航空發(fā)動(dòng)機(jī)CCAR33-R2.75條款適航符合性驗(yàn)證方法

喬　磊，李艷軍，曹愈遠(yuǎn)，趙蘇陽，許振騰，汪　雷

（南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院，南京210016）

航空發(fā)動(dòng)機(jī)CCAR33-R2.75條款適航符合性驗(yàn)證方法

喬磊，李艷軍，曹愈遠(yuǎn)，趙蘇陽，許振騰，汪雷

（南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院，南京210016）

針對航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航取證的安全性需求，對航空發(fā)動(dòng)機(jī)CCA R33-R2.75適航條款進(jìn)行了解讀與分析，明確了該條款的驗(yàn)證要求和方法。將功能危險(xiǎn)分析法、故障樹分析法和故障模式與影響分析法運(yùn)用到該驗(yàn)證方法中，并提出了航空發(fā)動(dòng)機(jī)CCA R33-R2.75條款適航符合性驗(yàn)證的流程。最后對某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行實(shí)例分析，驗(yàn)證了發(fā)動(dòng)機(jī)不可控火情對CCA R33-R2.75條款的符合性。該安全性驗(yàn)證方法能夠?yàn)楹娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)CCA R33-R2.75條款適航符合性驗(yàn)證提供支持。

CCA R33-R2.75；適航符合性；驗(yàn)證方法；航空發(fā)動(dòng)機(jī)

0　引言

CCAR33-R2《航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定》是航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制必須滿足的最低安全標(biāo)準(zhǔn)。CCAR33-R2.75是其中的第75項(xiàng)條款，該條款明確規(guī)定了發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性要求。

目前國內(nèi)還沒有對CCAR33-R2.75適航符合性驗(yàn)證的經(jīng)驗(yàn)，本文詳細(xì)介紹了航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定CCAR33-R2.75條款的驗(yàn)證要求和方法，結(jié)合適航條款要求和目前某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)CCAR33-R2.75適航符合性驗(yàn)證的思路，把功能危險(xiǎn)分析法、故障樹分析法和故障模式與影響分析法運(yùn)用到該驗(yàn)證方法中，提出了航空發(fā)動(dòng)機(jī)CCAR33-R2.75條款適航符合性驗(yàn)證的流程，并進(jìn)行了實(shí)例分析。

1　CCAR33-R2.75條款驗(yàn)證要求［1］

1.1要求內(nèi)容

（1）危害性發(fā)動(dòng)機(jī)后果的預(yù)期發(fā)生概率不超過極小可能概率（1E-7～1E-9次/發(fā)動(dòng)機(jī)飛行小時(shí)）。

（2）重要發(fā)動(dòng)機(jī)后果的預(yù)期發(fā)生概率不超過微小可能概率（1E-5～1E-7次/發(fā)動(dòng)機(jī)飛行小時(shí)）。

1.2危害等級定義

CCAR33-R2.75條款將發(fā)動(dòng)機(jī)故障危害分為3個(gè)等級：

（1）1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)失效，惟一后果是該發(fā)動(dòng)機(jī)部分或全部喪失功率（和相關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)使用狀態(tài)有關(guān)），這種喪失效應(yīng)是輕微的發(fā)動(dòng)機(jī)后果。

（2）危害的發(fā)動(dòng)機(jī)后果：非包容的高能碎片；通過發(fā)動(dòng)機(jī)引氣引入的有毒物質(zhì)濃度較高使機(jī)組人員或乘客失去能力；較大的與駕駛員命令的推力方向相反的推力；不可控火情；發(fā)動(dòng)機(jī)安裝系統(tǒng)失效，導(dǎo)致非故意的發(fā)動(dòng)機(jī)脫開；如果適用，發(fā)動(dòng)機(jī)引起的螺旋槳脫開；完全失去發(fā)動(dòng)機(jī)停車能力。

