CCAR-23.1443適航條款符合性與驗(yàn)證技術(shù)研究

安楊 徐海 徐海鑫 呂曉鋒 顧巍

摘要：按照中國(guó)民用航空規(guī)章CCAR-23部進(jìn)行適航取證的飛機(jī)，當(dāng)飛機(jī)運(yùn)營(yíng)高度超過(guò)3.048km時(shí)安裝氧氣系統(tǒng)，并且氧氣系統(tǒng)的補(bǔ)氧量應(yīng)滿足CCAR-23.1443條對(duì)最小補(bǔ)氧流量的規(guī)定。氧氣系統(tǒng)補(bǔ)氧量設(shè)計(jì)要綜合考慮氧氣系統(tǒng)的補(bǔ)氧能力與氧氣面罩的類型及流通能力之間的關(guān)系，氧氣系統(tǒng)的補(bǔ)氧量過(guò)大或過(guò)小都是不可取的，補(bǔ)氧量過(guò)大會(huì)額外增加飛機(jī)的質(zhì)量；補(bǔ)氧量過(guò)小又不能滿足人體生理所需的氧氣，危及生命安全。對(duì)CCAR-23.1443規(guī)定的使用連續(xù)供氧設(shè)備、肺式供氧設(shè)備和急救供氧設(shè)備分別進(jìn)行了最小補(bǔ)氧量分析，從事氧氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的人員可依據(jù)飛機(jī)選用的供氧設(shè)備類型直接選擇合適的最小補(bǔ)氧量值，同時(shí)也為適航審查員提供審查依據(jù)。

關(guān)鍵詞：最小補(bǔ)氧量；座艙壓力高度；潮氣量；連續(xù)式供氧；肺式供氧

中圖分類號(hào)：V245.3+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2022.02.011

飛機(jī)上氧氣系統(tǒng)的功能是為機(jī)組及乘客提供航空用氧氣，保障在高空條件下飛行人員的生命安全，緩解在高空條件下機(jī)組及乘客的生理負(fù)擔(dān)。

在運(yùn)營(yíng)規(guī)章中規(guī)定，非增壓飛機(jī)在座艙的大氣壓力高于3.048km的飛行高度上運(yùn)行時(shí)，應(yīng)考慮為乘客及機(jī)組提供充足的呼吸用氧[1]，并且所提供的氧氣應(yīng)該滿足中國(guó)民用航空規(guī)章CCAR-23.1443條對(duì)最小補(bǔ)氧流量的規(guī)定。機(jī)上氧氣系統(tǒng)的補(bǔ)氧量過(guò)大或過(guò)小都是不可取的，補(bǔ)氧量過(guò)大會(huì)額外增加飛機(jī)的質(zhì)量；補(bǔ)氧量過(guò)小又不滿足人體生理所需的氧氣，會(huì)危及生命安全。氧氣系統(tǒng)補(bǔ)氧量設(shè)計(jì)要綜合考慮氧氣系統(tǒng)的補(bǔ)氧能力與氧氣面罩流通能力之間關(guān)系。

本文主要研究CCAR-23.1443條適航條款規(guī)定的飛機(jī)氧氣系統(tǒng)最小補(bǔ)氧流量計(jì)算方法和適航驗(yàn)證方法，可為從事氧氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的人員提供設(shè)計(jì)參考，同時(shí)也可為適航審查員提供審查依據(jù)。

1適航條款規(guī)定

CCAR-23.1443最小補(bǔ)氧流量[2]：

（a）如果裝有連續(xù)供氧設(shè)備，申請(qǐng)人必須滿足本條（a）（1）和（a）（2）或者（a）（3）的要求：

（1）對(duì)于每一乘客，在不同座艙壓力高度上所需的最小補(bǔ)氧流量，不得小于在使用所提供的氧氣設(shè)備（包括面罩）時(shí)保持下述吸氣平均氣管氧分壓所需的氧流量：座艙壓力高度在3.048～5.638km時(shí)，每分鐘呼吸15L（BTPS），且保持固定呼吸時(shí)間間隔的最大潮氣量為700mL時(shí)，平均氣管氧分壓為100mmHg（1mmHg=133.3224Pa）；座艙壓力高度在5.638～12.192km時(shí)，每分鐘呼吸30L（BTPS），且保持固定呼吸時(shí)間間隔的最大潮氣量為1100mL時(shí)，平均氣管氧分壓為83.8mmHg。

（2）對(duì)于每位飛行機(jī)組成員，最小補(bǔ)氧流量不得小于保持下述吸氣平均氣管氧分壓所需的氧流量：在每分鐘呼吸15L（BTPS）且保持固定呼吸時(shí)間間隔的最大潮氣量為700mL時(shí)，平均氣管氧分壓為149mmHg。

