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適航是一個舶來詞,英文是AIRWORTHINESS。它并沒有權威的定義,我認為比較好的定義是:適航是指航空器能在預期的環境中安全飛行的固有品質,且這種品質能夠通過合適的維修來持續保持。
在這個定義里有兩個最關鍵的詞語,一個是安全,一個是預期的環境。本文就是想和大家一起探討對這兩個關鍵詞的認識。
適航管理的要素
適航管理的要素,主要包括三個方面:適航標準、組織機構和人員、審定程序。適航標準是適航管理工作的基石,是一種定量的、可清晰判別的、民用航空產品必須滿足的最低的安全水平,且這個安全水平需要得到證明。
我們需要通過預先設定的分析、計算、試驗、試飛等方法,產生證據表明一款民用航空產品對適航標準的符合性。這些工作我們統稱為適航符合性驗證活動。符合性驗證活動需要相關的人員來執行,這些人員也需要一定的組織機構來加以組織和管理,所以適航的組織機構和人員是適航管理工作的第二個要素。
適航管理第三個要素是審定程序,即所有的證據都需要遵循嚴格的程序來產生,并且得到監管。
適航標準的特性
適航標準是民用航空產品所必須滿足的最低安全水平,也稱之為適航規章,或者適航法規。適航標準有其鮮明的特性。第一大特性是強制性,即作為國家的法律法規,要求相關組織和個人必須遵守。
根據國際民航組織的要求,適航標準必須通過國家的立法來發布,成為從事民用航空活動的人所必須遵守的法律條文。在我們國家適航標準是由交通運輸部來頒布的,屬于我們國家法律的第三層級。
我們國家法律分為三個層級:第一個層級是全國人大頒布的,和航空相關的有《民用航空法》;第二個層級是由國務院頒發的,和適航相關的有《適航管理條例》;第三個層級是國家部委或者省一級人民政府頒發的規章,適航標準就屬于這個層級。
美國的適航標準是由FAA(美國聯邦航空管理局)來頒發的,屬于聯邦規章匯編第14集。歐洲的情況稍有不同。歐洲把適航標準分為管理類和技術類兩類標準,管理規章由歐盟的議會頒發,而技術標準,我們稱之為審定規范,由EASA(歐洲航空安全局)來頒發。
適航標準的第二個特點是完備性。按照各種產品的類別,適航標準能覆蓋所有民用航空活動中遇到的所有航空產品。比如說我們常說的CCAR25部,適用于最大起飛重量超過5700公斤的固定翼飛機,起飛重量小于5700公斤的飛機通常稱之為小飛機,規章的編號是CCAR23部。當然適航標準還要涵蓋類似航空發動機、螺旋槳和旋翼航空器等等,是很完備的一套技術標準規范。
適航標準的第三個特點是其所確定的安全水平,考慮了預期的運行環境。這個環境不僅包含飛機自身的因素,它還需要承擔自己的載荷。它有包線的限度,包括高度、速度,還有溫度。還包括外部的環境,它要能夠抗風,能夠抵御順風、側風,經歷降水、降雨的環境。另外還要在低溫的場景下運行,比如說在高原機場運行,在受了污染的、積水的跑道上運行,這些都構成了適航標準考慮的預期的運行環境,而且這個環境會隨著認識的深化而不斷擴展。
舉個例子,2010年冰島火山爆發后,整個歐洲航空業幾乎停擺,原因就在于所有飛機進行適航審定的時候,火山灰的環境并不是當時一個預期的環境。在這樣的環境當中飛機能不能安全運行是不確定的,為了安全起見,在火山灰覆蓋歐洲的那一段時間,歐洲的航空業基本停擺。在這之后,EASA修定適航標準,把火山灰也逐步納入了適航標準所考慮的預期的運行環境。
適航標準的第四個特點是對航空實踐的高度概括和總結。適航標準其實只是冰山的一角,例如CCAR25部,整個規章只有300多個條款,那么它怎么管理這么復雜的大型飛機呢?秘訣在于它的背后是一整套相關的咨詢通告,還有行業的規范,以及航空制造業的廠家、供應商自身的企業規范。
例如所有的飛機都有自己的空調系統,適航標準里一共只有4個條款來規定整個飛機通風的能力,對空調壓力控制的方法以及對于一氧化碳、二氧化碳、臭氧濃度的控制等等,但是它背后有大量的咨詢通告、行業規范、企業自身的技術規范等,對相關參數進行了約定。
適航標準最為突出的一個特點是動態性。在深化了對于預期環境的認識后,通常都會通過修訂適航標準來加以考慮。
例如,2001年的9·11恐怖襲擊事件,是恐怖分子進入駕駛艙制造了這起舉世震驚的事件。幾個月之后,FAA發出了第106號修正案,要求飛機的駕駛艙門設計成能抵御暴力沖擊,不能從客艙的一側暴力進入。
2008年,FAA又發出第127號修正案,進一步強化了對駕駛艙門的要求,要求能抵御炸彈和燃燒裝置的影響。而且,考慮到恐怖事件發展的趨勢,還要求在飛機上設計一個最小風險炸彈位置,一旦發現炸彈以后,可將炸彈置于這個位置。這樣,即使炸彈爆炸,這個位置對飛機結構完整性影響是最小的。
由此可見,適航標準隨著環境的不斷變化而不斷得到修定。
全球三大適航當局
上文介紹了適航標準的特點,下面介紹一下適航相關的組織機構和人員。
在適航工作中,主要是兩方:一方是工業方,作為適航證件的申請人;另外一方是執行適航管理的政府部門,我們稱之為適航當局,簡稱局方。目前,全球主要的適航管理機構,有FAA、EASA及中國民航局(CAAC)。
