民用飛機(jī)駕駛艙應(yīng)急逃生出口設(shè)置適航要求研究

嚴(yán)立浩　張　潔　孫　穩(wěn)　張　廈 /

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海201210)

0　引言

民用飛機(jī)駕駛艙應(yīng)急逃生出口設(shè)計(jì)是飛機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面，該出口的設(shè)置對(duì)機(jī)組安全有著直接影響，其設(shè)置的合理性直接關(guān)系到機(jī)組應(yīng)急撤離時(shí)間和逃生能力。歷史上發(fā)生多次機(jī)組啟動(dòng)駕駛艙應(yīng)急逃生出口的事例，如2007年8月20日，臺(tái)灣中華航空120號(hào)班機(jī)(737-809型)降落那霸機(jī)場(chǎng)后突然起火爆炸，機(jī)上乘客和機(jī)組成員全部平安撤離，此次應(yīng)急撤離中，機(jī)組便啟用了機(jī)頭通風(fēng)窗作為出口順利完成逃生。

因此，適航條款對(duì)民用飛機(jī)駕駛艙逃生出口設(shè)計(jì)的要求是機(jī)組應(yīng)急逃生及驗(yàn)證的一個(gè)重要方面，受到局方及航空工業(yè)界的高度關(guān)注，也是飛機(jī)安全性研究的重要內(nèi)容。

本文在適航條款關(guān)于應(yīng)急出口相關(guān)要求的基礎(chǔ)上，總結(jié)了駕駛艙應(yīng)急出口設(shè)置要求的演變，分析了相應(yīng)的演變內(nèi)容、符合性方法和未來(lái)趨勢(shì)，為民用飛機(jī)的駕駛艙應(yīng)急出口設(shè)計(jì)及適航驗(yàn)證提供指導(dǎo)。

1　條款要求與演變

1.1 適航條款要求

針對(duì)駕駛艙應(yīng)急逃生出口設(shè)置有直接要求的條款為CCAR25§25.807(j)、§25.809(b)和§25.772(a)?，F(xiàn)就條款原文和歷史背景進(jìn)行說(shuō)明。

1.1.1 CCAR25§25.807應(yīng)急出口

(j) 飛行機(jī)組應(yīng)急出口 對(duì)于旅客應(yīng)急出口與飛行機(jī)組區(qū)的靠近程度不能為飛行機(jī)組撤離提供方便和易于接近措施的飛機(jī)，以及客座量大于20 座的所有飛機(jī)，飛行機(jī)組應(yīng)急出口應(yīng)設(shè)置在飛行機(jī)組區(qū)。

此類出口的尺寸和位置應(yīng)足以使機(jī)組能迅速撤離。在飛機(jī)兩側(cè)必須各有一個(gè)出口，或代之以一個(gè)頂部帶蓋艙口。每個(gè)出口必須包含一個(gè)至少為483 mm×510 mm(19 in×20 in)的無(wú)障礙矩形出口，除非能通過(guò)一名典型的機(jī)組成員圓滿地演示出口的實(shí)用性。

1.1.2 CCAR25§25.809 應(yīng)急出口的布置

(a) 每個(gè)應(yīng)急出口，包括飛行機(jī)組應(yīng)急出口在內(nèi)，必須是機(jī)身外壁上能提供通向外部的無(wú)障礙開(kāi)口的活動(dòng)艙門或帶蓋艙口。

(b) 每個(gè)應(yīng)急出口必須能從內(nèi)外兩側(cè)開(kāi)啟，但如果從飛行機(jī)組區(qū)域能方便而迅速地接近其它經(jīng)批準(zhǔn)的出口，則該區(qū)域的滑動(dòng)窗戶應(yīng)急出口不必能從外側(cè)開(kāi)啟。在下列條件下，當(dāng)機(jī)身無(wú)變形時(shí)必須能打開(kāi)每個(gè)應(yīng)急出口：

