旋翼航空器水上迫降相關(guān)適航新要求研究

蘇風(fēng)，徐新

（中國直升機(jī)設(shè)計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001）

1 前言

目前在海上活動的直升機(jī)日益增多，飛行時間增長。盡管水上迫降要求已作為適航取證的一項內(nèi)容，但直升機(jī)海上使用災(zāi)難頻發(fā)。當(dāng)海域飛行的直升機(jī)遭遇緊急情況時，需迫降在海平面上。水上迫降分為有計劃的水上迫降和無計劃的水上迫降。由于直升機(jī)自身特性、飛行性能以及結(jié)構(gòu)特征導(dǎo)致其緊急降落在海面上時極易翻轉(zhuǎn)，通過研究先前直升機(jī)水上迫降和水沖擊事故，突出了現(xiàn)有認(rèn)證規(guī)范（CS-27，CS-29）和海上作業(yè)管理規(guī)則的不足。因此，為了延長救援時間，提升機(jī)上乘員的生存率，EASA 對水上迫降的相關(guān)適航條款進(jìn)行了修訂，要求直升機(jī)配備應(yīng)急漂浮系統(tǒng)，并優(yōu)化艙內(nèi)設(shè)計，以增加直升機(jī)的水上漂浮時間，同時便于艙內(nèi)成員迅速逃生。

2 修訂背景

盡管對申請人而言，是否申請延伸水上運(yùn)行（水上迫降）適航取證是可以選擇的，但是，運(yùn)行規(guī)章卻規(guī)定了直升機(jī)在水面上方運(yùn)行時必須滿足的要求。要保證研制的直升機(jī)具備延伸的水上作業(yè)能力，必須根據(jù)運(yùn)行規(guī)章的要求配備必要的應(yīng)急設(shè)備。而配備了這些應(yīng)急設(shè)備，就必須按適航要求進(jìn)行適航驗證。

經(jīng)驗表明，水上迫降或者水沖擊事件導(dǎo)致的死亡事故是可以避免的。目前造成災(zāi)難性后果的原因如下：乘客無法迅速逃離傾覆和淹沒的艙室；或者在成功逃脫后，他們無法生存到救援服務(wù)到達(dá)；甚至對于成功的水上迫降，直升機(jī)傾覆的風(fēng)險也會造成災(zāi)難性的后果。因此，為了降低直升機(jī)傾覆的概率并進(jìn)一步提高乘員逃生和生存的能力，需增強(qiáng)直升機(jī)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。條款修正最主要的目的是提升直升機(jī)水上迫降情況下的安全性和水沖擊下生存率。為了達(dá)到這一目的，引入了新的漂浮穩(wěn)定性認(rèn)證方法，該方法考慮了要求認(rèn)證的海況。并完善了水上迫降結(jié)構(gòu)的規(guī)定，改善了緊急出口和座位的物理要求，使乘員能夠在水上迫降或傾覆情況發(fā)生時逃生。還加強(qiáng)了應(yīng)急漂浮系統(tǒng)、應(yīng)急和救生設(shè)備以及定位發(fā)射機(jī)的規(guī)定。

提出相關(guān)的方案來改善直升機(jī)水上迫降或在水沖擊事件中的安全性。并引入新的認(rèn)證方法，旨在提高旋翼航空器在預(yù)定運(yùn)行區(qū)域水上迫降后的耐波性能。還增強(qiáng)了其他的安全措施，包括：自動部署、布防/撤防應(yīng)急漂浮系統(tǒng)；旋翼航空器在最大漂浮裝置失效后仍能漂?。粰C(jī)艙乘客可以輕易離開旋翼航空器并進(jìn)入救生筏；優(yōu)化緊急出口以便在傾覆時可使用；緊急出口的可達(dá)性；出口標(biāo)記和照明以及扶手、救生筏的完整性和操作性。

3 修訂后條款要求

2003年EASA 最初頒布的大型旋翼航空器審定規(guī)范，參照FAR27/29 部對水上迫降航空器的入水、漂浮、配平和乘員救生等提出了要求。2018年審定規(guī)范第5 次修訂案中，對水上迫降的相關(guān)要求進(jìn)行了修正，并增加了應(yīng)急漂浮要求該修正案的變化，旨在建立一種新的水上迫降認(rèn)證方法，通過該方法可以確定水上迫降后發(fā)生傾覆的概率。條款的修正建議均來自2016年01 號建議修訂通告與水上迫降相關(guān)的條款。

