民用飛機適航符合性驗證方法.pdf

民用飛機適航符合性驗證方法探討 曹繼軍 ? 張越梅 ? 趙平安 (第一飛機設(shè)計研究院質(zhì)量適航安全部 ) 摘要: 適航符合性驗證是民用飛機研制的特點, 符合性是驗證的目的, 驗證方法是確定驗證對象是否具有符合性時所用的手 段。本文通過介紹 10種適航符合性驗證方法以及對符合性驗證方法的選用原則進行分析, 正確地選擇為適航管理部門所 接受的適航符合性驗證方法既是設(shè)計人員進行飛機設(shè)計的職責, 也是保障飛機安全飛行的重要前提。 關(guān)鍵字: 民用飛機; 適航; 符合性驗證方法 引言 隨著航空事業(yè)的迅猛發(fā)展, 飛機安全性 的要求越來越高, 為了保障民用航空器安全、 維護公眾利益、 促進航空事業(yè)發(fā)展, 必須從設(shè) 計、 制造、 使用、 維護等方面制定一系列保證 安全的最低標準, 進行適航管理。 民用航空器的適航管理是以保證航空器 安全性為目標的技術(shù)性、 法規(guī)性管理。國家 和適航部門頒布的各種適航管理規(guī)章均屬法 規(guī)性文件, 從事相應活動的單位和個人必須 嚴格遵循; 而從事民用航空產(chǎn)品和零部件設(shè) 計、 制造、 使用和維修等相應活動的單位和個 人的資格及其最終完成的產(chǎn)品是否完全符合 相應規(guī)章、 標準和程序必須經(jīng)適航部門審查、 批準, 最后由適航部門頒發(fā)相應的適航批準 證書。 適航符合性驗證是為了保障民用航空活 動安全, 采用不同的說明和驗證方法獲得所 需的證據(jù)資料向?qū)彶榉奖砻鳟a(chǎn)品對于適航條 款的符合性, 只有全面完成符合性驗證才能 取得民航適航證, 只有取得各類適航證的產(chǎn) 品才能合法進入市場。 1? 適航符合性驗證方法 1. 1? 適航符合性驗證方法概述 符合性驗證是指采用各種驗證手段, 以 驗證的結(jié)果證明所驗證的對象是否滿足民用 飛機適航條例的要求, 檢查驗證對象與適航 條例的符合程度, 它貫穿民用飛機研制的全 過程。 適航符合性驗證的基礎(chǔ)就是審定基礎(chǔ), 即民用飛機型號設(shè)計適用的適航條款 (包括 豁免條款的考慮 )以及為該型號設(shè)計增加的 專用條件。 在民用飛機型號審查過程中, 為了獲得 所需的證據(jù)資料以向?qū)彶榉奖砻鳟a(chǎn)品對于適 航條款的符合性, 需要采用不同的方法進行 說明和驗證, 這些方法統(tǒng)稱為符合性驗證 方法。 常用的符合性驗證方法可根據(jù)實施的符 合性工作的形式分為四大類: 1) 工程評審; 2) 試驗; 3) 檢查; 4) 設(shè)備鑒定。 根據(jù)這四大類方法再具體進行細化, 最 終形成了常用的、 經(jīng)實踐檢驗的、 適航部門認 可的十種符合性驗證方法。 為了便于編制計劃和文件, 每種符合性 方法賦予相應的代碼。 常用的符合性驗證方法見表 1 。 37 表 1?適航符合性驗證方法 符合性工作方法編碼符合性驗證方法相應的文件 工程評審 MC0 符合性聲明 ? ? 引述型號設(shè)計文件 ? ? 公式、 系數(shù)的選擇 ? ? 定義 型號設(shè)計文件 符合性記錄單 MC1說明性文件說明、 圖紙、 技術(shù)文件 MC2分析 /計算綜合性說明和驗證報告 MC3安全評估安全性分析 試驗 MC4試驗室試驗 MC5地面試驗 MC6試飛 MC8模擬器試驗 試驗任務書 試驗大綱 試驗報告 試驗結(jié)果分析 檢查MC7航空器檢查 觀察 /檢查報告 制造符合性檢查記錄 設(shè)備鑒定MC9設(shè)備合格性見? 注? 注: 設(shè)備鑒定過程可能包括前面所有的符合性驗證方法。 ?所有 ? 試驗 ?類 的符合 性驗證 方法 (MC4 、 5 、 6和 8)在實施前都要編制試驗大 綱, 并經(jīng)適航部門批準后才能夠進行相應的 試驗, 試驗后及時編寫試驗報告和對應的符 合性報告, 對試驗結(jié)果進行分析, 對試驗判據(jù) 進行說明等。