(1) 飛機(jī)處于正常地面姿態(tài)，和在一根或幾根起落架支柱折斷時(shí)的每一種姿態(tài)；

(2) 從開(kāi)門裝置啟動(dòng)到出口完全打開(kāi)，不超過(guò)10 s。

1.1.3 CCAR25§25.772 駕駛艙艙門

在駕駛艙與客艙之間裝有可鎖艙門的飛機(jī)：

(a)最大客座量超過(guò)20座的飛機(jī)，應(yīng)急出口的布局必須設(shè)計(jì)成使機(jī)組成員或旅客都不必通過(guò)上述艙門就能到達(dá)為他們?cè)O(shè)置的應(yīng)急出口；

(b) 必須有措施使飛行機(jī)組成員在該艙門卡住的情況下能直接從駕駛艙進(jìn)入客艙。

(c) 必須有緊急措施使飛行乘務(wù)員能夠在飛行機(jī)組失去能力的情況下進(jìn)入駕駛艙。

1.2 條款歷史背景

1.2.1 §25.807應(yīng)急出口

經(jīng)過(guò)查證，F(xiàn)AR25.807條款從1965年FAR25部頒布之處就開(kāi)始存在，是從CAR§4b.362 繼承過(guò)來(lái)的。需要指出的是，25.807(j)款內(nèi)容從25-72號(hào)修正案開(kāi)始存在,25-88號(hào)修正案去掉了該款，但25-92號(hào)修正案再次增加了該款。

1.2.2 §25.809(b)

經(jīng)過(guò)查證，F(xiàn)AR25.809從1965年FAR25部頒布之時(shí)就開(kāi)始存在，是從CAR§4b.362 繼承過(guò)來(lái)的，25.809(b)從未進(jìn)行過(guò)更改。

1.2.3 §25.772

該條款從1972年的FAR25-33修正案才開(kāi)始出現(xiàn)，但25.772是根據(jù)25-106號(hào)修正案增加的。(a)款從25-33號(hào)修正案到25-106號(hào)修正案無(wú)實(shí)質(zhì)改變。

2　條款分析與符合性思路

2.1 咨詢通告參考

2.1.1 §25.807(j)

AC25-17A《運(yùn)輸類飛機(jī)客艙內(nèi)部設(shè)施墜撞安全性手冊(cè)》對(duì)此有如下指導(dǎo)意見(jiàn)，“出口的驗(yàn)收條件至少是由95%的男性(高74 in，約1.88 m;重210 lb，約95 kg)參加演示并至少考慮(用分析方法)一個(gè)或多個(gè)起落架失效的影響”。

2.1.2 §25.809(b)

AC25-17A對(duì)該條款解釋如下：

“(1) 其它經(jīng)批準(zhǔn)的出口應(yīng)用作營(yíng)救人員以協(xié)助失去能力的飛行機(jī)組人員。如果飛行機(jī)組出口不能從左側(cè)外部開(kāi)啟，另外的經(jīng)批準(zhǔn)的出口應(yīng)在左側(cè)。右側(cè)亦然。

(2) 飛機(jī)在停機(jī)或不載客時(shí)，每個(gè)應(yīng)急出口從內(nèi)外兩側(cè)開(kāi)啟的要求不適用。只要有滿意的措施保證在旅客登機(jī)前鎖是打開(kāi)的，能防止未經(jīng)批準(zhǔn)而進(jìn)入的鎖是可接受的。這樣的措施隨飛機(jī)的大小和復(fù)雜性而變化。除非應(yīng)急出口位于很遠(yuǎn)的區(qū)域或應(yīng)急出口很多，開(kāi)鎖狀態(tài)可能看不見(jiàn)，否則不需要駕駛艙信號(hào)裝置燈。在出口具有帶有紅色標(biāo)記的鎖銷是滿意的。飛機(jī)飛行手冊(cè)在要求鎖銷打開(kāi)程序一節(jié)應(yīng)包括飛行前檢查單?！?/p>

