2014年07月21日 星期一
始于运10的中国民机适航探索
□ 本报综合

    出行使用什么交通工具最安全?根据英国环境交通区域部(DETR)公布的数据,如果选择步行,每十亿千米死亡率为54.2,自行车为44.6,轿车3.1,公交车0.4,铁路0.6,轮船2.6,飞机仅0.05。从上述数据可以看出,在同等距离下外出,飞机是最安全的交通工具。作为一个由上百万零件组成的“大家伙”,这样的安全性从何而来?这就不得不提到一个民机专业词汇——适航。

    我国对民机适航标准的探索、研究和应用,始于上世纪70年代运10飞机研制时期。

    1985年10月10—15日,西子湖畔,当时的中国民航总局在这里召开“民航适航规章审议会”,审查讨论由运10飞机总设计师马凤山任主编,上海飞机研究设计所(现中国商飞上海飞机设计研究院)各专业40余位适航技术骨干参加编写的《中国民用航空规章第25部——运输类飞机适航标准》(CCAR-25)。

    同年12月31日,中国民航总局正式将其颁布实施,宣告中国第一部适航规章CCAR-25部诞生。

    初识:从苏英美三份资料着手研究

    上世纪70年代初,我国开始自行研制大型客机运10。研制初期,面临一项重大的挑战就是要确定供型号设计用的强度设计规范。当时我国没有自己的民机设计规范,参与型号研制的设计人员开始搜集和分析国外相应资料。

    摆在设计人员面前有三份资料:一份是苏联1953年制定的《飞机强度设计指南》(简称“五三年指南”),一份是英国的《英国民航适航性要求》,另一份是美国的《民航手册》。

    通过分析,设计人员认定后两份资料符合民机设计特点,并将其大胆地试用在供运10飞机强度设计用的原始数据选取中,从而完成了我国第一份符合英美民机适航标准的《运10机强度计算原始数据计算》报告。

    抉择:以英美适航标准为蓝本

    但当应用英美数据计算运10飞机外载荷时,设计人员却发现对进一步计算出具体外载荷的方法很不熟悉,无奈之下,在试用较熟悉的苏联“五三年指南”失败后,设计人员回过头来,再次对英美适航标准进行认真的研究和分析。在与苏联“五三年指南”的对比中,发现两者之间的重大差异,特别在外载计算的初始状态即设计情况选取的规定上就有明显的不同。

    例如,“五三年指南”要求飞机在进行以大过载、大速压,做小攻角曲线飞行,即“俯仰机动”的同时,还要求急剧偏转方向舵进行“偏航机动”,按这样的设计情况计算出来的载荷当然会比较大,而在英美适航标准中根本就没有这种复合机动的情况,而是将“俯仰机动”与“偏航机动”按两种设计情况分别计算,因此每种设计情况计算出来的载荷必然小于复合机动的载荷。复合机动反映了军机的特点,而在民机实际飞行中是不可能存在的。

    还有在安全系数的选取上,前苏联与英美的标准也有明显不同。

    设计人员随即将此情况向运10飞机总设计师马凤山作了汇报,马凤山当即拍板,决定摒弃苏联“五三年指南”,改用英美适航标准作为运10飞机的设计规范。

    这个重大决策具有历史意义,在我国的航空史上正式开启了我国民机适航研究和应用的大门,标志我国民机适航工作正式起步。

    研究:掀起翻译学习消化普及热潮

    运10飞机选用英美适航标准始于强度设计的需要,然而英美适航标准的内容涵盖民机设计的总体、气动、结构、强度、系统、材料、标准、试飞等各个专业领域,是一部完整的民机设计基本准则和标准。一架要经得起未来适航当局审定的运10飞机必须严格按选定的适航标准进行设计,为此要求所有专业设计人员必须深入了解、熟悉和掌握适航标准并应用到实践中去。于是,一场对英美适航标准翻译、学习、消化的“适航”普及热潮,很快在上飞所掀起。

    为了掌握国外最新的适航标准,上飞所情报资料部门从国内外的大量资料中搜集了各类适航资料,组织技术人员进行翻译。设计人员先后对英国的BCAR、CAM-4b、美国《联邦航空条例第25部——运输类飞机适航标准》(FAR-25)、国际民航组织的《适航技术手册》(ATM)等适航标准进行翻译,总数达156万字。限于当时的条件,所有这些资料都在上飞所内油印出版,广为分发。为了能够设计出符合适航标准的运10飞机,全所各专业人员通过自学和集体讨论相结合的形式,刻苦学习、潜心钻研、消化吸收这些资料,取得了积极的成效。尤其是在1972年8月,运10飞机总体方案评审会明确以FAR-25作为运10飞机适航标准以后,进一步推动了上飞所适航研究工作持续深入地展开。

    运用:按FAR-25完成运10静力试验

    经过一段时间的学习,设计人员对FAR-25相应条款有了更多的认识和了解,但要真正落实这些设计标准决非易事。FAR-25条款仅仅给出能保证飞行安全的最低设计要求,并没有给出满足此要求的具体设计方法,而国内又没有任何按英美适航标准设计大型民机的经验。于是设计人员成了中国民机研制第一批吃“螃蟹”的人。

    运10飞机的静力试验是国内第一次完全按FAR-25要求进行的一项重大试验,如何编制出符合适航标准的静力试验大纲又是设计人员遇到的难题。FAR-25在其C分部即结构分部中“强度与变形”一节仅有6项原则性条款,但是凭借设计人员的不懈努力,还是编制出了一份持续三年半试验周期的《运10飞机静力试验大纲》。

    然而当《运10飞机静力试验大纲》正式被送到负责飞机静力试验的单位协调时却遭遇到质疑。承担运10飞机静力试验的单位,第一次接触到完全按FAR-25要求编制的试验大纲,他们在这项从未涉足的领域面前感到困惑,于是疑问一个接一个:试验情况太多;极限载荷试验加载到100%时要求保持载荷三秒钟有困难;限制载荷试验时,要求有人进入驾驶舱去检查操纵系统无人敢进入, 难以实现;要求机身增压舱进行两倍的正常充压载荷试验,可能会爆炸。

    可是这些试验要求是FAR-25明文规定的,必须不折不扣执行。最后设计人员终于说服了试验单位,在他们的理解和配合下开始了运10飞机的静力试验,并且获取了全机静力试验以100.2%破坏载荷一次成功的优异成绩。

    就这样,历经一千多个日日夜夜的奋战,参与试验的设计人员百分之百地完成了FAR-25所要求的全部静力试验任务,为确保运10首飞一次成功打下了坚实基础。

    ■名词解释

    适航就是适于航行的意思,它指的是航空器在预期环境中安全飞行的固有品质。只有严格按照适航规范制造的民用飞机,才能够有安全性的保证。

    一架客机在运营之前,必须通过我国的民用航空局取得三个证件才算“合法”,分别是型号合格证(TC证)、生产许可证和适航证。只有取得了适航证,飞机才可以飞行和运营。适航标准体系主要有欧美两大体系,美国负责适航标准的是美国联邦航空管理局(FAA),欧洲是欧洲航空安全局(EASA),各国都是在此基础上附加要求再建立自己的适航标准体系。

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