（3）嚴(yán)重程度介于（1）和（2）之間的后果是重要發(fā)動(dòng)機(jī)后果。

2　CCAR33-R2.75條款符合性驗(yàn)證方法

適航部門認(rèn)可的10種符合性驗(yàn)證方法見表1。

表1　符合性方法代碼、名稱和使用說明

以上10種方法是審定航空器的常見方法，在發(fā)動(dòng)機(jī)審查中，可以根據(jù)基礎(chǔ)條款的具體要求選取其中的1種或多種組合方式來滿足條款的要求，形成審查清單［2］。

本文研究航空發(fā)動(dòng)機(jī)CCAR33-R2.75條款符合性驗(yàn)證，故選取安全評估作為該條款的驗(yàn)證方法。安全評估的方法主要有功能危險(xiǎn)分析、故障樹分析和故障模式與影響分析。

2.1功能危險(xiǎn)分析

功能危險(xiǎn)分析通過系統(tǒng)全面地按層次檢查發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和設(shè)備的功能，根據(jù)嚴(yán)重性確定這些功能相應(yīng)失效狀態(tài)形式和危害等級，以確定在其失效時(shí)，可能或誘發(fā)產(chǎn)生的潛在危險(xiǎn)及其后果。

2.2故障樹分析

故障樹分析是評價(jià)系統(tǒng)安全性的重要方法。把系統(tǒng)最不希望發(fā)生的事件作為故障樹的頂事件，用規(guī)定的邏輯符號(hào)表示，分析出導(dǎo)致頂事件發(fā)生的直接原因，并逐步深入分析，直到找出基本原因，即故障樹的底事件。這些事件又稱為基本事件，如果其數(shù)據(jù)己知，或者己經(jīng)有過統(tǒng)計(jì)或試驗(yàn)的結(jié)果，就可以通過故障樹的運(yùn)算從所有底事件的定量數(shù)據(jù)中求得全系統(tǒng)的安全性。

2.3故障模式與影響分析

故障模式與影響分析是對故障樹分析中確定的基本事件及其發(fā)生概率進(jìn)行的支持分析，通過分析基本事件的故障模式及其發(fā)生概率為進(jìn)行故障樹定量分析提供支持，最終確定發(fā)動(dòng)機(jī)是否滿足安全性要求［3-9］。

3　CCAR33-R2.75條款符合性驗(yàn)證

CCAR33-R2.75條款符合性驗(yàn)證主要有以下步驟：

（1）對發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)進(jìn)行功能危險(xiǎn)分析，找出功能的失效狀態(tài)并根據(jù)失效的后果確定危害等級。

（2）根據(jù)功能危險(xiǎn)分析的結(jié)果，以危害和重要的發(fā)動(dòng)機(jī)后果為頂事件進(jìn)行故障樹分析。

（3）對發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)和部件進(jìn)行故障模式與影響分析，確定各附件或零組件的故障模式及其發(fā)生概率。

（4）將對應(yīng)的發(fā)生概率帶入到故障樹的底事件中，計(jì)算出頂事件的發(fā)生概率。

（5）發(fā)動(dòng)機(jī)CCAR33-R2.75條款符合性說明。

發(fā)動(dòng)機(jī)CCAR33-R2. 75條款符合性驗(yàn)證流程如圖1所示。

圖1　CCAR33-R2.75條款符合性驗(yàn)證流程

4　CCAR33-R2.75條款適航符合性驗(yàn)證實(shí)例

以某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)為例，進(jìn)行適航驗(yàn)證，討論符合性驗(yàn)證方法的應(yīng)用效果。

4.1系統(tǒng)功能危險(xiǎn)分析

對發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行功能危險(xiǎn)分析步驟如下：

（1）確定系統(tǒng)的所有功能，包括內(nèi)部功能和交互功能。

（2）危險(xiǎn)說明。確定并描述各功能失效引發(fā)的危險(xiǎn)。

（3）分析失效狀態(tài)對發(fā)動(dòng)機(jī)的影響。

（4）確定影響等級。

發(fā)動(dòng)機(jī)部分系統(tǒng)的功能危險(xiǎn)分析見表2～4。

表2　燃油系統(tǒng)功能危險(xiǎn)分析

表3　防火系統(tǒng)功能危險(xiǎn)分析

表4　滑油系統(tǒng)功能危險(xiǎn)分析

4.2故障樹分析

故障樹分析是以發(fā)動(dòng)機(jī)危害和重要后果為頂事件進(jìn)行的，本文以發(fā)動(dòng)機(jī)不可控的火情為頂事件進(jìn)行故障樹分析，其故障樹如圖2所示。

