民用飛機對CCAR25.1438條款的符合性驗證思路探討

曹靜珂

【摘 要】本文對民用飛機適航條款§25.1438的要求進行了研究和解析，系統地梳理和歸納出與本條款相關的系統驗證考慮，提出了建議性的符合性驗證思路。

【關鍵詞】民用飛機；增壓系統；氣動系統；適航性要求

0 引言

在民用飛機設計中，安全性始終是其最重要的特征，CCAR-25《運輸類飛機適航標準》[1]是運輸類飛機研制必須滿足的最低安全標準由于系統的失效可能危及飛機及其乘員的安全，所以系統中的元件必須進行強度試驗（破壞壓力試驗）和驗證壓力試驗。在評定增壓系統和氣動系統的強度時，應考慮到系統中可能會出現過大壓力載荷的可能性，同時也考慮到可能存在的振動載荷和溫度效應引起的載荷作用在系統元件上。

1 適航條款的要求

1.1 適航條款原文

§25.1438 增壓系統和氣動系統

（a）增壓系統元件必須分別進行壓力值為最大正常工作壓力2倍的破壞壓力試驗和1.5倍的驗證壓力試驗。

（b）氣動系統元件必須分別進行壓力值為最大正常工作壓力3倍的破壞壓力試驗和1.5倍的驗證壓力試驗。

（c）可以用分析或分析和試驗相結合的方法，來代替本條（a）或（b）要求的各項試驗，條件是適航當局認為該方法與所要求的試驗等效。

1.2 條款一致性分析

對于FAR 25.1438條款，通過修正案Amdt.25-41（ 42 FR 36971， Jul.18，1977）引入規章，其后要求一直未變。最新FAR 25.1438條款原文如下：

§25.1438 Pressurization and pneumatic systems[2]

（a）Pressurization system elements must be burst pressure tested to 2.0 times， and proof pressure tested to 1.5 times，the maximum normal operating pressure.

（b）Pneumatic system elements must be burst pressure tested to 3.0 times，and proof pressure tested to 1.5 times，the maximum normal operating pressure.

（c）An analysis，or a combination of analysis and test，may be substituted for any test required by paragraph （a） or （b） of this section if the Administrator finds it equivalent to the required test.

CS 25.1438 Pressurisation and low pressure pneumatic systems[3]

Pneumatic systems （ducting and components）served by bleed air， such as engine bleed air，airconditioning， pressurisation，engine starting and hot-air ice-protection systems，which are essential for the safe operation of the aeroplane or whose failure may adversely affect any essential or critical part of the aeroplane or the safety of the occupants， must be so designed and installed as to comply the CS 25.1309 In particular account must be taken of bursting or excessive leakage. （See AMC 25.1438 paragraph 1 for strength and AMC 25.1438 paragraph 2 for testing.）

經過對比發現，關于本條款EASA和FAA有區別。EASA的驗證試驗和破壞試驗的壓力值與溫度相關，試驗要求和設備的安全性要求相關，聯系了CS25.1309條相關要求。而FAA則沒有明確溫度的影響是否考慮。另外EASA還針對氣動系統的高壓容器（如儲氣罐、氮氣罐）有專門的條款CS25.1436，而FAA沒有相應的規章要求。

1.3 符合性驗證方法

目前國際通用的符合性方法（MoC，簡稱MC）有10種，按照AP-21-AA-2011-03-R4《航空器型號合格審定程序》[3]附錄H的內容，這10種符合性方法具體如表 1所示。