（3）在低于和等于飛機(jī)的最大使用高度時(shí)，供給每個(gè)使用者的最小補(bǔ)氧流量不得小于圖1所示的流量。

（b）如果裝有飛行機(jī)組成員使用的肺式供氧設(shè)備，則每分鐘呼吸20L（BTPS）時(shí)，每一飛行機(jī)組成員所需的最小補(bǔ)氧流量，在座艙壓力高度低于和等于10.668km時(shí)，不得小于保持吸氣平均氣管氧分壓為122mmHg所需的氧流量；座艙壓力高度在10.668～12.192km時(shí)，不得小于保持含氧為95%所需的氧流量。此外，必須有可供機(jī)組選用純氧的手段。

（c）如果裝有急救供氧設(shè)備，則供每人使用的最小氧流量不得小于4L/min（STPD）。然而，可使用某種手段在任何座艙高度下將氧流量減到不小于2L/min（STPD）。急救用氧量是以急救用氧者每人每分鐘3L的平均氧流量為依據(jù)來(lái)確定。

2條款解讀

在適航條款原文中有BTPS、STPD兩組英文縮寫(xiě)，它們分別代表的是兩種工作狀態(tài)。BTPS是指人體溫度和壓力、飽和水蒸氣（水汽）（即37℃時(shí)人體所處環(huán)境壓力減去47mmHg，該壓力差也就等于氣管壓力減去呼吸氣體變成37℃飽和水蒸汽狀態(tài)時(shí)的水蒸氣壓力）。STPD是指標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下的干燥氣體（即0℃、760mmHg的無(wú)水蒸氣的空氣）。

除了BTPS、STPD狀態(tài)外，還常使用NTPD作為基準(zhǔn)狀態(tài)。NTPD是指標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下的干燥氣體（即21℃、760mmHg的無(wú)水蒸氣的空氣）。在AIR 825飛機(jī)氧氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)中給出二者對(duì)應(yīng)換算關(guān)系為STPD=0.92826×NTPD。無(wú)論使用何種狀態(tài)，最終都要統(tǒng)一為一個(gè)狀態(tài)來(lái)計(jì)算，由于CCAR-23.1443條款中的圖1使用的是STPD狀態(tài)，所以，我們進(jìn)行儲(chǔ)氧量計(jì)算時(shí)建議統(tǒng)一為STPD狀態(tài)，但也可以使用其他狀態(tài)作為基準(zhǔn)[3]。

2.1使用連續(xù)供氧設(shè)備

飛機(jī)上安裝連續(xù)式供氧設(shè)備時(shí)，每個(gè)乘客在不同高度范圍內(nèi)所需最小補(bǔ)氧流量的計(jì)算方法不同。在座艙壓力高度在3.048～5.638km時(shí)，每分鐘呼吸氧氣量按15L（BTPS），最大一次呼吸量按700mL，補(bǔ)氧量按平均氣管氧分壓為100mmHg所需的氧流量進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在座艙壓力高度在5.638～12.192km時(shí)，每分鐘呼吸氧氣量按30L（BTPS）、最大一次呼吸量按1100mL、補(bǔ)氧量按平均氣管氧分壓為83.8mmHg所需的氧流量進(jìn)行設(shè)計(jì)。每位飛行機(jī)組成員，每分鐘呼吸氧氣量按15L（BTPS），最大一次呼吸量按700mL，補(bǔ)氧量按平均氣管氧分壓為149mmHg所需的氧流量進(jìn)行設(shè)計(jì)。

供給每個(gè)使用者的最小補(bǔ)氧流量也可以按照不得小于按圖1的流量進(jìn)行取值，在圖1中所示的取值要比按照CCAR23.1443（a）（1）和（a）（2）計(jì)算的值大一些，最小補(bǔ)氧流量滿足CAR23.1443（a）（1）和（a）（2），或者滿足（a）（3）都可以滿足適航取證要求。

2.2使用肺式供氧設(shè)備

每名飛行機(jī)組每分鐘呼吸氧氣量均按20L（BTPS），在座艙壓力高度低于和等于10.668km時(shí)，補(bǔ)氧量按平均氣管氧分壓為122mmHg所需的氧流量進(jìn)行設(shè)計(jì)；在座艙壓力高度在10.668～12.192km時(shí)，補(bǔ)氧量按不小于保持含氧為95%所需的氧流量進(jìn)行設(shè)計(jì)。使用肺式供氧設(shè)備必須有可供機(jī)組選用純氧的手段。

