民用運輸類飛機應急電源飛行試驗要點研究

吳浩文

摘 要：民用運輸類飛機的應急電源通常由沖壓空氣渦輪RAT和直流蓄電池組成，應急電源的飛行試驗是一項高風險科目，機組在試飛前需要對試驗要點進行充分準備。本文對風險科目應急電源飛行試驗前需要重點關注的系統(tǒng)工作特征、試驗風險評估、以及機組資源管理等方面內容進行了探討和研究，并通過實際飛行試驗案例印證其重要性。

關鍵詞：運輸類飛機 適航 應急電源 RAT 試飛

中圖分類號：V271.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（b）-0004-02

1 應急電源的系統(tǒng)概述

民用運輸類飛機電源系統(tǒng)的設計中，飛機的電源系統(tǒng)包括直流電源、交流電源和應急電源。正常情況下，飛機各系統(tǒng)由左右發(fā)電機或APU發(fā)電機供電。當正常電源失效，且滿足一定飛行狀態(tài)的情況下，飛機將采用應急電源供電。通常應急電源包括沖壓空氣渦輪RAT和直流蓄電池。RAT利用沖壓空氣提供渦輪動力來帶動發(fā)電機產生電能，為飛機提供115V、400Hz的三相交流電，并為直流蓄電池充電。

2 飛行試驗的目的和內容

根據運輸類飛機適航標準CCAR-25R4[1]，應急電源系統(tǒng)必須符合25.1301a，25.1309a、b、c、d、e，25.1351a、b、d，25.1353c，25.1363b等條款的要求，并通過飛行試驗來標明符合。飛行試驗的目的是考察RAT空中自動釋放功能，以及RAT釋放后應急電源的供電特性。建議飛行試驗分為高高度和低高度情況兩個架次開展，分別在不同高度和速度下考察RAT自動釋放功能。RAT釋放后在飛行中執(zhí)行減速至1.2Vsr后改出，完成后以RAT供電狀態(tài)返航著陸，在全程檢查應急電源的供電特性[2-3]。

3 飛行試驗的關注要點

飛行試驗前，機組包括試飛員和試飛工程師需開展一系列準備工作，除了對試驗目的和試驗方法的把握，還需要了解飛機在應急供電狀態(tài)下各系統(tǒng)的工作特性，風險評估結論和風險處置措施，開展必要的地面試驗，并進行充分的機組協同。

3.1 飛機應急供電狀態(tài)下各系統(tǒng)的工作特性

應急供電情況下，飛機各系統(tǒng)存在卸載和功能降級的情況。斷開飛機主電源后受到影響的系統(tǒng)包括但不限于：電源、飛行控制、自動飛行、顯示、通信、導航、燃油、液壓、壓調、防冰除雨、起落架、動力等系統(tǒng)。根據每個系統(tǒng)受影響的程度，需要在試飛中給予不同程度的關注。以下就飛行試驗中與安全性密切相關的方面進行總結。

顯示系統(tǒng)：駕駛艙儀表板將只剩下正駕駛一側的兩塊顯示器可用，將給飛行員操作飛機帶來極大的工作負擔。建議試飛中飛行員在一塊顯示器上監(jiān)控飛行高度、速度、姿態(tài)等關鍵參數，以及航路環(huán)境等信息，在另一塊顯示器上監(jiān)控發(fā)動機、燃油、飛機舵面、座艙高度等信息，以及飛機告警信息。但由于是電源系統(tǒng)的飛行試驗，還需要時刻監(jiān)控電源負載信息，以確定應急供電情況下飛機供電情況符合預期，因此，還需要間歇地切換至電源簡圖頁，監(jiān)控和記錄數據。一個建議的方式是，在RAT自動釋放以及穩(wěn)定飛行期間，試飛員將一塊顯示切換至電源簡圖頁，供電源試飛數據監(jiān)控，依靠備用儀表來掌握飛機的關鍵飛行參數。

電源系統(tǒng)：應急供電情況下的電源包括RAT和直流蓄電池。RAT依靠空氣流速驅動電機發(fā)電，按照RAT設計特征，當空速小于160節(jié)時，應急變壓整流器ETRU失效，由蓄電池向重要直流匯流條供電，直至空速重新恢復至170節(jié)以上后恢復由RAT供直流電。蓄電池的設計容量通常能夠為全機供電40min。試飛前應嚴格檢查蓄電池容量，而試飛中空速小于160節(jié)的飛行時間應控制在30min左右，避免在飛機著陸前達到蓄電池供電時間上限。

