民用飛機輔助動力裝置排液驗證試驗方法研究

劉 大 李 瑜 章 弘 劉 林 / Liu Da Li Yu Zhang Hong Liu Lin

(上海飛機設(shè)計研究院，上海 201210)

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民用飛機輔助動力裝置排液驗證試驗方法研究

劉 大 李 瑜 章 弘 劉 林 / Liu Da Li Yu Zhang Hong Liu Lin

(上海飛機設(shè)計研究院，上海 201210)

民用飛機輔助動力裝置(APU)排液驗證試驗涉及APU系統(tǒng)、總體布置及氣動外形設(shè)計、APU艙結(jié)構(gòu)和后尾錐結(jié)構(gòu)等多個專業(yè)，屬于整機集成驗證問題，是國內(nèi)外民機取證過程中的共性難點。對民用飛機APU排液驗證試驗方法進(jìn)行了研究，給出了APU排液地面試驗和飛行試驗時相關(guān)測試改裝、試驗方法的技術(shù)要點以及試驗結(jié)果的符合性判據(jù)。

APU；排液試驗;民用飛機

0 引言

民用飛機輔助動力裝置(Auxiliary Power Unit，簡稱APU)排液驗證試驗(包括地面試驗和飛行試驗)不僅涉及APU系統(tǒng)排液的系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計，還涉及APU排液管的總體布置及氣動外形設(shè)計、APU艙結(jié)構(gòu)和后尾錐結(jié)構(gòu)(處于可燃液體排放路徑所在區(qū)域)等多個專業(yè)，屬于整機設(shè)計和集成問題，需要各專業(yè)協(xié)調(diào)合作才能完成。相關(guān)資料顯示，APU排液驗證試驗是國內(nèi)外民機取證過程中的共性難點，很多同類機型在APU排液驗證試驗中均出現(xiàn)過問題并導(dǎo)致了設(shè)計更改及項目延遲。例如，最新型的波音波音787飛機因為APU排液驗證試驗未能通過而進(jìn)行了設(shè)計更改，在尾錐末端增加了導(dǎo)流條，如圖1所示。

1 相關(guān)適航條款

APU排液驗證試驗主要與CCAR25.863條款和CCAR25.1187條款相關(guān)[1]。CCAR25.863條款主要針對可燃液體或蒸氣可能因液體系統(tǒng)滲漏而逸出的區(qū)域規(guī)定了防火安全要求，而CCAR25.1187主要針對火區(qū)的排液和通風(fēng)規(guī)定了相關(guān)的適航要求。APU艙既是可燃液體泄露區(qū)同時也是火區(qū)，需要同時滿足以上兩個條款的要求，具體如下：

(1)當(dāng)需要排放時，在預(yù)期液體會存在的各種情況下，必須是有效的。

(2)必須布置成使放出的液體不會增加著火危險。

除非有充分的理由和依據(jù)，一般都應(yīng)通過地面試驗和飛行試驗的方法對APU艙排液系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行驗證，以便早期暴露或發(fā)現(xiàn)APU艙排液系統(tǒng)設(shè)計和制造的缺陷與不足，盡早進(jìn)行設(shè)計更改與完善。

2 測試改裝

為模擬可能的可燃液體泄漏，飛機上應(yīng)安裝染色水噴射系統(tǒng)，即向APU艙內(nèi)的不同區(qū)域噴射一定量的染色水。典型的染色水噴射系統(tǒng)如圖2所示，由水泵、水箱、調(diào)節(jié)閥、閥門、管路、電氣控制系統(tǒng)以及流量測量裝置等組成。

圖2 染色水噴射系統(tǒng)原理圖

染色水噴射系統(tǒng)應(yīng)在APU艙內(nèi)分布不同的噴嘴，以模擬各種潛在的可燃液體泄漏點?？扇家后w泄漏點的位置應(yīng)基于可燃液體泄漏源的分析結(jié)果確定。典型的可燃液體泄漏點如下：

(1)燃油泵/燃油模塊；

(2)燃油管路接頭；

(3)滑油箱放油口。

染色水噴射流量應(yīng)基于泄漏量分析結(jié)果確定，同時考慮排液試驗試飛結(jié)果的有效性。對于APU艙底部結(jié)構(gòu)聯(lián)通的構(gòu)型，典型的APU艙內(nèi)染色水噴射總流量為3.79L/min(1gallon/min)[2]。

3 地面試驗

飛行試驗之前，應(yīng)進(jìn)行APU艙排液地面試驗，以驗證APU艙內(nèi)液體可以被有效排出而無危險量的積存，并評估地面狀態(tài)時液體排放路徑是否安全。

3.1 試驗方法

在進(jìn)行地面試驗時，應(yīng)使飛機處于地面靜止?fàn)顟B(tài)，向APU艙內(nèi)注入一定量(通常是1 UKgal～ 4UKgal)的液體，同時在APU艙排液管出口處對排出的液體進(jìn)行收集。試驗前后，需對APU艙排液口及周圍排液情況進(jìn)行拍照，并檢查APU艙內(nèi)部液體積存情況。