試驗報告要經(jīng)適航部門審批認 可, 試驗過程中適航部門認為必要時還可派 代表進行全程監(jiān)控或現(xiàn)場目擊見證有關(guān)的試 驗工作。 1. 2? 符合性驗證方法的應用說明 1 . 2 . 1? MC0的符合性驗證方法? ? 符合性 聲明 該方法是通過引用型號設(shè)計文件 (如圖 紙、 技術(shù)條件、 技術(shù)說明書 )等手段來定性地 說明型號設(shè)計符合相應的適航條款要求。 例如, 為了在應急情況下確保機上所有 乘員都能在規(guī)定的時間內(nèi)撤離飛機, CCAR - 25- R3 ? 25. 809( a) 要求: ?每個應急出 口, 包括飛行機組應急出口在內(nèi), 必須是機身 外壁上能提供通向外部的無障礙開口的活動 艙門或帶蓋艙口。 ?在驗證型號設(shè)計對該條 款的符合性時, 可選擇? MC0?的符合性驗證 方法, 應用飛機的總體布置圖、 座艙布置圖及 相應的圖紙來說明該飛機的應急出口的設(shè)計 滿足上述要求。 1. 2 . 2? MC1的符合性驗證方法? ? 說明性 文件 該方法是通過向適航部門提交有關(guān)型號 設(shè)計資料 (如說明、 圖紙、 技術(shù)文件等 ), 由其 組織, 以工程評審的形式來確定有關(guān)設(shè)計是 否符合相應的適航條款要求。 例如 CCAR- 25- R3 ? 25 . 903( e) ( 1) 規(guī)定: ?必須有飛行中再起動任何一臺發(fā)動 機的手段。 ?對該條款可理解為 ?在發(fā)動機發(fā) 生空中停車故障時, 能恢復發(fā)動機的工作。 ? 在驗證型號設(shè)計對于該條款的符合性時, 可 選擇? MC1?的符合性驗證方法, 向適航部門 提交發(fā)動機起動和操縱系統(tǒng)原理圖、 安裝圖 38 以及飛行中發(fā)動機再點火文件, 由其組織工 程評審來確認飛機具有飛行中再起動每臺發(fā) 動機的設(shè)施和能力。 1 . 2 . 3? MC2的符合性驗證方法? ? 分析 / 計算 該方法是通過分析和計算的手段 (如載 荷、 靜強度和疲勞強度、 性能、 統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析、 與以往型號的相似性 )來證明有關(guān)設(shè)計符合 相應的適航條款要求。 例如, 為了使得機組成員在值勤時不致 過度疲勞和不適, CCAR- 25- R3 ? 25 . 831 ( a) 規(guī)定: ?通常情況下通風系統(tǒng)至少應能 向每一乘員提供每分鐘 250克 ( 0 . 55磅 )的 新鮮空氣。 ?在驗證型號設(shè)計對該條款的符 合性時, 可選擇 ? MC2?的符合性驗證方法, 利用飛機空調(diào)系統(tǒng)的圖紙、 說明書, 通過分析 計算來說明滿足適航條款所規(guī)定的新鮮空氣 量的要求。 1 . 2 . 4? MC3的符合性驗證方法? ? 安全 評估 該方法是通過 FMEA、 FTA 等故障分析 手段 (如初步風險分析、 故障樹分析、 失效模 式影響和關(guān)鍵性分析 /FMECA, 軟件質(zhì)量計 劃 )對有關(guān)設(shè)計進行安全性評估, 驗證其對 于相應適航條款的符合性。 例如, CCAR - 25- R3 ? 25 . 735( e) 要 求機輪剎車防滑裝置及其有關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計必 須確保 ?在發(fā)生任何可能的單個故障時都不 會使飛機的剎車能力或方向操縱損失到危險 的程度。 ?在驗證型號設(shè)計對該條款的符合 性時, 可選擇 ? MC3?的符合性驗證方法, 依 據(jù)飛機剎車系統(tǒng)的設(shè)計資料、 成品數(shù)據(jù)、 計算 結(jié)果、 (同類飛機的 )使用經(jīng)驗等進行 FMEA 或 FTA分析以作出安全性評估來證明設(shè)計 滿足要求。 