民用直升機(jī)燃油系統(tǒng)獨(dú)立性適航條款研究

顧 新，董宏清

(中航工業(yè)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

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民用直升機(jī)燃油系統(tǒng)獨(dú)立性適航條款研究

顧 新，董宏清

(中航工業(yè)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

以適航規(guī)章為依據(jù)，從基本設(shè)計(jì)要求、輔助動力裝置燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求以及其他注意事項(xiàng)三個(gè)方面解讀燃油系統(tǒng)獨(dú)立性適航條款，并結(jié)合工程實(shí)際給出某型機(jī)的符合性分析。為使設(shè)計(jì)人員了解軍機(jī)設(shè)計(jì)要求與適航要求之間的差異，還將軍機(jī)設(shè)計(jì)要求與民機(jī)適航條款進(jìn)行了對比。

民用直升機(jī)；適航；燃油系統(tǒng)獨(dú)立性

0 引言

開展直升機(jī)適航符合性技術(shù)研究，將相關(guān)的適航要求轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)、制造以及審定過程中的相關(guān)適航設(shè)計(jì)和驗(yàn)證要求，對于我國直升機(jī)的適航取證具有重要意義。本文以適航標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，對直升機(jī)燃油系統(tǒng)獨(dú)立性適航要求進(jìn)行了詳細(xì)的解讀。指出了設(shè)計(jì)中需要注意的問題，并結(jié)合工程實(shí)際給出相關(guān)型號的設(shè)計(jì)符合性分析。我們還將軍機(jī)設(shè)計(jì)要求與民機(jī)適航條款進(jìn)行了對比，以便設(shè)計(jì)人員了解軍機(jī)設(shè)計(jì)要求與適航要求之間的差異。

1 適航條款要求

直升機(jī)適航取證所依據(jù)的規(guī)章主要有CCAR27部和CCAR29部[1-2]。其中29部是針對運(yùn)輸類旋翼航空器的適航標(biāo)準(zhǔn)，燃油系統(tǒng)獨(dú)立性相關(guān)的條款為29.953條，其內(nèi)容如下：

“(a)對A 類旋翼航空器必須滿足下列要求：

(1)燃油系統(tǒng)必須滿足第29.903 條(b)的要求；

(2)除非采用其它措施滿足本條(a)(1)的要求，否則燃油系統(tǒng)向每臺發(fā)動機(jī)供油都必須通過與其它發(fā)動機(jī)供油系統(tǒng)相獨(dú)立的系統(tǒng)供油。

(b)對多發(fā)B 類旋翼航空器，每個(gè)燃油系統(tǒng)必須滿足本條(a)(2)的要求，然而不必向每臺發(fā)動機(jī)提供單獨(dú)的油箱。”

而27部是針對正常類旋翼航空器的適航標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)的條款為27.953條，其內(nèi)容為：

“(a)對于多發(fā)旋翼航空器的燃油系統(tǒng)向每臺發(fā)動機(jī)供油都必須通過一個(gè)與其它發(fā)動機(jī)供油系統(tǒng)相獨(dú)立的系統(tǒng)供油。然而對每臺發(fā)動機(jī)供油的油箱不必相互獨(dú)立。

(b)如果多發(fā)旋翼航空器使用單個(gè)油箱，則必須滿足下列要求：

(1)對于每臺發(fā)動機(jī)，要有單獨(dú)的油箱出油口，并在油箱每個(gè)出油口上設(shè)有切斷閥。如果該閥和發(fā)動機(jī)艙之間的管路中，不會積存可排入發(fā)動機(jī)艙危險(xiǎn)數(shù)量的燃油，則該切斷閥也可作為第27.995 條所要求的防火墻切斷閥。

(2)至少有兩個(gè)通氣口，它們應(yīng)設(shè)置在被同時(shí)堵塞的概率最小的位置。

(3)加油口蓋應(yīng)設(shè)計(jì)成使錯(cuò)誤安裝或在飛行中丟失的概率減至最小。

(4)在該燃油系統(tǒng)中，從每個(gè)油箱出口到任一發(fā)動機(jī)的部件要與向其它發(fā)動機(jī)供油系統(tǒng)的每個(gè)部件相互獨(dú)立。”

