民用飛機(jī)風(fēng)擋鳥撞適航符合性驗(yàn)證綜述

蘭星海

【摘 要】飛機(jī)風(fēng)擋作為機(jī)體結(jié)構(gòu)的一部分，參與承受氣密載荷，并起到為駕駛員提供視野和保護(hù)駕駛員的作用。CCAR-25部中多個(gè)條款對(duì)風(fēng)擋的可靠性和安全性進(jìn)行了規(guī)定。本文歸納了當(dāng)前民用飛機(jī)常見的風(fēng)擋形式，并簡(jiǎn)析飛機(jī)風(fēng)擋鳥撞的適航要求及驗(yàn)證思路。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)擋；鳥撞；驗(yàn)證

中圖分類號(hào)： V271.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）18-0029-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.18.012

【Abstract】As part of aircraft structure，windshield participates in the airtight load and serves to provide the pilot with a view and protect the pilot.Several provisions of the CCAR-25 regulate the reliability and safety of the windshield.This paper summarizes the common windshield forms of current civil aircraft，and analyzes the airworthiness requirements and certification ideas of aircraft windshield birdstrike.

【Key words】Windshield；Birdstrike；Certification

0 引言

鳥撞是指飛機(jī)等飛行器與空中飛行的鳥類相撞造成的飛行事故，鳥撞是目前民航運(yùn)輸安全的重要威脅之一。在鳥撞擊飛機(jī)的事故中，由于風(fēng)擋位于機(jī)頭正前方，迎風(fēng)面積最大，它們與鳥相撞的機(jī)率相應(yīng)也增加，據(jù)FAA 從1990 年到2006 年的統(tǒng)計(jì)資料表明，客機(jī)機(jī)頭結(jié)構(gòu)遭受鳥撞的概率為整個(gè)飛機(jī)遭受鳥撞事故的44%。因此，機(jī)頭風(fēng)擋的抗鳥撞作用對(duì)于民用飛機(jī)的設(shè)計(jì)尤為重要。

1 風(fēng)擋結(jié)構(gòu)形式

飛機(jī)風(fēng)擋作為機(jī)體結(jié)構(gòu)的一部分，參與承受艙內(nèi)的氣密載荷，并起到提供駕駛員視野和保護(hù)駕駛員的作用。根據(jù)風(fēng)擋與周圍窗框的連接和受力情況，其安裝形式主要分為三類：第一類是風(fēng)擋不直接與周圍窗框結(jié)構(gòu)連接的形式，稱之為“壓板式”；第二類是風(fēng)擋通過螺栓與窗框結(jié)構(gòu)連接，但不傳遞面內(nèi)載荷，稱之為“非承載螺接式”。第三類是風(fēng)擋與窗框結(jié)構(gòu)直接連接，且傳遞面內(nèi)載荷，稱之為“承載螺接式”。三類風(fēng)擋的安裝形式如圖1所示。

相比于非承載式風(fēng)擋（含壓板式風(fēng)擋和非承載螺接式風(fēng)擋），承載螺接式風(fēng)擋具有下列優(yōu)點(diǎn)：

（1）承載螺接式風(fēng)擋可傳遞面內(nèi)載荷，在機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以不按照大開口的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行加強(qiáng)，有效減輕結(jié)構(gòu)重量。同時(shí)也可降低窗框剛度和減小窗框結(jié)構(gòu)的截面高度，增加駕駛艙內(nèi)空間；

（2）承載螺接式風(fēng)擋通過螺栓與周圍結(jié)構(gòu)直接連接， 在出現(xiàn)風(fēng)擋破損時(shí)，可以依靠周邊螺栓將風(fēng)擋拉住，提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性。

在支線飛機(jī)中，由于風(fēng)擋開口相對(duì)于整個(gè)飛機(jī)機(jī)頭尺寸較大，承載螺接式風(fēng)擋有較多的應(yīng)用，如ERJ和CRJ的飛機(jī)?？湛拖盗械娘w機(jī)基本采用了壓板式的設(shè)計(jì)安裝方式，包括空中巨無霸A380和最新研制中的A350飛機(jī)。而波音系列的飛機(jī)從B707到B787均采用了非承載螺接式。

2 風(fēng)擋鳥撞的適航要求和符合性驗(yàn)證

鳥撞作為一種離散源和特定風(fēng)險(xiǎn)，必須在型號(hào)合格審定中進(jìn)行符合性驗(yàn)證，目的是保證飛機(jī)遭受鳥撞后能夠繼續(xù)安全飛行和著陸。當(dāng)前的運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)CCAR-25、FAR-25和EASA CS-25對(duì)風(fēng)擋鳥撞都有相應(yīng)的規(guī)章要求—第25.775條（b）款和（c），其對(duì)風(fēng)擋鳥撞的區(qū)域、鳥撞速度和鳥體重量等都做了明確的規(guī)定。

2.1 CCAR25部對(duì)風(fēng)擋鳥撞的要求

第25.775 條風(fēng)擋和窗戶

（b）位于正常執(zhí)行職責(zé)的駕駛員正前方的風(fēng)擋玻璃及其支承結(jié)構(gòu)，必須能經(jīng)受住1.8 公斤（4 磅）的飛鳥撞擊而不被擊穿，此時(shí)飛機(jī)的速度（沿飛機(jī)航跡相對(duì)于飛鳥）等于按第25.335（a）條選定的海平面Vc 值。