1 . 2 . 5? MC4的符合性驗證方法? ? 試驗室 試驗 該方法是通過試驗室試驗 (如靜力和疲 勞試驗, 環(huán)境試驗 ?) 來驗證有關(guān)設(shè)計對于 相應適航要求的符合性, 試驗可能在零部件、 分組件和完整件上進行。 例如, CCAR- 25- R3 ? 25 . 723( b) 要 求 ?起落架在演示其儲備能量吸收能力的試 驗中不得損壞?。在驗證型號設(shè)計對該條款 的符合性時, 可選擇 ?MC4?的符合性驗證方 法, 通過儲備能量吸收落振試驗來驗證。該 試驗應用完整的起落架并模擬飛機上的安裝 情況和著陸姿態(tài), 在落振試驗臺上進行試驗。 試驗后檢查起落架是否有損壞。 1. 2 . 6? MC5的符合性驗證方法? ? 地面 試驗 該方法是在飛機停在地面時進行適當?shù)?試驗來驗證有關(guān)設(shè)計對于相應適航要求的符 合性。 例如, 為防止由于燃油熱膨脹造成燃油 溢出燃油箱或損壞燃油箱結(jié)構(gòu), CCAR- 25 - R3 ? 25 . 969要求?每個燃油箱都必須具有 不小于 2 % 油箱容積的膨脹空間 ?。在驗證 型號設(shè) 計對該條款 的符合性 時, 可選擇 ? MC5?的符合性驗證方法, 進行相應的地面 試驗。在地面試驗時, 利用重力加油口加油, 到達加油口油面后, 再利用油箱通氣管 (或 其它辦法 ) 加油至油箱充滿油, 后面所加的 油的體積即為燃油箱的膨脹空間, 驗證其是 否符合要求。 1. 2 . 7? MC6的符合性驗證方法 ? 試飛 該方法是通過飛機在飛行中進行適當?shù)?試驗來驗證有關(guān)設(shè)計對于相應適航要求的符 合性。該方法在規(guī)章明確要求或用其他方法 無法完全演示符合性時采用。 例如, CCAR- 25- R3 ? 25 . 103?失速速 度 ?要求。在驗證型號設(shè)計對該條款的符合 性時, 可選擇 ?MC6?的符合性驗證方法。因 為失速速度是邊界飛行速度, 此時飛機處于 大迎角狀態(tài), 作用在飛機上的氣動力和飛機 的運動情況都比較復雜, 難以靠解析計算求 39 解, 所以唯一可靠的驗證方法是飛行試驗。 1 . 2 . 8? MC7的符合性驗證方法? ? 航空器 檢查 該方法是通過適航部門專家在樣機或飛 機上進行檢查的方式來驗證有關(guān)設(shè)計對于相 應適航要求的符合性。 例如, CCAR- 25- R3 ? 25 . 812( d) 提 出了對于?各主過道和出口之間通向與地板 齊平的旅客應急出口的通道 ?的應急照明要 求和測量方法。在驗證型號設(shè)計對該條款的 符合性時, 可選擇 ? MC7?的符合性驗證方 法, 由適航部門專家在樣機或飛機上按本款 規(guī)定的測量方法進行檢查, 驗證其是否符合 要求。 1 . 2 . 9? MC8的符合性驗證方法? ? 模擬器 試驗 該方法是通過在工程模擬器上進行適當 的模擬試驗來驗證有關(guān)設(shè)計對于相應適航要 求的符合性。該方法一般不單獨使用, 而是 配合其它方法一起使用。 例如, 在通過飛行試驗來驗證 CCAR - 25- R3 ? 25 . 672( b) 對于增穩(wěn)系統(tǒng)或任何 其它自動或帶動力的操縱系統(tǒng)發(fā)生故障時飛 機的可操縱性之前, 可以先進行模擬器試驗 演示, 在模擬試驗通過后再進行試飛, 以保證 飛行安全。 1 . 2 . 10? MC9的符合性驗證方法 ? 設(shè)備 合格性 該方法是通過向適航部門提交航空設(shè)備 (包括材料 )的合格證明文件的方式來表明 對于相應適航要求的符合性, 一般用于裝機 設(shè)備 (或材料 )的符合性驗證。 例如, CCAR- 25- R3 ? 25 . 731? 機輪 ? 的驗證。在驗證型號設(shè)計對該條款的符合 性時, 可選擇 ? MC9?