2 適航條款解析

2.1 基本設(shè)計(jì)要求

2.1.1 A類設(shè)計(jì)要求

29.953a(2)要求：除非采用其它措施滿足本條(a)(1)的要求，否則燃油系統(tǒng)向每臺發(fā)動機(jī)供油都必須通過與其它發(fā)動機(jī)供油系統(tǒng)相獨(dú)立的系統(tǒng)供油。對于該款應(yīng)理解為：A類旋翼航空器的每臺發(fā)動機(jī)應(yīng)有獨(dú)立的供油系統(tǒng)，除非采用其他的措施來滿足29.903(b)的發(fā)動機(jī)隔離要求：

“A 類：發(fā)動機(jī)的隔離 每架A 類旋翼航空器動力裝置的布置和相互隔離，必須使任一發(fā)動機(jī)或任一能影響此發(fā)動機(jī)的系統(tǒng)失效或故障時(shí)，不致發(fā)生下列情況：

1)妨礙其余發(fā)動機(jī)繼續(xù)安全運(yùn)轉(zhuǎn)；

2)除了飛行員正常使用主飛行操縱外，需要任何機(jī)組成員立即采取行動(不是對主飛行操縱器件的正常操縱動作)以保證繼續(xù)安全運(yùn)行?！?/p>

燃油系統(tǒng)的獨(dú)立性要求實(shí)際上來自于發(fā)動機(jī)的獨(dú)立性要求，A類旋翼航空器要求每臺發(fā)動機(jī)供油都有獨(dú)立的燃油系統(tǒng)，一般情況下A類旋翼航空器不允許有共用的油箱存在，圖1為A類旋翼航空器可接受的油箱構(gòu)型。

圖1 A類旋翼航空器可接受的燃油系統(tǒng)構(gòu)型

但是當(dāng)每臺發(fā)動機(jī)都有單獨(dú)的貯存油箱，且貯存油箱的容積能維持發(fā)動機(jī)在OEI功率下工作20分鐘時(shí)，則可以使用共有的供油油箱。因此圖2所示的構(gòu)型是可接受的。

圖2 A類旋翼航空器允許存在公共油箱的情況

注：這里貯存油箱(collector tank)，是指連接油箱，直接向發(fā)動機(jī)提供燃油的集油油箱，是更直接的供油油箱(Z15型機(jī)中，稱為feeder tank)，而不是指發(fā)動機(jī)供油油箱外的附加貯油油箱(Z15型機(jī)中，稱為輔助油箱additional tank)。

2.1.2 B類設(shè)計(jì)要求

B類旋翼航空器的每臺發(fā)動機(jī)應(yīng)有獨(dú)立的供油系統(tǒng)，但不要求有獨(dú)立的油箱。圖3是B類旋翼航空器可接受的油箱構(gòu)型。

圖3 B類旋翼航空器可接受的燃油系統(tǒng)構(gòu)型

2.1.3 正常類旋翼航空器設(shè)計(jì)要求

正常類旋翼航空器的每臺發(fā)動機(jī)應(yīng)有獨(dú)立的供油系統(tǒng)，然而不要求每臺發(fā)動機(jī)有單獨(dú)的油箱。但如果使用單獨(dú)油箱給一臺以上的發(fā)動機(jī)供油，則：