3.1 設(shè)計要求

申請水上迫降合格審定的旋翼航空器，在迫降過程中會承受較強(qiáng)的水載荷沖擊，航空器所有的部件均需滿足強(qiáng)度要求。29.563 原條款中為了防止航空器觸水產(chǎn)生俯沖、跳躍或海豚運(yùn)動，對著水速度提出了要求，修訂后的條款刪除了之前允許的前飛速度低于30 節(jié)。因為水上迫降的定義覆蓋了所有的實效模式而不僅是在發(fā)動機(jī)失效后著陸。

29.801 條和29.802 條對于水上迫降和應(yīng)急漂浮，提出了傾覆概率的概念,通過模型試驗來驗證傾覆的概率。刪除了有關(guān)放出燃油增加浮力的要求，因為放出燃油不會增加旋翼航空器的浮力，反而可能會提升直升機(jī)的重心，降低穩(wěn)定性，也可能對乘員造成額外的危害。

對于29.783 條艙門的設(shè)計要求，其滿足在可迫降的全部海情條件下是可以安全打開的。

對于29.803 條應(yīng)急撤離的條款，新增c 條，要求當(dāng)水上迫降的旋翼航空器垂直浮動時，必須提供適當(dāng)?shù)姆绞綕M足乘員進(jìn)入救生筏的需求。

3.2 出口要求

對于29.805 條飛行機(jī)組應(yīng)急出口，原條款要求必須通過試驗、演示或分析來表明，應(yīng)急降落水上后，水或漂浮裝置不得妨礙每個應(yīng)急出口的使用。該要求更改為依據(jù)機(jī)組人員的高度范圍以及CS29.562 中要求的試驗工況下未變形的座位和有任何變形的座位，在這種情況下，要求操作裝置是可用的。

對于29.807 條旅客應(yīng)急出口，增加了數(shù)量，并且刪除了應(yīng)急出口必須處于水面以上的規(guī)定。

對于29.803 條，任何（部分）用作這種乘員進(jìn)入救生筏方式的門必須符合應(yīng)急出口的規(guī)定，且漂浮裝置不得妨礙應(yīng)急出口。

對于29.809 條應(yīng)急出口的布置推出窗被認(rèn)為是可以接受的。并重申需要設(shè)計和優(yōu)化用于水上迫降旋翼航空器傾覆后的應(yīng)急出口，在旋翼航空器處于直立漂浮位置時常規(guī)的門可以被利用。確保當(dāng)滑動門處于打開和鎖定位置時，不會阻擋水上迫降應(yīng)急出口。新增條款CS29.809(j)(3)用于在客艙內(nèi)安裝把手，以協(xié)助應(yīng)急外出。CS29.811 應(yīng)急出口標(biāo)記已經(jīng)擴(kuò)展到包括非應(yīng)急出口。新增CS29.811(h)(2)以提高應(yīng)急出口操作裝置的水下顯著性。對于應(yīng)急出口通路新增CS29.813(d)(1)乘客座位布置與水上迫降應(yīng)急相關(guān)聯(lián)以便逃生。新增(d)(2)要求提供把手以協(xié)助從水下跨艙外出。

3.3 設(shè)備要求

要求自動裝/卸除和部署應(yīng)急漂浮系統(tǒng)并確保其可靠性和耐用性。直升機(jī)應(yīng)急漂浮系統(tǒng)一般由應(yīng)急漂浮氣囊、充氣裝置和系統(tǒng)、安裝固定裝置和氣囊保護(hù)裝置、控制系統(tǒng)4 部分組成。先前應(yīng)急漂浮系統(tǒng)有手動觸發(fā)和自動觸發(fā)兩種模式，新條款要求自動觸發(fā)，不依賴飛行員的任何動作。1411 條對于附加安全設(shè)備（例如救生筏及救生筏上的營救設(shè)備）移到1415 條中，要求救生筏提供超載能力且救生筏部署遙控必須位于駕駛艙/客艙的內(nèi)部和外部。新增1470 條要求安裝應(yīng)急定位發(fā)射器以便在事故發(fā)生后減輕傷害。