2.3使用急救供氧設(shè)備

如果裝有急救供氧設(shè)備，氧氣系統(tǒng)供給每人使用的最小氧流量按每分鐘不小于4L（STPD），但是，在氧氣系統(tǒng)如具有在不同座艙高度下具有調(diào)節(jié)供氣量的手段，則供給每人使用的最小氧流量可按每分鐘不小于2L（STPD）。通常情況下，以急救用氧者每人每分鐘3L的平均氧流量為依據(jù)來(lái)確定氧氣系統(tǒng)的急救用氧量。

3最小補(bǔ)氧量計(jì)算方法

3.1使用連續(xù)供氧設(shè)備

3.1.1乘客成員最小補(bǔ)氧量計(jì)算

按照CCAR-23.1443規(guī)定，乘客成員最小補(bǔ)氧量計(jì)算方法與座艙壓力高度相關(guān)，座艙壓力高度對(duì)應(yīng)關(guān)系[4]，結(jié)果見(jiàn)表1。

在供混合氣的條件下，乘客成員最小補(bǔ)氧量可按式（1）計(jì)算[5]，結(jié)果見(jiàn)表2。

3.1.2機(jī)組成員最小補(bǔ)氧量計(jì)算

機(jī)組最小補(bǔ)氧量按照3.1.1節(jié)的式（1），在每分鐘呼吸15L（BTPS），最大潮氣量為700mm，平均氣管氧分壓為 149mmHg的條件下進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表3。

3.2使用肺式供氧設(shè)備

按照CCAR-23.1443規(guī)定，使用肺式供氧設(shè)備，供混合氣的條件下，最小補(bǔ)氧量可按式（2）計(jì)算[5]，結(jié)果見(jiàn)表4。

3.3使用急救供氧設(shè)備

如果使用急救供氧設(shè)備，通常情況下以急救用氧者平均每人每分鐘3L作為急救供氧設(shè)備的最小補(bǔ)氧量設(shè)計(jì)值。

4適航符合性驗(yàn)證

4.1 CCAR-23.1443（a）

該條款規(guī)定，使用連續(xù)式供氧設(shè)備，申請(qǐng)人必須滿足本條（a）（1）和（a）（2），或者（a）（3）的要求，只要滿足其中一個(gè)條件就可以滿足適航要求。

在3.1.1節(jié)對(duì)每名乘客在3.048～5.638km、5.638～12.192km所需最小補(bǔ)氧量分別進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算得出機(jī)組的最小補(bǔ)氧量均低于圖1中所規(guī)定的最小補(bǔ)氧量值。

在3.1.2節(jié)對(duì)每名機(jī)組的最小補(bǔ)氧量進(jìn)行，計(jì)算得出機(jī)組的最小補(bǔ)氧量在3.048～6.705km所需的最小補(bǔ)氧量高于圖1中的規(guī)定值，在6.705～12.192km所需最小補(bǔ)氧量低于圖1中的規(guī)定值。

從計(jì)算結(jié)果可以看出，使用連續(xù)式供氧設(shè)備，乘客的最小補(bǔ)氧量按照高于表2中計(jì)算出的最小補(bǔ)氧量，或者高于圖1中規(guī)定的最小補(bǔ)氧量進(jìn)行設(shè)計(jì)均可滿足乘客的最小補(bǔ)氧量要求。機(jī)組的最小補(bǔ)氧量按照?qǐng)D1或表3中規(guī)定選取均不能完全滿足適航條款要求，只能通過(guò)對(duì)連續(xù)式供氧設(shè)備的流通能力、飛行任務(wù)剖面、用氧人類別、氧氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)重量等因素進(jìn)行綜合考慮，最后在表3所示的計(jì)算值和圖1所示的規(guī)定值中選取較大值作為最小補(bǔ)氧量的設(shè)計(jì)值。本條款應(yīng)通過(guò)最小補(bǔ)氧量計(jì)算報(bào)告及試驗(yàn)報(bào)告向局方表明適航符合性。

4.2 CCAR-23.1443（b）

使用肺式供氧設(shè)備時(shí)，最小補(bǔ)氧量應(yīng)按照高于表4中計(jì)算出的最小補(bǔ)氧量進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且使用肺式供氧設(shè)備必須有可供機(jī)組選用供純氧的手段。本條款應(yīng)通過(guò)最小補(bǔ)氧量計(jì)算報(bào)告及試驗(yàn)報(bào)告向局方表明適航符合性。

4.3 CCAR-23.1443（c）

使用急救供氧設(shè)備時(shí)，按照供給急救用氧者平均每人3L/min的氧流量作為最小補(bǔ)氧量就可以滿足適航條款要求。本條款應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)報(bào)告向局方表明適航符合性。

5結(jié)束語(yǔ)