1)對于每臺發(fā)動機(jī)，要提供獨(dú)立的油箱出油口，并在每個(gè)出油口上設(shè)有切斷閥。

2)油箱至少有兩個(gè)通氣口，并應(yīng)將它們設(shè)置在被同時(shí)堵塞的概率最小的位置上。

3)加油口蓋的設(shè)計(jì)應(yīng)保證使錯(cuò)誤安裝或在飛行中丟失的概率減至最小。

4)從每個(gè)油箱出口向任一發(fā)動機(jī)的供油應(yīng)與其它向發(fā)動機(jī)的供油相獨(dú)立。

根據(jù)上面的要求，正常類旋翼航空器可接受的燃油系統(tǒng)構(gòu)型如圖4所示：

圖4 正常類旋翼航空器可接受的燃油系統(tǒng)構(gòu)型

注：按照規(guī)章的制訂意圖，當(dāng)B類旋翼航空器存在一個(gè)油箱給一臺以上發(fā)動機(jī)供油的情況時(shí)也應(yīng)當(dāng)對油箱出油口、通氣口、加油口蓋作出要求。但是規(guī)章并未就B類旋翼航空器的油箱出油口、通氣口、加油口蓋等作出補(bǔ)充規(guī)定，此處我們以規(guī)章為準(zhǔn)。

2.2 輔助動力裝置供油系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

對于運(yùn)輸類旋翼航空器，如果其輔助動力裝置需要完成飛行功能，必須有獨(dú)立的燃油系統(tǒng)，如圖5所示。

圖5 需要完成飛行功能的APU的供油

而對于不要求完成飛行功能的輔助動力裝置，則不必有獨(dú)立的燃油系統(tǒng)，可以通過三通管連接到主發(fā)動機(jī)的供油裝置上來供油(見圖6)。

圖6 不需要完成飛行功能的APU的供油

如果輔助動力裝置供油系統(tǒng)通過三通管連接到主發(fā)動機(jī)的供油裝置上，則該輔助動力裝置供油系統(tǒng)中應(yīng)包含燃油切斷閥。該燃油切斷閥的位置應(yīng)靠近輔助動力裝置系統(tǒng)與主發(fā)動機(jī)燃油系統(tǒng)的連接點(diǎn)，并且，輔助動力裝置燃油系統(tǒng)中應(yīng)包括一個(gè)單向閥，如果主發(fā)動機(jī)燃油系統(tǒng)存在瞬時(shí)負(fù)壓力，則該閥應(yīng)能防止燃油倒流，如圖7所示。

圖7 APU切斷閥的位置

適航規(guī)章并未就正常類旋翼航空器的輔助動力裝置燃油系統(tǒng)獨(dú)立性作出規(guī)定。

2.3 其它注意事項(xiàng)

注意確保飛行手冊程序中不允許正常使用違反發(fā)動機(jī)隔離原則的燃油系統(tǒng)構(gòu)型[3-4]。圖8中的交輸供油閥在燃油系統(tǒng)的正常運(yùn)行中是不允許打開的。

當(dāng)燃油系統(tǒng)部件出現(xiàn)故障時(shí)(如增壓泵故障)，通過使用公共燃油通路來保證所有發(fā)動機(jī)連續(xù)安全工作。這種設(shè)計(jì)是可以允許的，例如當(dāng)左油箱的增壓泵出故障時(shí)，可以通過打開交輸供油閥來確保左發(fā)動機(jī)正常工作。

對于包含交輸供油特性的供油管路，還必須確保打開交輸供油不得影響發(fā)動機(jī)的正常工作。例如，如果交輸閥是由一臺發(fā)動機(jī)供油管路的低壓信號自動操作的，則應(yīng)該考慮油路的漏油可能造成交輸閥打開并危及兩臺發(fā)動機(jī)連續(xù)安全工作的可能性。對于圖8中情況，如果左邊發(fā)動機(jī)供油管路漏油，則需要打開交輸供油閥，由右邊油箱給左發(fā)動機(jī)供油。此時(shí)應(yīng)考慮打開交輸供油閥是否會使右發(fā)動機(jī)的供油能力不足，從而影響右發(fā)動機(jī)的安全工作。

圖8 交輸供油的情況

此外，對于正常類旋翼航空器，油箱加油口蓋應(yīng)當(dāng)有防差錯(cuò)設(shè)計(jì)。通常應(yīng)當(dāng)只有一種安裝和鎖緊加油口蓋的方法；設(shè)計(jì)中應(yīng)確保在飛行前，目視檢查能確定口蓋的正確安裝和鎖緊。