的符合性驗證方法, 由 TC申請人編制機輪選擇符合性說明報告并 與機輪的產(chǎn)品合格證一起提交適航部門 審批。 2? 適航符合性驗證方法的選用 符合性驗證方法是多種多樣的, 各種符合 性驗證的方法可以疊加使用, 對于復雜的條 款, 對于同一驗證的對象可采用幾種驗證方法 疊加驗證其符合性, 只要是在實踐中可行的、 適航部門認可的符合性驗證方法都可以采用。 同時符合性驗證方法的造用, 要根據(jù)條款的復 雜程度和民機的研制情況, 由民航評審人員與 申請方共同協(xié)商確定, 但只要能說明滿足條款 的要求, 選擇任何一種或幾種疊加的符合性驗 證方法都可以。主要是要有足夠的理由和證 據(jù)證明滿足符合性。其實符合性驗證方法不 止 10種, 歐洲就準備增加軟件合格證 MC10 和相似性認可 MC11兩種方法。符合性驗證 方法可以單獨使用, 亦可以組合起來使用, 這 主要取決于要驗證的適航條款內(nèi)容。一般而 言, 涉及面廣的、 比較重要的條款往往需要使 用多種符合性方法來驗證。 通常 MC0多用于 ? 總則 ?一類的條款, MC3主要用于要求進行故障分析的條款, MC7適用于有具體測量方法規(guī)定的條款, MC9一般用于裝機設(shè)備 (或材料 )的符合性 驗證, 其余方法則可顧名思義地加以選用。 適航符合性驗證方法選用 的一般原 則是: 1)符合性方法的選擇, 原則上以最低成 本來滿足條款要求, 不是驗證試驗項目越多 越好, 而是符合性方法盡可能簡單、 少; 2)對于新型號符合性方法 MC0用于不 適用條款的說明。當采用 MC1闡述對于相 關(guān) 條 款 在 技 術(shù) 方 案 中 考 慮 時, 不 再 使 用 MC0 ; 3)MC2不但包括用計算方法表明符合 性, 而且包括同型號驗證或使用經(jīng)驗和相似 性分析。MC1中不包括相似性分析; 4)對條款中明確有失效、 故障影響、 概 率極小、 危害最小等措辭的, 必須進行系統(tǒng)安 40 全性分析, 采用符合性方法 MC3 ; 5)對于條款中有演示、 試驗、 試驗和分 析相結(jié)合等要求, 應選擇符合性方法 MC4 、 MC5和 MC8等。對于不在用于飛行的飛機 上作的試驗, 均采用 MC4或 MC8 ; 6)對于實驗室試驗能夠符合的, 可用 MC4和 MC8 , 盡可能不選 MC5和 MC6 。對 于符合性方法已選用 MC5或 MC6的, 原則 上不必同時用 MC4 , 避免重復; 7)MC8主要用于對操縱特性和駕駛特 性評估; 8)對于機載設(shè)備, 要求供應商提供設(shè)備 驗證所需的分析、 計算和鑒定試驗報告, 必要 時審查代表還要目擊鑒定試驗, 這些均包括 在 MC9中。條款中有明確規(guī)定須批準的設(shè) 備, 必須采用 TSOA設(shè)備。 其中 MC4、 MC5 、 MC6三種試驗在民用 飛機符合性驗證中占有十分重要的地位, 是 飛機符合性驗證的重要手段, 凡是非試驗手 段不能解決的問題都可通過試驗手段得到解 決。因為試驗是符合實際情況、 超脫假設(shè)所 引起的不完備性, 可以真實反映產(chǎn)品的本質(zhì), 同時試驗具有可重復性經(jīng)得起檢查, 只要條 件相同, 結(jié)果總是唯一的, 此外試驗可模擬邊 界和臨界情況, 甚至達到故障和破壞狀態(tài)。 凡是地面試驗 (MC4和 MC5 )不能完成的驗 證內(nèi)容或暴露不充分的問題均可在飛行試驗 (MC6)中去完成, 飛行試驗能客觀全面地反 映飛機的正規(guī)性與正確性, 飛行試驗的結(jié)論 具有權(quán)威性, 是綜合檢查飛機設(shè)計、 制造和使 用質(zhì)量的最后關(guān)口。 實際工作中, 盡量采用非試驗手段完成 符合性驗證, 能用地面試驗完成的就不用飛 行試驗進行驗證, 以加快飛機研制進度和降 低研制成本。 3? 符合性驗證的管理 符合性驗證是民機研制的特點, 軍用飛 機也有相當多的類似