FAA起步于1920年代,到今天已有近百年的發展歷程,應該說是當今世界上經驗最豐富的適航管理當局。在2017年之前,FAA的組織架構有鮮明的產品特征。她最主要的執行部門是運輸類飛機、小飛機、旋翼機、發動機和螺旋槳四個審定中心。
2017年之后,FAA對組織機構進行了重組,最重要的特點是不再僅僅關注產品的審定,而非常關注申請人系統的運行。
歐洲的情況與美國又有所不同。在2002年之前,歐洲的適航管理是各國的主權,法國有法國民航局,英國有英國民航局。但隨著歐洲民航業和美國民航業的競爭,特別是空客與波音的競爭,各國呼喚一個統一而強大的、歐洲范圍內的適航當局開展適航管理工作。2002年,EASA應運而生。EASA是歐洲一體化進程的產物,一共有32個成員國,包括28個歐盟成員國和4個非歐盟成員國,目前的雇員超過800人。
EASA的組織架構最初跟FAA很像,突出產品審定的特點,但是由于歐洲自身的特點,又有別于FAA。
第一,EASA特別強調標準化的工作。這里的標準化是指要求各國的民航局能夠統一執行EASA發出的各種標準程序,EASA非常強調這種程序的統一性,所以強調標準化。
第二,EASA規章立法注重技術,因為它沒有獨立的立法部門,因此把制定適航標準的權力放在了它的審定部門本身。
第三,EASA只有800名雇員,卻要管理一個強大的航空工業,因此非常關注航空企業自身的能力,要求航空企業編制并且貫徹設計保證手冊來履行設計保證的職能,并對這樣的設計機構進行批準。
中國的適航工作起步于1970年代,到今天形成了兼顧美國特點,既有地域管理的特色,又也有鮮明的產品審定特色的體系。中國民航局下屬的7個地區管理局進行地域管理,另外又有5個審定中心,既考慮了我們國家航空工業地理的布局,也考慮了產品,例如大飛機審定的職能主要在上海適航審定中心,在中國商飛總部的所在地。
注重過程監管
適航審定程序有兩個特點。第一個特點,它具有鮮明的項目管理的特點。審定程序圍繞審定計劃來開展工作,分為五個階段,前面兩個階段是在熟悉我們的民用航空產品的設計,了解特點,為它制定相關的要求。第三個階段要確定相關的審定計劃,對分析、計算、試驗、試飛的活動進行規劃,落實在審定計劃當中。第四、第五階段主要是執行階段,按審定計劃實施符合性驗證工作。
第二個特點是適航審定程序非常注重過程的監管,以一個試驗為例,最典型的步驟包含以下這樣一些內容:首先,要編制相應的試驗大綱,并提交局方批準,在這個試驗大綱當中,要規定詳細的試驗步驟,還要規定清晰的通過和失敗的準則。
在開始試驗之前,要進行制造符合性檢查。檢查的目的是對試驗裝置是否滿足試驗大綱的要求進行檢查,對試驗件和試驗飛機是否能夠代表未來在市場上運營的航空產品進行確認。
而在整個試驗過程中,在最關鍵的環節,局方還要參與試驗的目擊,最終要批準試驗報告。從試驗大綱,到制造符合性檢查,到試驗過程的目擊,到最后批準試驗報告,這是一個試驗適航審定程序最典型的流程。
而對于試飛,又有更加特殊的要求。中國民航局、FAA都會頒發一個型號檢查核準書的文件,簡稱TIA。在這個流程里,將由來自民航局的試飛員和申請人的試飛員一起登機來開展飛行,獲取飛行數據,拿這個數據和申請人自身的飛行數據進行比對,確認它的一致性之后,才能夠接受申請人產生的這些試飛數據,來表明對適航標準的符合性。
在接下來的發展中,適航審定中心還要對證據產生的過程進行嚴格的監管。因此我們也意識到這樣一個流程往往會給我們民用航空產品的研制施加額外的時間成本,不管是中國、美國,還是歐洲,在這些年都進行了很多的探討。FAA的審定指南已經明確提出了及時審定的概念,希望整個適航管理工作能夠以一種及時的方式來促進航空業的發展。因此,它創建了一個申請人自我表明符合性的流程。
EASA給出的答案是創建了一個介入原則的調整,希望基于安全風險的等級來調整局方對民用航空器研制活動的介入程度。中國民航局也提出了基于風險評估的新的適航的流程。
挑戰與展望
最后結合中國商飛公司的兩型飛機來談一談未來的挑戰和展望。從適航管理的角度來看,ARJ21-700飛機走過了從管理到技術的全路徑。通過這個過程,我們學習了國際上最通行的適航審定的方法、流程,編制了審定計劃,開展了對所有的試驗試飛活動的管理,履行了一個嚴格的程序,而且我們非常關注適航標準背后的安全實質的要求,掌握了一大批重要的試驗、試飛的方法,包括自然結冰、濺水、危險等級非常高的最小離地速度試飛等等。
隨著適航標準的不斷發展,C919飛機的試驗試飛又面臨新的挑戰:標準又更新了。適航標準的修正速度是很快的,以美國的FAR25部為例,在20世紀,FAR25部有100個修正案,但從2001年到今天,它又修正了46次。
C919飛機要滿足到第132號修正案水平的適航標準,但對于新的32個適航標準修正案,我們還缺乏非常直接的航空實踐的積累,而且,標準的變化會產生更多的驗證需求,反過來對效率會產生非常大的壓力。我們在有限的時間里要及時完成所有的驗證,來證明C919飛機的適航性,證明它的安全性,這是一個很大的挑戰。