此外，修正案25-15針對(duì)飛行機(jī)組應(yīng)急出口的輔助設(shè)施作如下規(guī)定：

“飛行機(jī)組應(yīng)急出口的輔助設(shè)施，可以是繩索或任何其它經(jīng)演示表明適合于此用途的設(shè)施。如果輔助設(shè)施是繩索或一種經(jīng)批準(zhǔn)的等效裝置，則必須滿足下列要求：

(i)輔助設(shè)施應(yīng)連接在應(yīng)急出口頂部(或頂部上方)的機(jī)身結(jié)構(gòu)上，對(duì)于駕駛員應(yīng)急出口窗上的設(shè)施，如果設(shè)施在收藏后或其接頭會(huì)減小飛行中駕駛員視界，則也可連接在其它經(jīng)批準(zhǔn)的位置上；

(ii)輔助設(shè)施(連同其接頭)應(yīng)能承受400 lb(180 kg，1 765 N)的靜載荷?！?/p>

2.2 條款分析

實(shí)踐中，有種情況需要重視，即飛機(jī)客改貨，通常服務(wù)門被封堵，則該側(cè)機(jī)組應(yīng)急出口是否必須具備機(jī)外開(kāi)啟能力呢(假設(shè)駕駛艙應(yīng)急門因素已經(jīng)考慮)？

根據(jù)本文2.1.2中AC25-17A解釋(1)，可以看出，毗鄰的乘客應(yīng)急出口與對(duì)應(yīng)側(cè)機(jī)組應(yīng)急出口的機(jī)外打開(kāi)要求有“互補(bǔ)”效應(yīng)。此規(guī)定的意義在于保障無(wú)論走哪側(cè)，機(jī)外人員都有能力及時(shí)營(yíng)救失能機(jī)組。

這一解釋對(duì)于用通風(fēng)窗作為機(jī)組應(yīng)急出口的飛機(jī)較為有利。在研發(fā)實(shí)踐中，上述機(jī)外開(kāi)啟機(jī)構(gòu)由于需要再額外增加聯(lián)動(dòng)裝置，在結(jié)構(gòu)上需要增加約3 kg～4 kg左右質(zhì)量。而通常登機(jī)門/服務(wù)門等都具備機(jī)外開(kāi)啟能力，綜合統(tǒng)籌，取消機(jī)外開(kāi)鎖機(jī)構(gòu)系統(tǒng)可以大為減輕結(jié)構(gòu)本身重量。

另一種情況是駕駛艙頂部的逃生門，在工程設(shè)計(jì)中通常保留有機(jī)外開(kāi)啟的裝置，是因?yàn)椋?1)從實(shí)際考慮，在機(jī)場(chǎng)塔梯等輔助工具下，營(yíng)救人員可以很方便趴頂營(yíng)救；(2)由于門本身內(nèi)外手柄設(shè)計(jì)的共軸聯(lián)動(dòng)性，外手柄在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)工程量及重量上并未帶來(lái)太多負(fù)擔(dān)，故通常予以保留。

關(guān)于機(jī)組應(yīng)急出口需要考慮的適航因素如圖1所示。

圖1　機(jī)組應(yīng)急出口適航要求示意圖

從上文可看出條款本身的制定思路是整體連貫的，符合性思路也應(yīng)當(dāng)通盤考慮，諸如機(jī)外開(kāi)鎖等細(xì)節(jié)必須在設(shè)計(jì)前期就放在條款要求、服役環(huán)境、總體布置中統(tǒng)籌考慮，才能避免后期因?yàn)榭紤]不周帶來(lái)的額外更改。

2.3 符合性方法

根據(jù)符合性方法劃分，上述適航條款可采用符合性說(shuō)明MC1、分析計(jì)算MC2、地面試驗(yàn)MC5、機(jī)上檢查MC7等方法。

1)符合性說(shuō)明

該部分主要是做功能解釋式說(shuō)明，重點(diǎn)提供飛行機(jī)組應(yīng)急出口的相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)資料，飛機(jī)設(shè)計(jì)描述文檔、功能分析文檔說(shuō)明出口的操作機(jī)構(gòu)、觀察外部狀況的設(shè)施、保持出口在打開(kāi)位置的措施等；此外，通過(guò)提供圖紙說(shuō)明飛行機(jī)組應(yīng)急出口的位置站位、尺寸等關(guān)鍵參數(shù)。

