JSSG-2007軍用飛機引氣污染要求淺析

胡 毅 呂 寶 李毓峰

（中國飛行試驗研究院，陜西 西安 710089）

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JSSG-2007軍用飛機引氣污染要求淺析

胡 毅 呂 寶 李毓峰

（中國飛行試驗研究院，陜西 西安 710089）

[摘要]詳細分析了JSSG-2007中引氣污染驗證的理由、指導以及相關經(jīng)驗，并對國內(nèi)相關的軍用標準和民機開展的相關驗證進行了梳理，希冀能為試飛階段開展相關驗證工作提供參考。

[關鍵詞]軍用飛機；引氣污染；要求

[收修訂稿日期] 2016-01-15

基金編號：2013F63054R

20世紀六、七十年代飛行員座艙環(huán)境控制用氣量較小，主要用于座艙通風和增壓、座艙供氣溫度調(diào)節(jié)等。隨著飛機設備增加，如電子設備通風冷卻、飛機燃油系統(tǒng)通風增壓以及應急動力裝置的出現(xiàn)，飛機飛行時引氣量大增，以往討論發(fā)動機問題時認為引氣量可忽略不計，隨著飛機用氣量的增大，發(fā)動機引氣問題的重要度凸顯。在以往軍機進行設計定型/鑒定試飛時，曾發(fā)生過由于引氣污染物超標導致飛行計劃取消的先例。但目前軍機尚未開展過引氣污染物的測量與驗證，在當前軍機型號研制開展適航工作的背景下，對引氣污染物測量及評定可以為飛機艙內(nèi)環(huán)境評價提供依據(jù)，因此開展這項工作對于軍機特別是大型軍用運輸機來說具有十分重要的意義。

1 引氣污染驗證要求來源

美國國防部于2002年發(fā)布了MIL-HDBK-516B《適航性審查準則》，后又陸續(xù)發(fā)布了A版和B版，適用范圍也從空軍擴展至陸軍和海軍。MILHDBK-516B是開展軍機適航的頂層技術文件。它規(guī)定了固定翼/旋翼、有人駕駛/無人駕駛等各型軍機適航性的通用要求，主要包括系統(tǒng)工程、結構、飛行技術、推進系統(tǒng)和推進系統(tǒng)安裝、航空器子系統(tǒng)、乘員系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、航空電子、電氣系統(tǒng)、電磁環(huán)境效應、系統(tǒng)安全性、計算機資源、維修、武器/外掛綜合、乘客安全性、材料等章節(jié)，包括近800余項驗證條款。

在MIL-HDBK-516B第7章“推進系統(tǒng)和推進系統(tǒng)安裝”中第7.2.5.2.3條提出了“驗證引氣污染不會超過安全限制”的要求。并給出了該條款的指導性文件JSSG-2007《航空渦噴渦扇渦軸渦槳發(fā)動機聯(lián)合使用規(guī)范指南》。

2 JSSG-2007引氣污染要求分析

聯(lián)合軍種規(guī)范指南（JSSG）是美國國防部頒布的用于發(fā)展項目性能的規(guī)范模板，其源于冷戰(zhàn)結束后美國國防部開展實行經(jīng)濟上可承受的國防采辦策略。JSSG系列由MIL規(guī)范轉換而來。JSSG系列共包括10多份指南，可分為3個層次，如圖1所示。在JSSG系列指南的第3章提供了相關系統(tǒng)的各項內(nèi)容要求，并對每項內(nèi)容驗證的理由、指導進行了說明。JSSG系列指南的第4章主要就每項內(nèi)容如何開展驗證進行了說明。

1998年，美軍發(fā)布了JSSG-2007《航空渦噴渦扇渦軸渦槳發(fā)動機聯(lián)合使用規(guī)范指南》，在JSSG-2007第A.3.1.1.7.1節(jié)和A.4.1.1.7.1節(jié)中對引氣污染物的種類及最高容許濃度、來源、危害及評估、發(fā)動機狀態(tài)、測量位置、采樣間隔和檢測機構、引氣污染物驗證的重點等方面進行了簡要的說明。

