旋翼航空器水上迫降相關適航新要求研究

蘇風，徐新

（中國直升機設計研究所，江西 景德鎮 333001）

1 前言

目前在海上活動的直升機日益增多，飛行時間增長。盡管水上迫降要求已作為適航取證的一項內容，但直升機海上使用災難頻發。當海域飛行的直升機遭遇緊急情況時，需迫降在海平面上。水上迫降分為有計劃的水上迫降和無計劃的水上迫降。由于直升機自身特性、飛行性能以及結構特征導致其緊急降落在海面上時極易翻轉，通過研究先前直升機水上迫降和水沖擊事故，突出了現有認證規范（CS-27，CS-29）和海上作業管理規則的不足。因此，為了延長救援時間，提升機上乘員的生存率，EASA 對水上迫降的相關適航條款進行了修訂，要求直升機配備應急漂浮系統，并優化艙內設計，以增加直升機的水上漂浮時間，同時便于艙內成員迅速逃生。

2 修訂背景

盡管對申請人而言，是否申請延伸水上運行（水上迫降）適航取證是可以選擇的，但是，運行規章卻規定了直升機在水面上方運行時必須滿足的要求。要保證研制的直升機具備延伸的水上作業能力，必須根據運行規章的要求配備必要的應急設備。而配備了這些應急設備，就必須按適航要求進行適航驗證。

經驗表明，水上迫降或者水沖擊事件導致的死亡事故是可以避免的。目前造成災難性后果的原因如下：乘客無法迅速逃離傾覆和淹沒的艙室；或者在成功逃脫后，他們無法生存到救援服務到達；甚至對于成功的水上迫降，直升機傾覆的風險也會造成災難性的后果。因此，為了降低直升機傾覆的概率并進一步提高乘員逃生和生存的能力，需增強直升機的設計標準。條款修正最主要的目的是提升直升機水上迫降情況下的安全性和水沖擊下生存率。為了達到這一目的，引入了新的漂浮穩定性認證方法，該方法考慮了要求認證的海況。并完善了水上迫降結構的規定，改善了緊急出口和座位的物理要求，使乘員能夠在水上迫降或傾覆情況發生時逃生。還加強了應急漂浮系統、應急和救生設備以及定位發射機的規定。

提出相關的方案來改善直升機水上迫降或在水沖擊事件中的安全性。并引入新的認證方法，旨在提高旋翼航空器在預定運行區域水上迫降后的耐波性能。還增強了其他的安全措施，包括：自動部署、布防/撤防應急漂浮系統；旋翼航空器在最大漂浮裝置失效后仍能漂浮；機艙乘客可以輕易離開旋翼航空器并進入救生筏；優化緊急出口以便在傾覆時可使用；緊急出口的可達性；出口標記和照明以及扶手、救生筏的完整性和操作性。

3 修訂后條款要求

2003年EASA 最初頒布的大型旋翼航空器審定規范，參照FAR27/29 部對水上迫降航空器的入水、漂浮、配平和乘員救生等提出了要求。2018年審定規范第5 次修訂案中，對水上迫降的相關要求進行了修正，并增加了應急漂浮要求該修正案的變化，旨在建立一種新的水上迫降認證方法，通過該方法可以確定水上迫降后發生傾覆的概率。條款的修正建議均來自2016年01 號建議修訂通告與水上迫降相關的條款。

3.1 設計要求

申請水上迫降合格審定的旋翼航空器，在迫降過程中會承受較強的水載荷沖擊，航空器所有的部件均需滿足強度要求。29.563 原條款中為了防止航空器觸水產生俯沖、跳躍或海豚運動，對著水速度提出了要求，修訂后的條款刪除了之前允許的前飛速度低于30 節。因為水上迫降的定義覆蓋了所有的實效模式而不僅是在發動機失效后著陸。

29.801 條和29.802 條對于水上迫降和應急漂浮，提出了傾覆概率的概念,通過模型試驗來驗證傾覆的概率。刪除了有關放出燃油增加浮力的要求，因為放出燃油不會增加旋翼航空器的浮力，反而可能會提升直升機的重心，降低穩定性，也可能對乘員造成額外的危害。

對于29.783 條艙門的設計要求，其滿足在可迫降的全部海情條件下是可以安全打開的。

對于29.803 條應急撤離的條款，新增c 條，要求當水上迫降的旋翼航空器垂直浮動時，必須提供適當的方式滿足乘員進入救生筏的需求。

3.2 出口要求

對于29.805 條飛行機組應急出口，原條款要求必須通過試驗、演示或分析來表明，應急降落水上后，水或漂浮裝置不得妨礙每個應急出口的使用。該要求更改為依據機組人員的高度范圍以及CS29.562 中要求的試驗工況下未變形的座位和有任何變形的座位，在這種情況下，要求操作裝置是可用的。