3 與軍機(jī)設(shè)計(jì)要求對比分析

為使設(shè)計(jì)人員了解軍民機(jī)要求之間的差異，便于后續(xù)軍機(jī)適航工作的開展，下面我們對燃油系統(tǒng)獨(dú)立性相關(guān)軍民機(jī)條款要求進(jìn)行對比。軍用直升機(jī)目前沒有燃油系統(tǒng)獨(dú)立性相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)中一般參考飛機(jī)燃油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范。飛機(jī)燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范中與燃油系統(tǒng)獨(dú)立性相關(guān)的規(guī)范為GJB 1003A-2006《飛機(jī)燃油系統(tǒng)通用規(guī)范》。該軍用規(guī)范的3.2.1條b項(xiàng)規(guī)定：“在多發(fā)動機(jī)的飛機(jī)上，對每一臺發(fā)動機(jī)通常應(yīng)提供一個(gè)獨(dú)立的供油箱和獨(dú)立的供油系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)能切斷向任意一臺發(fā)動機(jī)(或數(shù)臺發(fā)動機(jī))供油，而對其余發(fā)動機(jī)的供油無不利的影響。飛機(jī)燃油系統(tǒng)應(yīng)具有交叉供油能力?！睂⑸鲜鲕姍C(jī)要求與燃油系統(tǒng)獨(dú)立性適航條款加以對照、分析，我們建立了燃油系統(tǒng)獨(dú)立性軍民機(jī)要求對比表，如表1所示。

表1 燃油系統(tǒng)獨(dú)立性軍民機(jī)要求對比表

注：對于最大重量等于或小于3180kg并且乘客座位數(shù)不大于9座的多發(fā)旋翼航空器，可以按照27.953條進(jìn)行審查。但如果申請用于A類運(yùn)行的型號合格審定則必須符合29.953條的A類要求。

根據(jù)表1可知，軍機(jī)要求與適航要求內(nèi)容大致相同：都要求對每臺發(fā)動機(jī)提供一個(gè)獨(dú)立的供油系統(tǒng)。軍機(jī)要求更側(cè)重于性能：要求燃油系統(tǒng)應(yīng)具有交叉供油能力。適航要求則更側(cè)重于安全：不要求具有交叉供油能力，但如果能交叉供油則必須確保不會影響另一臺發(fā)動機(jī)的供油能力。此外適航要求還考慮了申請人的承受能力，對于不同類型的直升機(jī)分別提出要求，而軍機(jī)規(guī)范則不需要考慮成本，對所有飛機(jī)提出同樣的要求。

4 燃油系統(tǒng)獨(dú)立性設(shè)計(jì)實(shí)例分析

對于燃油系統(tǒng)獨(dú)立性，所采取的符合性方法為MOC1。對于這一條款，局方主要關(guān)心從油箱開始到發(fā)動機(jī)燃油進(jìn)口之間，各個(gè)發(fā)動機(jī)的供油是否是獨(dú)立的。下面我們以AC313型機(jī)為例，說明在工程中設(shè)計(jì)是如何對適航要求進(jìn)行符合的。

該型機(jī)為20座，最大起飛重量13.8噸的大型運(yùn)輸直升機(jī)，應(yīng)滿足29部E分部中的A類要求，燃油系統(tǒng)獨(dú)立性方面適航要求如下：

“(a)對A 類旋翼航空器必須滿足下列要求：

(1)燃油系統(tǒng)必須滿足第29.903 條(b)的要求；

(2)除非采用其它措施滿足本條(a)(1)的要求，否則燃油系統(tǒng)向每臺發(fā)動機(jī)供油都必須通過與其它發(fā)動機(jī)供油系統(tǒng)相獨(dú)立的系統(tǒng)供油。

(b)對多發(fā)B 類旋翼航空器，每個(gè)燃油系統(tǒng)必須滿足本條(a)(2)的要求，然而不必向每臺發(fā)動機(jī)提供單獨(dú)的油箱。”