2.1 引氣污染物的種類及最高容許濃度

JSSG-2007第A.3.1.1.7.1節(jié)中說明：“航空渦輪發(fā)動機壓氣機提供的引氣通常為座艙空調(diào)所使用，因

此供應的引氣必須有低于限定值的污染物濃度以確保不會對機組人員的健康造成危害，或者影響到機組人員執(zhí)行任務的能力?！睆倪@段說明可以看出，開展引氣污染物測量與驗證的目的主要是考慮其對人的影響。在JSSG-2007第A.3.1.1.7.1節(jié)中列出了一氧化碳、二氧化碳、乙醇、丙烯醛、臭氧等12種主要的引氣污染物，并對每種引氣污染物的最高容許濃度做出了規(guī)定（見表1）。此外還規(guī)定：“引氣中由發(fā)動機產(chǎn)生的有害污染物總量不能超過5mg/m3?！?/p>

JSSG-2007第A.3.1.1.7.1節(jié)還規(guī)定：“對于進入引氣中的其它污染物，發(fā)動機制造商應當在使用維護過程中報告其濃度（體積濃度ppm）并確定其最高容許濃度?！绷硗釰SSG-2007第A.3.1.1.7.1節(jié)還指出：“表中所列出的引氣污染物的最高容許濃度是由美國政府工業(yè)衛(wèi)生聯(lián)合會（ACGIH）確定的，這個最高容許濃度對于在這種環(huán)境中持續(xù)工作達8小時的人來說是安全的?！?/p>

圖1 JSSG系列指南

2.2 引氣污染物的來源

對于引氣污染物的來源，JSSG-2007第A.3.1.1.7.1節(jié)中說明：“引氣污染的主要來源是發(fā)動機滑油和它的分解產(chǎn)物組成，引氣污染在高壓比的發(fā)動機上尤其顯著，這是因為空氣溫度在370℃至425℃時足夠造成滑油的分解。”此外還特別說明：“在發(fā)動機正常維護時按規(guī)范使用的清洗液，也需要考慮對發(fā)動機引氣污染的影響?！被透邷胤纸猱a(chǎn)物通過引氣管路進入空調(diào)系統(tǒng)是造成引氣污染的主要原因。水洗發(fā)動機用清洗液是清洗劑和水的混合物，水洗后會有殘留，在頭幾次開車時會造成引氣污染，但這種污染會隨著發(fā)動機的使用逐漸減弱。除了這兩種來源外，在飛機的日常使用中，尾風過大時將排氣吹到前面再由發(fā)動機吸入引氣系統(tǒng)也可能造成一氧化碳和二氧化碳等短時超標，但這種情況對引氣污染程度較為輕微且影響時間短暫，正常情況下一般不予考慮。

2.3 引氣污染物的危害及評估

對于引氣污染物對機組人員造成的危害，JSSG-2007第A.3.1.1.7.1節(jié)進行了簡單說明：“當滑油分解產(chǎn)物（有機羥基和有機過氧化氫化合物）濃度達到了0.5ppm～1.0ppm時，在這種引氣環(huán)境中呼吸的人會受到嚴重的刺激、惡心和嘔吐?！睂τ诒?中所列出的12種引氣污染物，JSSG-2007只是給出了不能超過的最高容許濃度，并沒有給出不同濃度條件下對機組人員的健康和執(zhí)行力的影響程度。

2.4 發(fā)動機狀態(tài)

JSSG-2007第A.4.1.1.7.1節(jié)中規(guī)定：“引氣污染水平應當在發(fā)動機冷轉、最大連續(xù)狀態(tài)和最大功率設置等工作狀態(tài)下進行驗證?！?/p>

2.5 測量位置

JSSG-2007第A.4.1.1.7.1節(jié)中規(guī)定：“引氣樣本應從引氣的進口處和發(fā)動機進氣口處進行采集?！睖y量的位置如何選取、測量點數(shù)量如何布置，這些都需要相關的標準進行支撐。在查找到的相關標準中，GB/T 18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》中關于室內(nèi)污染物的測量中規(guī)定：“檢測點的數(shù)量可以根據(jù)室內(nèi)面積大小和現(xiàn)場情況確定，以期能正確反映室內(nèi)空氣污染物的水平，原則上小于50m2應設1個～3個點，50m2～100m2設3個～5個點，100m2以上至少設5個點?！币虼嗽谶M行引氣污染物的測量時，機上測量點的布置和數(shù)量是否也可以參考國標制定相關的要求。