CCAR-23.1443條適航條款是對(duì)氧氣系統(tǒng)最小補(bǔ)氧量的規(guī)定，也是保證機(jī)組及乘客安全用氧的最低要求。在飛機(jī)型號(hào)研制過(guò)程中，為滿足適航條款要求，氧氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)機(jī)上選用的供氧設(shè)備類型、飛行高度、飛行任務(wù)剖面，以及乘客和飛行機(jī)組用氧量的不同進(jìn)行分類，分別進(jìn)行最小補(bǔ)氧量設(shè)計(jì)。同時(shí)，還需要結(jié)合機(jī)上乘客和飛行機(jī)組的數(shù)量及用氧時(shí)間，最終確定滿足適航要求的氧氣系統(tǒng)儲(chǔ)氧量。

飛機(jī)氧氣系統(tǒng)在進(jìn)行適航審查過(guò)程中，首先，應(yīng)通過(guò)氧氣系統(tǒng)最小補(bǔ)氧量設(shè)計(jì)報(bào)告中向局方審查代表表明氧氣系統(tǒng)的最小補(bǔ)氧量設(shè)計(jì)值能夠滿足適航條款要求；然后，還應(yīng)通過(guò)地面供氧功能試驗(yàn)、飛行供氧功能試驗(yàn)，實(shí)際測(cè)試氧氣系統(tǒng)的補(bǔ)氧量是否能滿足人體的生理需求，并通過(guò)合格的試驗(yàn)報(bào)告向局方表明氧氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠滿足CCAR-23.1443條適航條款對(duì)氧氣系統(tǒng)最小補(bǔ)氧量的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]CCAR-135小型航空器公共航空運(yùn)輸承運(yùn)人運(yùn)行合格審定規(guī)則[S].中國(guó)：中國(guó)民用航空局航空器適航審定司，2006. CCAR-135 Small aircraft public air transport carrier operation certification rules[S]. China：Airworthiness Certification Department of Civil Aviation Administrator of China， 2006.（in Chinese）

[2]CCAR-23正常類、實(shí)用類、特技類和通勤類飛機(jī)適航規(guī)定[S].中國(guó)：中國(guó)民用航空局航空器適航審定司，2004. CCAR-23 Airworthiness regulations for normal， utility， acrobatic， andcommutercategoryaircrafts[S].China： Airworthiness Certification Department of Civil Aviation Administrator of China， 2004.（in Chinese）

[3]《飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》總編委會(huì).飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)：第5冊(cè)生命保障和環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：航空工業(yè)出版社，1999. Aircraft Design Manual Editor-in-Chief. Aircraft design manual No. 15：life support and environment control system design[M]. Beijing：Aviation Industry Press，1999.（in Chinese）

[4]AIR 825飛機(jī)氧氣設(shè)備[S].美國(guó)：美國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)工程師學(xué)會(huì)，1965. AIR 825Aircraft oxygen equipment[S]. USA： American Society ofAutomotive Engineers， 1965.（in Chinese）

[5]張立藩.航空個(gè)人防護(hù)裝備[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1982. Zhang Lifan. Aviation personal protective equipment[M]. Beijing： National Defense Industry Press，1982.（in Chinese）

Research on CCAR-23.1443 Airworthiness Clause Compliance and Verification Technology

An Yang1，Xu Hai2，Xu Haixin3，Lyu Xiaofeng1，Gu Wei1

1. AVIC Harbin Aircraft Industry Group Co.，Ltd.，Harbin 150066，China

2. Shenyang Aircraft Airworthiness Certification Center of CAAC，Shenyang 110043，China

3. Aviation Military Representative Office of the Representative Bureau of Army Armament Department in Harbin Region，Harbin 150066，China

Abstract： Aircraft that have been certified for airworthiness in accordance with part CCAR-23 of China’s Civil Aviation Regulations shall be equipped with an oxygen system when the aircraft is operating at an altitude of more than 3.048km， and the oxygen supply of the oxygen system shall meet the minimum oxygen supply flow stipulated in CCAR-23.1443. The oxygen supply design of the oxygen system should comprehensively consider the relationship between the oxygen supply capacity of the oxygen system， the type of oxygen mask and the circulation capacity of the oxygen system. The oxygen supply of the oxygen system is too large or too small， and it is not desirable， because excessive oxygen supply will increase the weight of the aircraft. Oxygen supply is too small and does not meet the physiological needs of the human body， and it will endanger life safety. This paper analyses the minimum oxygen supply of continuous oxygen supply equipment， lung oxygen supply equipment and emergency oxygen supply equipment according to CCAR-23.1443. The personnel engaged in oxygen system design can directly select the appropriate minimum oxygen supplemental value according to the type of oxygen supply equipment selected by the aircraft， and also provide the review basis for airworthiness examiners.

Key Words： minimum oxygen supplemental value； cabin pressure altitude； tidal volume； continuous type oxygen； lung type oxygen

Received： 2021-06-30；Revised： 2021-07-21；Accepted： 2021-08-29