2)分析計(jì)算

參照AC 25.807-1 分析應(yīng)急出口布置的均勻性。

主要考慮以下兩個(gè)方面：

(1)根據(jù)該項(xiàng)準(zhǔn)則，為了縮短撤離時(shí)間，就不能讓人員繞過(guò)某個(gè)出口。因此須有合理的撤離量考慮，即駕駛艙應(yīng)急逃生出口的允許撤離總量，事實(shí)上，由于駕駛艙機(jī)組人員通常不超過(guò)3名，因此單側(cè)或者兩邊開(kāi)口在此處并非決定性影響。

(2)撤離出口之間的距離，即兩個(gè)出口的間距均小于機(jī)身長(zhǎng)度系數(shù)，其中機(jī)身長(zhǎng)度系數(shù)為客艙長(zhǎng)度除以飛機(jī)各旅客區(qū)出口單元之和。該處主要是為了論證“易于接近的其他出口”設(shè)置的合理性。

此外，根據(jù)AC25-17A要求，還應(yīng)當(dāng)考慮起落架折斷情況下對(duì)機(jī)組應(yīng)急撤離的影響。

3)地面試驗(yàn)

進(jìn)行飛行機(jī)組應(yīng)急出口實(shí)用性驗(yàn)證試驗(yàn)(模擬逃生試驗(yàn))，人體尺寸數(shù)據(jù)的選取可以參考文件GJB2873-97附錄B中人體數(shù)據(jù)。

對(duì)于該試驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)選取典型的男女(第5百分位女性和第95百分位男性)同時(shí)考核，試驗(yàn)中，要符合標(biāo)準(zhǔn)為：

(1)男、女性試驗(yàn)人員總撤離時(shí)間小于90 s；

(2)試驗(yàn)成員必須是從飛行機(jī)組應(yīng)急出口爬出并利用救生繩撤離至地面；

(3)試驗(yàn)成員在撤離過(guò)程中不會(huì)發(fā)生因上肢力量不足而造成的不可接受的滑落、摔倒。

該試驗(yàn)的應(yīng)急照明參考CCAR-25附錄J“應(yīng)急撤離演示”進(jìn)行。

4)機(jī)上檢查

在地面試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，該處主要對(duì)應(yīng)急出口進(jìn)行必要的機(jī)上檢查，檢查保持出口在打開(kāi)位置的措施的有效性。檢查開(kāi)啟出口的措施在黑暗中是否易于定位和操作。同時(shí)對(duì)于開(kāi)口的標(biāo)記等也應(yīng)當(dāng)一并作記錄。

通常地面試驗(yàn)之前該項(xiàng)檢查已經(jīng)完成。

3　典型應(yīng)急逃生出口設(shè)置簡(jiǎn)介

目前，主流民用客機(jī)駕駛艙應(yīng)急出口承擔(dān)方式分為兩種，一種是機(jī)頭通風(fēng)窗，另一種是駕駛艙頂部逃生門。前者通常有波音737、747、767，A320、330、340等，后者有波音787、A350等。

2.1 采用通風(fēng)窗承擔(dān)

某型民用飛機(jī)機(jī)組應(yīng)急出口為機(jī)頭通風(fēng)窗如圖2所示。

圖2　通風(fēng)窗布置示意

如圖3、圖4所示，打開(kāi)通風(fēng)窗時(shí)，先握住手柄開(kāi)鎖按鈕，打開(kāi)手柄鎖，沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)手柄。打開(kāi)四把鉤子鎖，同時(shí)通風(fēng)窗向外滑動(dòng)，然后推動(dòng)把手，通風(fēng)窗沿滑軌向后滑動(dòng)。在打開(kāi)位置,通風(fēng)窗被打開(kāi)位置鎖鎖住。