壓調系統(tǒng)：應急供電情況下壓調系統(tǒng)將自動進入高原模式，如果飛機在大于8000ft的高度平飛時，座艙高度將保持8000ft。如飛機從平飛高度開始下降，下降過程中座艙高度將會隨之與外界氣壓高度保持平衡。因此，在高高度試飛中，飛機從20000ft按應急程序下降后，座艙高度值會從8000ft開始上升至飛機真實氣壓高度，最大值將取決于飛機下降速度?？紤]到座艙高度帶來的缺氧可能導致機組反應能力下降等問題，試飛中建議在RAT釋放之前將座艙增壓置為人工位，允許飛行員手工控制座艙壓力變化，同時在試驗過程中壓縮不必要的操作動作，按應急程序盡快使飛機下降到安全高度。

飛行控制和自動飛行系統(tǒng)：應急供電情況下的飛機的自動飛行、自動油門、自動配平、馬赫數配平、偏航阻尼器，失速保護系統(tǒng)推桿等功能均喪失。同時，飛機的襟縫翼系統(tǒng)半速工作，并且行程受限。因此，試飛員需要在應急供電的全程手動把桿控制飛機，并盡量減少飛機做大姿態(tài)機動或小速度飛行，避免可能產生的不安全事件。試驗中建議在關閉全機電源前將飛機調整到合適的空域，使飛機在后續(xù)飛行中能以合理的姿態(tài)和速度完成試驗規(guī)定動作。

通信、導航系統(tǒng)：應急供電情況下飛機一側的通信、導航系統(tǒng)將喪失功能。建議機組應預先選定可用側的通信設備頻率，并在甚高頻通信備上設置應急通信頻率。建議機組在執(zhí)行科目時攜帶手持GPS，加強對飛機在空域中的位置感知，也能輔助了解飛行高度、速度和位置等關鍵信息。

著陸和滑行階段：由于飛機著陸后反推無法使用，之后的滑行過程中前輪轉彎和自動剎車不可用。因此，建議試飛員考慮上述問題，合理選擇跑道和接地點，滑跑過程中也需要試飛員控制滑跑速度，采用其他方式轉彎。

3.2 風險評估

由于試飛中需要關閉左右發(fā)電機并斷開APU發(fā)電機，此時僅由RAT和直流蓄電池供電，再結合電源系統(tǒng)的安全性評估結果，RAT試飛科目被定義為一項高風險科目。識別出的風險包括：（1）RAT自動釋放后供電中斷；（2）RAT未正常釋放到位，無法正常投入飛機電網。對產生風險的原因和可能導致的后果分析表明，飛機在喪失主電源和輔助電源供電的情況下，RAT未正常釋放、應急電源無法正常供、電蓄電池電量不足都是潛在導致風險產生的原因。endprint

根據以上識別出的原因制定了降低風險的措施：在地面試驗中確認RAT自動釋放功能正常；飛行前對RAT和蓄電池進行維護檢查；飛行前對供電邏輯和電負載進行檢查；飛行試驗過程中進行實時監(jiān)控飛機狀態(tài)。

3.3 地面試驗

在飛行試驗前，首先開展一次RAT自動釋放的地面模擬試驗，可以有效地評估飛行試驗中可能遇到的風險及應對措施。

地面試驗的內容包括檢查RAT自動釋放功能是否正常，同時通過模擬RAT釋放后飛機所處在應急電源供電環(huán)境，讓飛行員熟悉駕駛艙環(huán)境、飛機工作狀態(tài)以及練習應急處置程序等。此外，應當進行一次RAT手動釋放試驗，模擬空中RAT無法自動釋放的環(huán)境下，機組如何通過手動模式釋放RAT。

3.4 任務協同

執(zhí)行試飛任務前，組織開展飛行機組的協調是常規(guī)且必要的程序。通常在機組協同過程中梳理整個試飛科目的流程、確認協同工作方式、明確安全責任、確定試飛準則、重申應急預案和應急作程序等，同時還要協調航管和氣象，確認當天飛行的空域情況和氣象環(huán)境。針對應急電源科目的特點，機組協同需重點明確以下幾點。