（c）除非能用分析或試驗(yàn)表明發(fā)生風(fēng)擋破碎臨界情況的概率很低，否則飛機(jī)必須有措施將鳥撞引起的風(fēng)擋玻璃飛散碎片傷害駕駛員的危險(xiǎn)減至最小，必須表明駕駛艙內(nèi)的下列每塊透明玻璃都能滿足上述要求：

（1）位于飛機(jī)正面的；

（2）對(duì)飛機(jī)縱軸傾斜15度或更大的；

（3）其某一部分的位置會(huì)導(dǎo)致碎片傷害駕駛員的。

2.2 符合性驗(yàn)證思路

第25.775條旨在確保飛機(jī)在各種運(yùn)行條件下，風(fēng)擋能夠保持結(jié)構(gòu)完整性，并將因鳥撞引起的風(fēng)擋碎裂導(dǎo)致駕駛員遭受傷害的風(fēng)險(xiǎn)降至最小。對(duì)于本條，通常采用試驗(yàn)室試驗(yàn)的方法進(jìn)行符合性驗(yàn)證。在符合性驗(yàn)證時(shí)，重點(diǎn)從鳥撞區(qū)域、鳥撞選點(diǎn)、鳥撞速度、試驗(yàn)室環(huán)境條件和風(fēng)擋的傳載形式等方面考慮。

（1）理論上飛機(jī)正前方能看到的部位都有可能被鳥撞，基于實(shí)際情況，當(dāng)鳥撞發(fā)生在與飛機(jī)縱軸角度較小的區(qū)域時(shí)，鳥體將會(huì)滑出，對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)影響較小。因此，本條c款規(guī)定的鳥撞驗(yàn)證區(qū)域?yàn)椤皩?duì)飛機(jī)縱軸傾斜15 度或更大的”。通常情況下，民用飛機(jī)的主風(fēng)擋和側(cè)風(fēng)擋均在該驗(yàn)證區(qū)域范圍內(nèi)。

（2）考慮到風(fēng)擋玻璃的動(dòng)力學(xué)性能參數(shù)極為復(fù)雜，當(dāng)前的風(fēng)擋鳥撞試驗(yàn)選點(diǎn)通常未開展動(dòng)力學(xué)分析，主要從風(fēng)擋的結(jié)構(gòu)形式、周邊結(jié)構(gòu)支持剛度、系統(tǒng)安全性分析、風(fēng)擋玻璃與航向角度、風(fēng)擋加溫接線盒位置等方面進(jìn)行定性分析判斷。

風(fēng)擋中心區(qū)域?yàn)樽杂啥茸畲蟮奈恢?，該區(qū)域在遭受鳥撞時(shí)會(huì)大變形和彎曲，因此該位置通常為鳥撞考核點(diǎn)。風(fēng)擋的角部位置與窗框相連，在遭受鳥撞時(shí)容易產(chǎn)生剛度突變，不利于鳥撞能量的擴(kuò)散和傳導(dǎo)，因此對(duì)風(fēng)擋支持剛度最強(qiáng)的角部位置應(yīng)為鳥撞考核點(diǎn)。此外，在篩選角部鳥撞點(diǎn)時(shí)，還應(yīng)結(jié)合撞擊角度、加溫接線盒在風(fēng)擋上的穿孔因素等綜合考慮。

（3）FAA和CAAC要求風(fēng)擋的鳥撞速度為海平面Vc值，EASA則要求取海平面Vc值及8000英尺0.85Vc兩者之間較嚴(yán)酷者。這是中美歐歸章的一處差異，因此，在符合性驗(yàn)證時(shí)，應(yīng)具體考慮所驗(yàn)證的規(guī)章條款要求。

（4）在實(shí)際服役條件下，風(fēng)擋外層玻璃會(huì)在高溫及低溫條件下工作，內(nèi)層玻璃則為常溫條件。風(fēng)擋通常為無機(jī)玻璃或有機(jī)玻璃材料，且內(nèi)部布有夾膠層，在高低溫條件下性能有較明顯的差異。因此，鳥撞試驗(yàn)時(shí)應(yīng)充分模擬飛機(jī)實(shí)際運(yùn)行的環(huán)境條件。

（5）對(duì)于非承載式風(fēng)擋，在符合性驗(yàn)證時(shí)通常不考慮風(fēng)擋的增壓及氣動(dòng)載荷因素，這是被各國(guó)局方所接受的方法。對(duì)于承載式風(fēng)擋，由于其起到了傳遞機(jī)身載荷的作用，因此應(yīng)分析未增壓對(duì)承載式風(fēng)擋鳥撞驗(yàn)證是否是保守的。

2.3 符合性判據(jù)

對(duì)于風(fēng)擋所有可能遭受鳥撞的部位，應(yīng)當(dāng)表明鳥撞不會(huì)擊穿駕駛員正前方的風(fēng)擋玻璃及其支承結(jié)構(gòu)，駕駛艙內(nèi)層玻璃不會(huì)產(chǎn)生碎裂，以避免鳥撞事件造成飛行機(jī)組的失能或受傷，保證飛機(jī)能繼續(xù)安全飛行和著陸。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中國(guó)民用航空規(guī)章第25部運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)，2011.

[2]徐麗娜.駕駛艙透明件安裝形式分析[J].民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究， 2015 No.1，68-71.

[3]ASTM F330 Standard Test Method for Bird Impact Testing of Aerospace Transparent Enclosures.