通常，針對25.1438條款的符合性驗證方法見表2。

1.3.1 25.1438（a）、（c） 款符合性驗證說明（ATA210）

針對25.1438（a）、（c）款，空調系統采用的符合性驗證方法包括MOC2、MOC9，各項驗證具體工作如下：

a）MOC2驗證過程：

空調系統增壓系統元件主要包括流量控制活門、溫度控制活門、沖壓空氣活門、配平空氣活門、電子設備排氣活門、排氣活門、地面活門和安全活門等，應通過計算表明所有的計算安全因子均大于1，即設計出的各個活門可以承受相應的破壞壓力和驗證壓力。

b）MOC9驗證過程：

空調系統的增壓元件，包括流量控制活門組件、進口流量傳感器組件、進口壓力傳感器組件、進口溫度傳感器、壓氣機出口溫度傳感器、項流量文氏管、引氣過濾器、臭氧轉化器、制冷組件和雙級換熱器應完成最大正常工作壓力2倍的破壞壓力和1.5倍的驗證壓力試驗，證明滿足相應的壓力要求。

1.3.2 25.1438（b）、（c）款符合性驗證說明

針對25.1438（a）、（c）款，氣源系統采用的符合性驗證方法包括MOC2、MOC9，各項驗證具體工作如下：

a）MOC2驗證過程：

氣源系統主要分為發動機引氣系統、APU引氣系統和引氣管路系統。發動機引氣系統由2個高壓活門（HPV）、2個中壓單向活門（IPCV）、2個壓力調節關斷活門（PRSOV）、2個預冷器（PCE）、2個風扇空氣活門（FAV）、2個引氣溫度傳感器（BTS）和相關管路組成。APU 引氣系統由1個APU加載活門（APULCV，屬于ATA49）、1個APU單向活門（APUCKV）和相關管路組成。引氣管路系統由氣源分配管路、1個交輸引氣活門（CBV）和1個高壓地面接頭（HPGC）組成。

應通過計算分析表明，HPV、PRSOV、FAV 和CBV等活門在設計時充分考慮了了驗證壓力和破壞壓力的影響，符合25.1438 條款的要求。

高壓管路強度計算的思路是確定系統固定點和自由度要求，設定各計算區域的最大工作壓力和溫度，按25.561（b）條款設定整個管路系統的限制加速度載荷和極限加速度載荷，并考慮驗證壓力和破壞壓力下的載荷，疊加計算得出限制載荷和極限載荷作為計算載荷輸入，并最終確定計算矩陣。高壓管路系統在計算時，應綜合考慮各計算區域的最大工作壓力和溫度、加速度載荷以及驗證壓力和破壞壓力的影響。計算結果應表明，高壓導管在限制載荷和極限載荷狀態下，管路的安全裕度均為正值，符合25.1438條款的要求。

b）MOC9驗證過程：

氣源系統的元件應完成最大正常工作壓力3倍的破壞壓力和1.5倍的驗證壓力試驗，證明滿足相應的壓力要求。

1.4 判定準則

針對25.1438（a）款，增壓系統元件試驗結果應證明在驗證壓力下不會產生妨礙正常功能的永久變形，元件功能正常；在破壞壓力下壓力氣體還能儲存于元件和系統中。

針對25.1438（b）款，氣動系統元件試驗結果應證明在驗證壓力下不會產生妨礙正常功能的永久變形，元件功能正常；在破壞壓力下壓力氣體還能儲存于元件和系統中。

針對25.1438（c）款，增壓系統和氣動系統元件的計算應證明其安全裕度足夠。

2 結束語

本文主要針對§25.1438“增壓系統和氣動系統”的適航性要求，梳理并分析該條款產生的背景和具體內容，明確了“增壓系統和氣動系統”適航性要求的來源，研究并給出了25.1438條適航性技術要素詳細的符合性驗證方法可以為工業方針對“增壓系統和氣動系統”適航性要求開展適航性設計與驗證提供了很好的參考。

【參考文獻】

[1]中國民用航空局.中國民用航空規章第25部：運輸類飛機適航規章[S]. 2011.

[2]FAR-25 Airworthiness Standards： Transport Category Airplanes[S].FAA，2012.

[3]EASA Certification Specifications and Acceptable Means of Compliance for Large Aeroplanes [S]. EASA，2011.

[責任編輯：田吉捷]