圖3　通風(fēng)窗開(kāi)啟

圖4　通風(fēng)窗關(guān)閉

在關(guān)閉窗戶時(shí)，先手拉打開(kāi)位置鎖的拉桿，將打開(kāi)位置鎖打開(kāi)。手拉把手將通風(fēng)窗拉到窗框位置，用手逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，使通風(fēng)窗向機(jī)身外部滑動(dòng)，同時(shí)四把鉤子鎖上鎖。在關(guān)閉位置，手柄鎖自動(dòng)上鎖，通風(fēng)窗關(guān)閉。

由于該飛機(jī)登機(jī)門/服務(wù)門均可作為應(yīng)急出口，飛機(jī)駕駛員能方便而迅速地接近，根據(jù)25.809條款要求，通風(fēng)窗滿足可不從外部開(kāi)啟的適航規(guī)定。圖5為模擬機(jī)組應(yīng)急逃生的試驗(yàn)示意圖。

圖5　模擬機(jī)組應(yīng)急逃生

采用上述應(yīng)急出口有如下特點(diǎn)：

1)在地面狀態(tài)，方便機(jī)組與地勤等溝通；

2)在飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)著落階段，遇到冰雹風(fēng)雨等影響視野情況，根據(jù)適航25.773條款，可以開(kāi)啟窗戶作為視野輔助需求。

2.2 采用機(jī)頂逃生門承擔(dān)

某型飛機(jī)機(jī)組應(yīng)急撤離出口由駕駛艙機(jī)頂逃生門承擔(dān)，可從外部打開(kāi)，布置及形式如圖6、圖7所示。

圖6　某型飛機(jī)機(jī)組應(yīng)急撤離出口設(shè)在艙頂

圖7　機(jī)組人員從艙頂應(yīng)急撤離出口逃生

在采用駕駛艙機(jī)頂逃生門作為逃生出口時(shí)，機(jī)組人員應(yīng)當(dāng)先通過(guò)機(jī)頭窗觀察地面情況(有無(wú)著火危險(xiǎn)、有無(wú)水源等)，然后腳踩座椅，從逃生門旁內(nèi)飾扯下逃離繩(lifeline)，轉(zhuǎn)動(dòng)艙門內(nèi)手柄解鎖，向外推門，向外釋放逃生繩并踩在駕駛員座椅上逃出駕駛艙。

上述應(yīng)急出口有如下特點(diǎn)：

1)大視野商用飛機(jī)駕駛艙已經(jīng)成為流行趨勢(shì)，在布置上，必然需要廣角大面積迎風(fēng)玻璃，這將極大地增加通風(fēng)窗設(shè)計(jì)難度。此外，通風(fēng)窗本身必須要考慮鳥(niǎo)撞等風(fēng)險(xiǎn)，在強(qiáng)度、重量設(shè)計(jì)上付出多，技術(shù)難度高。因此采用機(jī)頂逃生門作為機(jī)組應(yīng)急出口是一種較為理性的選擇；

2)考慮到安全性，采用機(jī)頂逃生門對(duì)飛機(jī)本身的離地高度有限制，類似A380、波音747高度的飛機(jī)采取機(jī)頂逃生門將給機(jī)組帶來(lái)相當(dāng)大的安全隱患。

3　結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)適航條款關(guān)于民用運(yùn)輸類飛機(jī)駕駛艙應(yīng)急逃生出口設(shè)置適航要求進(jìn)行分析，明確了適航要求、符合性方法及其對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)的影響，結(jié)論如下：

1)主流民用客機(jī)駕駛艙應(yīng)急出口承擔(dān)方式分為兩種，一種是機(jī)頭通風(fēng)窗，另一種是駕駛艙頂部逃生門，兩者均能實(shí)現(xiàn)機(jī)組應(yīng)急撤離的需要。

2)采用任何一種作為機(jī)組應(yīng)急出口及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，均應(yīng)統(tǒng)籌考慮應(yīng)急撤離要求、相鄰應(yīng)急出口情況、飛機(jī)本體高度等。

3)在機(jī)組地面試驗(yàn)中，需要考慮到人體因素，同時(shí)需要就起落架折斷等因素給予分析說(shuō)明。