（1）空域情況。由于是風險科目，要求機組熟悉試飛空域，并協調航管確?？沼蛑械钠渌w機避讓。同時強調了機組在執(zhí)行科目試飛過程中要有良好的飛行態(tài)勢感知，既對飛機自身狀態(tài)和飛機所處空域情況要時刻保持警惕。

（2）機組協同操作。由于應急供電情況下極大地增加了機組的工作負擔，因此，要求機組嚴格按照前期協同的操作規(guī)范來執(zhí)行科目，如正駕駛控制飛機，副駕駛持手持GPS監(jiān)控空域。

（3）試驗時間控制。機組應嚴格按照任務單要求執(zhí)行科目，飛機進行應急供電以后要監(jiān)控并控制試驗進展時間，避免發(fā)生蓄電池耗盡而導致供電中斷等意外情況。

（4）試驗設備檢查。試驗前確認飛機各系統(tǒng)功能正常、確認蓄電池充電完成、確認攜帶上機的手持GPS工作正常等。

（5）試驗判斷和決策。機組尤其是試飛工程師應嚴格監(jiān)控應急供電以后的飛機狀態(tài)，發(fā)現異常后即刻喊話并合理處置，緊急情況下要果斷決策終止試驗，接通飛機電源，時刻把飛行安全放在第一位。

（6）著陸和滑行。注意著陸后飛機無反推功能，因此，將面臨較長的著陸距離。

4 飛行試驗的實施

某型國產飛機按照以上關注要點準備并開展了兩架次應急電源飛行試驗。實際實施中，第一架次試飛，飛機在5000ft高度調整著陸構型，保持170kn穩(wěn)定平飛。依次關閉APU發(fā)電機和左右發(fā)電機使RAT自動釋放。機組檢查各級各系統(tǒng)工作情況及駕駛桿操縱情況，確認飛機狀態(tài)之后調整構型，執(zhí)行135～190kn之間的加減速飛行，隨后增速至170kn，按全機斷電應急程序返場著陸。飛機在減速過程中，在空速156KIAS時出現音響告警和ETRU FAIL和BATT DISCHARGE的CAS信息，說明RAT停止驅動發(fā)電機供電；空速恢復至172KIAS時告警消失，表明RAT恢復工作。試驗過程中機組通過簡圖頁確認RAT發(fā)電機能夠穩(wěn)定工作在115V、400Hz，飛機各系統(tǒng)工作符合預期。該架次應急供電狀態(tài)下飛行時間控制在35min。

第二架次試飛，飛機在20000ft高度調整著陸構型，并保持124kn穩(wěn)定平飛。依次關閉APU發(fā)電機和左右發(fā)電機，使RAT自動釋放。機組設置座艙增壓為手動，并檢查各級各系統(tǒng)工作情況及駕駛桿操縱情況，確認狀態(tài)之后，同樣執(zhí)行加減速飛行，隨后飛機增速按全機斷電的應急程序返場著陸。此架次飛機從20000ft應急下降過程中，座艙高度最高達到15000ft，機組感明顯有不適感覺，并隨即佩戴氧氣面罩，直至座艙高度恢復正常。試驗過程中機組檢查飛機各系統(tǒng)工作符合預期。該架次應急供電狀態(tài)下飛行時間控制在39min。

5 結語

高風險科目試飛前飛行前機組需要進行充足完備的準備工作，除了關注被測系統(tǒng)本身的試飛方法和工作特性，還需要關注受影響的其他飛機系統(tǒng)的運行狀態(tài)，預想所有可能的突發(fā)事件，對試飛風險進行管控。應急電源科目試飛就是一個典型案例，機組在試飛前進行了充分的準備和協調，預期到試驗過程中可能面臨的一系列諸如飛行信息顯示的缺失、通信導航功能的降級、座艙壓力變化等問題，合理調配駕駛艙機組資源，保障了風險科目順利完成，為飛機設計和飛行驗證采集到了寶貴的數據，積累了豐富的經驗。

參考文獻

[1] 中國民用航空局.CCAR-25-R4，2016，運輸類飛機適航標準[S].

[2] FAA AC 25.1362-1 Electrical Supplies for Emergency Conditions[Z].2007.

[3] FAA AC 25-7C Flight Test Guide for Certification of Transport Category Airplanes[Z].2012.endprint