2.6 采樣間隔及檢測機構

JSSG-2007第A.4.1.1.7.1節(jié)中規(guī)定：“在試驗持續(xù)過程中定時采集?！辈蓸娱g隔如何確定沒有進行明確的規(guī)定。

JSSG-2007第A.4.1.1.7.1節(jié)中規(guī)定：“采集的引氣樣本需提交給具備資質(zhì)的化學分析實驗室進行檢測?！标P于實驗室的資質(zhì)如何確定，應該給出資格認定標準。此外，依據(jù)現(xiàn)有的成熟檢測設備并參照民機在氣體測量方面的相關經(jīng)驗，對于引氣污染物的測量，采用在線檢測的方法應該更為高效。

2.7 引氣污染物驗證的難點

1）JSSG-2007第A.3.1.1.7.1節(jié)中規(guī)定：“當超過兩種或兩種以上由發(fā)動機引氣產(chǎn)生的污染物出現(xiàn)疊加效應時應當確定并報告。在缺乏相關信息的情況下，不同污染物之間的疊加效應應當附加考慮。”如何確定并評估兩種或兩種以上引氣污染物的疊加效應并進行測量是一個比較復雜的問題，需進行深入分析研究。

而對于疊加效應的評估方法，GJB 59.89-2011《裝甲車輛試驗規(guī)程第89部分：車內(nèi)有害氣體測定》相關方法可以借鑒：“當兩種或兩種以上有害氣體共同作用同一器官、系統(tǒng)或具有相同的毒性作用并已知這些有害氣體可產(chǎn)生疊加作用時，則應按公式（1）計算，進行評估?！?/p>

式中：

K—各種有害氣體所測得的濃度與其時間加權平均容許濃度比值之和；

L1，L2，…Ln—各種有害氣體所測得的平均濃度；

E1，E2，…En—各種有害氣體相應的時間加權平均容許濃度。

當K≤1時，表示未超過時間加權平均容許濃度，符合衛(wèi)生學要求；反之，當K＞1時，表示超過時間加權平均容許濃度，不符合衛(wèi)生學要求。

2）JSSG-2007第A.3.1.1.7.1節(jié)中規(guī)定：“在水洗發(fā)動機時按規(guī)范使用的清洗液，也要考慮其對發(fā)動機引氣污染的影響。”水洗發(fā)動機后清洗液以何種污染物形式混入引氣，清洗液污染物的影響程度如何確定，并且目前也尚未查找到民機開展此項工作的相關信息，因此這也是開展引氣污染驗證需要研究的重點。

3）JSSG-2007第A.4.1.1.7.1節(jié)中規(guī)定：“必須考慮采取最適宜的方法評估在高空時發(fā)動機的引氣污染水平。”在現(xiàn)有的國軍標中，沒有相關評價體系/指標對飛機引氣污染水平進行評價。但在其他裝備所發(fā)布的標準中（如GJB 4400-2002《飛船乘員艙有害氣體評價標準和評價方法》），有對空氣污染水平進行評價的定量指標和定性描述。因此如何建立一種有效的評估體系/指標對飛機引氣污染水平進行定性/定量評價需進行深入分析與研究。

3 GJB 241A-2010驗證要求及民機驗證現(xiàn)狀

3.1 GJB 241A-2010引氣污染物驗證要求

在軍機設計定型/鑒定試飛中，目前尚未開展過引氣污染物濃度的測量。但在某型飛機設計定型試飛階段曾發(fā)生過引氣污染導致飛行計劃取消的先例。因此，在軍機適航試飛時對引氣污染物進行測量與評定很有必要。

在目前已發(fā)布的國軍標中，僅GJB 241A-2010《航空渦輪噴氣和渦輪風扇發(fā)動機通用規(guī)范》第3.1.3.13.4節(jié)對引氣污染提出了要求，其說明如下：“飛機用引氣中所含發(fā)動機產(chǎn)生的污染物，其最高容許濃度見表1。發(fā)動機承研單位應對引氣進行分析，以證明污染物未超過規(guī)定的極限，若引氣中含有下列物質(zhì)以外的污染物，則承研單位應寫出報告（說明物質(zhì)名稱和濃度）給使用部門以確定最大極限值，若發(fā)動機產(chǎn)生的物質(zhì)為兩種或兩種以上，應確定和報告它們的綜合效果。在未作說明的情況下，不同物質(zhì)的混合作用應認為是疊加的。如果在正常發(fā)動機維護中規(guī)定使用清洗液，則應考慮給出它們對引氣污染的影響?！?/p>