4 條款修訂的影響

由上述可知，條款修訂擴(kuò)展了水上迫降定義的范圍，覆蓋所有的實效模式。對于要求水上迫降審定的直升機(jī)，增加了對其結(jié)構(gòu)、艙門、飛行機(jī)組應(yīng)急出口、旅客應(yīng)急出口、應(yīng)急出口標(biāo)記、應(yīng)急照明、操縱器件標(biāo)記以及安全設(shè)備的要求。應(yīng)急漂浮系統(tǒng)未能在需要時運(yùn)行將導(dǎo)致旋翼航空器快速沉沒和下沉。經(jīng)驗表明，漂浮系統(tǒng)單個部件的局部損壞或機(jī)組人員未能激活部署漂浮系統(tǒng)將導(dǎo)致整個系統(tǒng)的失效。因此，對于應(yīng)急漂浮系統(tǒng)的設(shè)計要仔細(xì)考慮，自動部署的漂浮系統(tǒng)是切實可行的且安全性較高。

針對29.801 條和29.802 條款引入了傾覆概率的概念，必須證明旋翼航空器能夠抵御申請人選擇的海情下的傾覆。對于水上迫降而言，在五分鐘暴露于海洋條件下，有完全可用的應(yīng)急漂浮系統(tǒng)傾覆的概率必須小于等于3%，在關(guān)鍵漂浮連接件失效情況下的傾覆概率小于等于30%，并有95%的置信度。必須考慮可能的結(jié)構(gòu)損壞和泄漏。對于水上迫降后的應(yīng)急漂浮，要求在五分鐘暴露于海洋條件下，有完全可用的應(yīng)急漂浮系統(tǒng)傾覆的概率必須小于等于10%，并有95%的置信度。在關(guān)鍵漂浮裝置失效的情況下，不需要證明漂浮能力，但必須考慮可能的結(jié)構(gòu)損壞和泄漏。

目標(biāo)的傾覆概率來自風(fēng)險評估。在水上迫降方面，完整漂浮系統(tǒng)3%的傾覆概率來源于每飛行小時3.32×10-6次歷史水上迫降率和29.1309 條符合性驗證方法的結(jié)果，這意味著每飛行小時的傾覆概率小于10-7。對于水上迫降傾覆概率的驗證方法，可采用公式（1）中要求開展模型試驗。

即模型試驗時，8.3h 內(nèi)無傾覆或25.5h 內(nèi)的傾覆次數(shù)小于4 次，則認(rèn)為是滿足有完全可用的應(yīng)急漂浮系統(tǒng)時傾覆概率小于3%。

即模型試驗時，50min 內(nèi)無傾覆或2.6h 內(nèi)的傾覆次數(shù)小于4 次，則認(rèn)為是滿足關(guān)鍵漂浮裝置失效的情況下傾覆概率小于30%。

對于應(yīng)急漂浮要求

即模型試驗時，2.5h 內(nèi)無傾覆或7.6h 內(nèi)的傾覆次數(shù)小于4 次，則認(rèn)為是滿足關(guān)鍵漂浮裝置失效的情況下傾覆概率小于10%。在假定了關(guān)鍵漂浮裝置失效概率為0.1 的前提下，將漂浮系統(tǒng)的破壞傾覆概率提高10%～30%。由于漂浮系統(tǒng)故障率數(shù)據(jù)不足，因此估計出了傾覆的概率。29.802（c）對于損壞的漂浮系統(tǒng)，同一海域下允許傾覆的概率增加10 倍。這個是假設(shè)了漂浮系統(tǒng)的破壞大約十次會發(fā)生一次。因此，當(dāng)10 倍的概率等于或者大于100%時，沒有必要進(jìn)行模型驗證來確定傾覆概率。

對于可能在飛行中充氣的漂浮系統(tǒng)，應(yīng)通過測試或分析來驗證旋翼航空器的可控性。并需考慮所有可能的應(yīng)急漂浮系統(tǒng)充氣失敗。條款要求的通過分析或其他方式表明，旋翼飛機(jī)在任何一個完整漂浮單元失效后不會下沉。經(jīng)驗表明，在水沖擊事件中，水面沖擊力、結(jié)構(gòu)的變形和破壞以及維護(hù)的錯誤可能導(dǎo)致漂浮裝置失效。但由于剩余漂浮單元保持充氣的時間較長，因此，對于該條款的驗證不是必須的。

5 結(jié)語

本文介紹了水上迫降與應(yīng)急漂浮條款修訂的要求及原因以及產(chǎn)生的影響。新條款的要求考慮了目前的驗證水平以及可靠性，對于水上迫降安全性的提升具有重大的意義。條款的修訂以及相應(yīng)的驗證方式對于目前國內(nèi)水上迫降的適航驗證有重大的借鑒意義。