圖2　發(fā)動(dòng)機(jī)不可控火情故障樹

4.3故障模式與影響分析

對發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)各部件按照以下步驟進(jìn)行故障模式與影響分析：

（1）確定部件所有的故障模式。

（2）分析部件出現(xiàn)該故障模式的原因，包括內(nèi)部原因和外部原因。

（3）分析故障模式對發(fā)動(dòng)機(jī)的影響。

（4）根據(jù)影響確定危害等級。

（5）查找部件的故障率。

（6）確定故障模式頻數(shù)比?？筛鶕?jù)故障率原始數(shù)據(jù)或試驗(yàn)及使用數(shù)據(jù)推出。如果沒有可利用的故障模式數(shù)據(jù)，則由分析人員根據(jù)產(chǎn)品功能分析判斷得到。

（7）計(jì)算故障模式的故障率。

發(fā)動(dòng)機(jī)部分系統(tǒng)和部件的故障模式與影響分析見表5～7。

表5　管路故障模式與影響分析

表6　燃油進(jìn)口接頭故障模式與影響分析

表7　火警探測器故障模式與影響分析

4.4分析結(jié)果

將表5～7中部件的故障率帶入故障樹中，通過計(jì)算得到頂事件的發(fā)生概率為1.686E-10/發(fā)動(dòng)機(jī)飛行小時(shí)，小于1E-7/發(fā)動(dòng)機(jī)飛行小時(shí)，滿足適航條款中的安全性要求。

5　結(jié)束語

本文以適航標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，建立了航空發(fā)動(dòng)機(jī)CCAR33-R2.75條款適航符合性的驗(yàn)證程序。并以某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)為例驗(yàn)證了發(fā)動(dòng)機(jī)不可控火情對CCAR33-R2.75的符合性。實(shí)踐證明該方法科學(xué)有效，可為航空發(fā)動(dòng)機(jī)CCAR33-R2.75條款適航符合性驗(yàn)證工作提供支持。

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（編輯：栗樞）

Research on Airworthiness Certification Method of Aeroengine Complying with CCAR33-R2.75

QIAO Lei，LI Yan-jun，CAO Yu-yuan，ZHAO Su-yang，XU Zheng-teng，WANG Lei
（College of Civil Aviation，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China）

Aiming at the security requirements of aeroengine airworthiness certification，the airworthiness terms of CCAR33-R2.75 was studied and analyzed，and the validation requirements and methods were determined.Function hazard analysis method，fault tree analysis method，failure mode method and effect analysis method were utilized in the process.The certification procedure of aeroengine was proposed complying with CCAR33-R2.75.Finally，example analysis of an aeroengine was performed，the validation of uncontrolled fire was complied with CCAR33-R2.75.The method can support the aeroengine CCAR33-R2.75 terms airworthiness compliance verification.

CCAR33-R2.75；airworthiness compliance；validation method；aeroengine

V 235.12

A

10.13477/j.cnki.aeroengine.2016.01.020

2015-02-24

喬磊（1990），男，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)槊裼冒l(fā)動(dòng)機(jī)可靠性和安全性；E-mail：741243958@qq.com。

引用格式：喬磊，李艷軍，曹愈遠(yuǎn)，等.航空發(fā)動(dòng)機(jī)CCAR33-R2.75條款適航符合性驗(yàn)證方法研究［J］.航空發(fā)動(dòng)機(jī)，2016，42（1）：99-102.QIAOLei，LI Yanjun，CAO Yuyuan，et al.Research on airworthiness certification method of aeroengine complying with CCAR33-R2.75［J］.Aeroengine，2016，42（1）：99-102.