對表1中兩標準對比可以發(fā)現(xiàn)：GJB 241A-2010中規(guī)定的臭氧最高容許濃度為0.1ppm；而JSSG-2007中規(guī)定的臭氧最高容許濃度則較為嚴苛，為0.05ppm。除此之外，GJB 241A-2010中所規(guī)定的污染物種類及最高容許濃度與JSSG-2007完全一致。GJB 241A-2010對于引氣污染物的要求也基本參照JSSG-2007第A.3.1.1.7.1節(jié)中的要求，但對于如何開展引氣污染物的測量與評定進行說明。

3.2 民機試飛驗證現(xiàn)狀

雖然軍機尚未開展過引氣污染物的測量與評定，但試飛院在民機氣體測量上已經(jīng)開展了相關的飛行試驗驗證。根據(jù)CCAR 25.831(b)條的要求：“一氧化碳在空氣中濃度超過1/20000即認為是危險的；二氧化碳濃度不得超過0.5%?！盇RJ21-700飛機在型號合格審定試飛過程中，開展了艙內(nèi)一氧化碳、二氧化碳濃度測量飛行試驗。在試飛過程中，分別在APU引氣、發(fā)動機引氣（發(fā)動機最大連續(xù)狀態(tài)、發(fā)動機按需）以及模擬空調(diào)系統(tǒng)故障的情況下進行了測量，全機共布置了4個測量點，駕駛艙布置1個，客艙布置3個（沿中心軸線均勻分布），采樣點高度約為1.4m（基本處在人在艙內(nèi)正常坐姿時呼吸帶的高度），在飛行過程中爬升、巡航、下降等階段按照一定的采樣間隔分別進行了測量。經(jīng)過試飛驗證表明：ARJ21-700飛機一氧化碳、二氧化碳濃度滿足CCAR 25部要求。

同JSSG-2007引氣污染要求相比，CCAR 25部僅僅對一氧化碳、二氧化碳和臭氧等3種氣體提出了驗證要求，給出了最高容許濃度，其中臭氧的最高容許濃度要求都不如JSSG-2007規(guī)定的最高容許濃度嚴苛（最高容許濃度為0.05ppm），而一氧化碳和二氧化碳換算成體積濃度后分別為50ppm 和5000ppm，與JSSG-2007規(guī)定的最高容許濃度一致。對于其它引氣污染物，CCAR 25部沒有相關條款要求進行測量與評價。

4 結束語

隨著部隊對軍機安全性和作戰(zhàn)效能的要求越來越高，開展軍機適航試飛驗證是軍機型號設計定型試飛的必然選擇，但目前我國還沒有形成完善的軍機適航管理體系和技術體系，在開展軍機適航驗證工作時缺乏必要的標準支撐和技術指導。在引氣污染驗證要求方面，雖然發(fā)布了GJB 241A-2010《航空渦輪噴氣和渦輪風扇發(fā)動機通用規(guī)范》，但該標準并沒有對如何開展驗證提出具體的要求。而在目前所發(fā)布的國軍標中，陸海及航天裝備都有相對系統(tǒng)完善的方法對空氣污染物進行測量與評估，因此，開展軍機引氣污染測量與評估工作很有必要且勢在必行。對此可以充分借鑒JSSG-2007軍機引氣污染驗證的相關要求，并參考相關國標、國軍標中氣體測量和評估方法以及民機的相關經(jīng)驗開展前期研究，為在試飛階段進行引氣污染測量與評估提供有益的參考。

[參考文獻]

[1] 項勇，何鐘武. 現(xiàn)代軍用航空器適航審定要求概述 [J]. 航空標準化與質(zhì)量，2010（2）.

（編輯：雨晴）

[中圖分類號]T-65

[文獻標識碼]C

[文章編號]1003-6660（2016）03-0048-04

[DOI編碼]10.13237/j.cnki.asq.2016.03.014

[基金項目]中航工業(yè)集團技術創(chuàng)新基金