進(jìn)行該試驗時，應(yīng)綜合考慮APU艙內(nèi)可燃液體泄露的可能性及可燃液體排放的嚴(yán)酷性，決定是否起動APU。

(1)APU艙內(nèi)可燃液體泄露的可能性。對于APU開車狀態(tài)，存在可燃液體泄露的可能；對于APU關(guān)車狀態(tài)，如果APU艙內(nèi)僅布置有APU燃油供給系統(tǒng)，沒有布置液壓管路等其他可燃液體輸送系統(tǒng)，并且APU關(guān)車時可以保證APU艙內(nèi)燃油供給切斷，那么顯然在APU關(guān)車狀態(tài)時APU艙內(nèi)不可能有可燃液體泄露，也就無需對關(guān)車狀態(tài)進(jìn)行試驗試飛驗證。

(2)可燃液體排放的嚴(yán)酷性。如果能通過分析，或者前期研發(fā)試飛的結(jié)果可以表明APU開車/關(guān)車狀態(tài)時試驗條件更嚴(yán)酷，則只需要進(jìn)行APU開車/關(guān)車一個狀態(tài)的驗證；如果無法表明哪一種狀態(tài)更嚴(yán)酷，則兩個狀態(tài)都需要進(jìn)行試驗驗證。

3.2 試驗判據(jù)

CCAR25.863條款和CCAR25.1187條款并未對“無危險量的積存”做出定量的規(guī)定，對于液體排放路徑是否安全也往往基于工程判斷。一般而言，以下幾條要求經(jīng)常被作為APU排液地面驗證試驗的符合性判據(jù)：

(1)在10min內(nèi)，收集到的液體量占APU艙內(nèi)液體總噴射量的90%以上；

(2)APU艙內(nèi)單個積液點液體積存量不超過44ml(1.5 ounces)；

(3)液體排放路徑不會產(chǎn)生顯著的其他危害。

4 飛行試驗

只有地面排液試驗獲得批準(zhǔn)后方可進(jìn)行飛行試驗。APU排液試飛用于驗證在各種可能的飛行條件下，APU艙液體排放路徑不會產(chǎn)生其他危害。為避免濕氣影響排液路徑，飛行試驗不可在有可見濕氣(包括云)時進(jìn)行。

4.1 試飛方法

在飛機各種可能的運行條件下(包括滑行、起飛、爬升、巡航、側(cè)滑、盤旋、下降、進(jìn)近、著陸等)，均注入一定量(通常是1gallon/min)的染色水，注入時間30s～120s。試驗前后，需對APU艙排液路徑進(jìn)行拍照。進(jìn)行該試驗時，著陸時一般開反推和不開反推兩種條件都應(yīng)進(jìn)行驗證。同樣，應(yīng)綜合考慮APU艙內(nèi)可燃液體泄露的可能性及可燃液體排放的嚴(yán)酷性，決定是否起動APU。巡航高度和速度一般選取某一特定高度和速度作為其典型代表。典型的APU艙排液飛行試驗條件如圖3所示。

圖3 APU排液飛行試驗示意圖

4.2 試飛判據(jù)

CCAR25.863條款和CCAR25.1187條款并未對“危害”給出明確定義，因此審查代表往往基于主觀的工程判斷對排液試飛結(jié)果的符合性進(jìn)行評判。一般情況下，液體進(jìn)入以下區(qū)域是不可接受的：

(1)客艙，貨艙；

(2)任何存在潛在點火源的區(qū)域；

(3)APU艙；

(4)APU進(jìn)氣口和尾噴口；

(5)發(fā)動機進(jìn)氣口和尾噴口；

(6)附件艙或可燃液體泄漏時可能有名義點火源存在的區(qū)域，例如電子電氣艙，航燈或電池艙等；

(7)起落架艙。

5 結(jié)論

本文對民用飛機APU排液驗證試驗方法進(jìn)行了研究，給出了APU排液地面試驗和飛行試驗時相關(guān)測試改裝、試驗方法的技術(shù)要點，以及試驗結(jié)果的可接受判據(jù)等，供民機設(shè)計人員參考。

[1]中國民用航空局. CCAR25-R4 中國民用航空規(guī)章第25部：運輸類飛機適航標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京：中國民用航空局，2009.

[2] Draft Advisory Circular AC No. 25.863-1 Flammable Fluid Fire Protection.

Research on APU Fluid Drainage Certification Test Methods of Civil Aircraft

(Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai 201210,China)

Auxiliary power unit (APU) fluid drainage certification test for civil aircraft is one of the most difficult issues during civil aircraft certification. As an aircraft integration test, it is involved with APU system design, aircraft general layout design, aerodynamic design, APU compartment and tailcone structure design, etc. The paper studies auxiliary power unit (APU) fluid drainage certification test , and the key technology points for relevant test methods, modification and instrumentation and the compliance criteria during ground and flight tests are obtained.

APU; fluid drainage test; civil aircraft

V228

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