該型機(jī)應(yīng)滿足E分部的A類要求，因此上述b條款不適用。綜上所述，該型機(jī)所需要滿足的燃油系統(tǒng)獨(dú)立性要求為：“燃油系統(tǒng)向每臺發(fā)動機(jī)供油都必須通過與其它發(fā)動機(jī)供油系統(tǒng)相獨(dú)立的系統(tǒng)供油。”

該型機(jī)燃油系統(tǒng)由發(fā)動機(jī)供油子系統(tǒng)、油箱子系統(tǒng)、通氣子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)輸子系統(tǒng)及燃油測量子系統(tǒng)等組成，可按飛行剖面的要求，貯存完成飛行任務(wù)所需的噴氣燃料，并在直升機(jī)的飛行包線內(nèi)，按照發(fā)動機(jī)的入口要求，向發(fā)動機(jī)連續(xù)供油。

燃油貯存在三組油箱里，油箱安裝在貨艙地板下的油箱艙內(nèi)，其中1、2號油箱為前組，供給1號發(fā)動機(jī)；3、4、5號油箱為中組，供給3號發(fā)動機(jī)；6、7、8號油箱為后組，供給2號發(fā)動機(jī)和APU。每組油箱和油箱艙都有各自的通氣系統(tǒng)與大氣相通，使油箱內(nèi)、外壓力平衡，保證系統(tǒng)正常工作。每組油箱有一個(gè)主油箱，其它油箱中的燃油通過油箱底部的連通管輸送給主油箱，在2#、3#、6#主油箱內(nèi)設(shè)置一個(gè)供油箱，通過供油箱內(nèi)的兩臺增壓泵將燃油輸送給發(fā)動機(jī)。

供油系統(tǒng)由三條供油管路及其成﹑附件組成，每條管路向所對應(yīng)的一臺發(fā)動機(jī)和APU供油。燃油經(jīng)增壓泵、單向活門、防火開關(guān)、APU切斷閥、APU增壓泵等附件供給發(fā)動機(jī)和APU。而輔助動力裝置不要求完成飛行功能，無需獨(dú)立的燃油系統(tǒng)。根據(jù)上述分析可知，該設(shè)計(jì)方案確保了每臺發(fā)動機(jī)有獨(dú)立的供油系統(tǒng)，滿足了燃油系統(tǒng)獨(dú)立性適航要求。

5 總 結(jié)

本文對直升機(jī)燃油系統(tǒng)獨(dú)立性適航要求進(jìn)行了詳細(xì)解讀，指出了設(shè)計(jì)中需要注意的事項(xiàng)，進(jìn)行了燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合性分析，還將適航要求與軍機(jī)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了比較分析。對直升機(jī)設(shè)計(jì)、制造、審定人員具有一定的參考和指導(dǎo)價(jià)值。

[1] 中國民用航空總局，編. 中國民用航空規(guī)章第27部正常類旋翼航空器適航規(guī)定[S] . 2002.

[2] 中國民用航空總局，編. 中國民用航空規(guī)章第29部運(yùn)輸類旋翼航空器適航規(guī)定[S] . 2002.

[3] FAA. Advisory Circular No:29-2C Certification of Transport Category Rotorcraft [S]. America: Federal Aviation Administration,2014.

[4] FAA. Advisory Circular No:27-1b Certification of Normal Category Rotorcraft [S]. America: Federal Aviation Administration,2014.

The Study on Civil Helicopter Fuel System Independence

GU Xin, DONG Hongqing

(China Helicopter Research and Development Institute, Jingdezhen 333001，China)

On the basis of airworthiness regulations ,the understanding of fuel system independence was discussed .Then we took certification type helicopter as an example to show that how the requirement was met. The difference between military specification and airworthiness regulations was also discussed .

civil helicopter; airworthiness; fuel system independence

2015-01-21

顧 新(1988-)男，江蘇鹽城人，碩士，助理工程師，主要研究方向：民用直升機(jī)適航，系統(tǒng)安全性分析。

1673-1220(2015)04-034-04

V221+.91

A