霧的排煙能力試驗，目的是需驗證飛機通風系統(tǒng)能夠迅速將駕駛艙內(nèi)的大量煙霧排出機外。同應(yīng)急程序下的排煙試飛，試飛過程中選擇飛機在10600m巡航，關(guān)閉再循環(huán)風扇，關(guān)閉駕駛艙門。試驗人員在駕駛艙內(nèi)打開煙霧發(fā)生按鈕，持續(xù)發(fā)煙5min，停止發(fā)煙。利用飛機自身通風系統(tǒng)的排煙功能進行排煙，當飛行員或觀察員認為駕駛艙內(nèi)煙霧消除后，停止試驗。

如果試驗過程中，煙霧無法排出或煙霧不可控，則可打開應(yīng)急釋壓，加快煙霧排出速率。由于排煙試飛具有一定的風險性，在飛行試驗中，若飛機有自動駕駛儀等設(shè)備，則可以使用自動駕駛儀駕駛飛機，但該程序也需寫入AFM手冊的排煙程序中。

4 試驗設(shè)備

4.1 發(fā)煙設(shè)備

駕駛艙排煙試飛的重點是在飛機上改裝具有煙霧發(fā)生功能的發(fā)煙設(shè)備。根據(jù)相關(guān)煙霧特性研究結(jié)果，不同材料產(chǎn)生的煙霧其漂浮特性、擴散特性、毒性等均有巨大的不同。發(fā)煙設(shè)備根據(jù)發(fā)煙原理的不同，其產(chǎn)生的煙霧特性也均不相同，參考咨詢通過AC25-9A的規(guī)定，試驗中選用的發(fā)煙設(shè)備所產(chǎn)生的煙霧需對人體不產(chǎn)生傷害。因此，ARJ21-700飛機駕駛艙空中排煙試飛選用了DRAGON（PS27）型煙霧發(fā)生器。PS27型煙霧發(fā)生器獲得過北約質(zhì)量標準AQAP的認證，其發(fā)煙材料為乙二醇和水的混合物，通過勵磁電機來產(chǎn)生密集的白色的濃煙，產(chǎn)生的油性煙霧，不僅純度高，而且無毒害。PS27型煙霧發(fā)生器產(chǎn)生的煙霧可以在惰性運載氣體流中留存，并且發(fā)煙過程可控，發(fā)煙量從一小束到一大股煙柱均可實現(xiàn)。對于比較大的艙室，還可以通過彎曲的管道將煙霧運輸過去。圖1為試驗時所用的煙霧發(fā)生器。

4.2 防護設(shè)備和其他設(shè)備

盡管煙霧發(fā)生器產(chǎn)生的煙霧幾乎沒有毒性，但是大量煙霧吸入人體后，煙霧顆粒仍會對參試人員的呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生不利的影響。因此，在試驗過程中，為參試人員配備了相應(yīng)的防護性呼吸設(shè)備，對于參試飛行員而言，排煙試驗開始前，需要佩戴機組氧氣面罩。

排煙試驗中煙霧排出時間是非常關(guān)鍵的參數(shù)之一，因此試驗前，還需加裝視頻記錄系統(tǒng)和計時設(shè)備，以便對試驗結(jié)果的有效性進行判斷。

5 試飛結(jié)果分析

2014年7月1日進行了駕駛艙排煙飛行試驗。飛機在氣壓高度35000ft（10600m）水平巡航飛行，試驗準備完畢后開始發(fā)煙，11：17時飛行員認可煙霧充滿，隨后保持該煙霧濃度維持5min，11：23：55開始排煙，1min后飛行機組認為煙霧消散到可接受范圍，11：24：57煙霧排凈，排煙時間共計1min2s。圖2為機上加裝攝像頭的視頻記錄畫面，每個攝像頭選取了5個視頻畫面，分別為試驗開始前的未發(fā)煙視頻，發(fā)煙過程視頻，煙霧充滿視頻，排煙過程視頻，煙霧排凈視頻。

通過對試飛數(shù)據(jù)及視頻的分析可知，駕駛艙排煙能夠滿足合格判據(jù)要求，即煙霧能夠在3min內(nèi)排出機外和3min后駕駛艙儀表板指示清晰。

6 結(jié)束語

通過空中駕駛艙排煙試飛，不僅驗證了ARJ21-700飛機排煙能力滿足適航標準要求，而且通過本次試驗的進行，對民用飛機駕駛艙空中排煙試飛的試飛技術(shù)進行了探索和提升。本次試驗的順利完成，不僅填補了我國在民用飛機上進行的駕駛艙排煙試驗的空白，也為今后其它型號進行排煙試驗積累了經(jīng)驗，奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，對我國民機排煙試飛具有一定的指定作用。

參考文獻：

[1]CCAR-25-R3.運輸類飛機適航標準[S].中國民用航空總局，2001.

[2]AC25-7A Flight Test Guide for Certification of Transport Category Airplanes[S]. Federal Aviation Administration，1998.

[3]AC25-9A Smoke Detection， Penetration， Evacuation Tests and Related Flight Manual Emergency Procedures[S]. Federal Aviation Administration，1994.