對于29.807 條旅客應急出口，增加了數量，并且刪除了應急出口必須處于水面以上的規定。

對于29.803 條，任何（部分）用作這種乘員進入救生筏方式的門必須符合應急出口的規定，且漂浮裝置不得妨礙應急出口。

對于29.809 條應急出口的布置推出窗被認為是可以接受的。并重申需要設計和優化用于水上迫降旋翼航空器傾覆后的應急出口，在旋翼航空器處于直立漂浮位置時常規的門可以被利用。確保當滑動門處于打開和鎖定位置時，不會阻擋水上迫降應急出口。新增條款CS29.809(j)(3)用于在客艙內安裝把手，以協助應急外出。CS29.811 應急出口標記已經擴展到包括非應急出口。新增CS29.811(h)(2)以提高應急出口操作裝置的水下顯著性。對于應急出口通路新增CS29.813(d)(1)乘客座位布置與水上迫降應急相關聯以便逃生。新增(d)(2)要求提供把手以協助從水下跨艙外出。

3.3 設備要求

要求自動裝/卸除和部署應急漂浮系統并確保其可靠性和耐用性。直升機應急漂浮系統一般由應急漂浮氣囊、充氣裝置和系統、安裝固定裝置和氣囊保護裝置、控制系統4 部分組成。先前應急漂浮系統有手動觸發和自動觸發兩種模式，新條款要求自動觸發，不依賴飛行員的任何動作。1411 條對于附加安全設備（例如救生筏及救生筏上的營救設備）移到1415 條中，要求救生筏提供超載能力且救生筏部署遙控必須位于駕駛艙/客艙的內部和外部。新增1470 條要求安裝應急定位發射器以便在事故發生后減輕傷害。

4 條款修訂的影響

由上述可知，條款修訂擴展了水上迫降定義的范圍，覆蓋所有的實效模式。對于要求水上迫降審定的直升機，增加了對其結構、艙門、飛行機組應急出口、旅客應急出口、應急出口標記、應急照明、操縱器件標記以及安全設備的要求。應急漂浮系統未能在需要時運行將導致旋翼航空器快速沉沒和下沉。經驗表明，漂浮系統單個部件的局部損壞或機組人員未能激活部署漂浮系統將導致整個系統的失效。因此，對于應急漂浮系統的設計要仔細考慮，自動部署的漂浮系統是切實可行的且安全性較高。

針對29.801 條和29.802 條款引入了傾覆概率的概念，必須證明旋翼航空器能夠抵御申請人選擇的海情下的傾覆。對于水上迫降而言，在五分鐘暴露于海洋條件下，有完全可用的應急漂浮系統傾覆的概率必須小于等于3%，在關鍵漂浮連接件失效情況下的傾覆概率小于等于30%，并有95%的置信度。必須考慮可能的結構損壞和泄漏。對于水上迫降后的應急漂浮，要求在五分鐘暴露于海洋條件下，有完全可用的應急漂浮系統傾覆的概率必須小于等于10%，并有95%的置信度。在關鍵漂浮裝置失效的情況下，不需要證明漂浮能力，但必須考慮可能的結構損壞和泄漏。

目標的傾覆概率來自風險評估。在水上迫降方面，完整漂浮系統3%的傾覆概率來源于每飛行小時3.32×10-6次歷史水上迫降率和29.1309 條符合性驗證方法的結果，這意味著每飛行小時的傾覆概率小于10-7。對于水上迫降傾覆概率的驗證方法，可采用公式（1）中要求開展模型試驗。

即模型試驗時，8.3h 內無傾覆或25.5h 內的傾覆次數小于4 次，則認為是滿足有完全可用的應急漂浮系統時傾覆概率小于3%。

即模型試驗時，50min 內無傾覆或2.6h 內的傾覆次數小于4 次，則認為是滿足關鍵漂浮裝置失效的情況下傾覆概率小于30%。

對于應急漂浮要求

即模型試驗時，2.5h 內無傾覆或7.6h 內的傾覆次數小于4 次，則認為是滿足關鍵漂浮裝置失效的情況下傾覆概率小于10%。在假定了關鍵漂浮裝置失效概率為0.1 的前提下，將漂浮系統的破壞傾覆概率提高10%～30%。由于漂浮系統故障率數據不足，因此估計出了傾覆的概率。29.802（c）對于損壞的漂浮系統，同一海域下允許傾覆的概率增加10 倍。這個是假設了漂浮系統的破壞大約十次會發生一次。因此，當10 倍的概率等于或者大于100%時，沒有必要進行模型驗證來確定傾覆概率。

對于可能在飛行中充氣的漂浮系統，應通過測試或分析來驗證旋翼航空器的可控性。并需考慮所有可能的應急漂浮系統充氣失敗。條款要求的通過分析或其他方式表明，旋翼飛機在任何一個完整漂浮單元失效后不會下沉。經驗表明，在水沖擊事件中，水面沖擊力、結構的變形和破壞以及維護的錯誤可能導致漂浮裝置失效。但由于剩余漂浮單元保持充氣的時間較長，因此，對于該條款的驗證不是必須的。

5 結語

本文介紹了水上迫降與應急漂浮條款修訂的要求及原因以及產生的影響。新條款的要求考慮了目前的驗證水平以及可靠性，對于水上迫降安全性的提升具有重大的意義。條款的修訂以及相應的驗證方式對于目前國內水上迫降的適航驗證有重大的借鑒意義。