飞机燃油箱可燃性适航条款分析

张 宇，王莹莹，刘媛媛，刘 超

(中航工业沈飞民用飞机有限责任公司 工程研发中心，沈阳 110000)

民航工程

飞机燃油箱可燃性适航条款分析

张 宇，王莹莹，刘媛媛，刘 超

(中航工业沈飞民用飞机有限责任公司 工程研发中心，沈阳 110000)

分析燃油箱可燃性适航条款的历次修改，对当前适航条款进行梳理，总结出符合性验证的思路，同时对比了欧美适航当局对该条款要求的异同，有助于把握正确的燃油箱可燃性研究方向，利于项目和型号设计的工作开展。

燃油箱；可燃性；适航条款

燃油箱爆炸严重威胁航空安全，自1960年以来，全球先后发生了18起飞机燃油箱爆炸事故，造成542人遇难，并造成重大的经济损失[1]。FAA调查发现引起燃油箱爆炸的主要原因是由于燃油箱空余空间存在的可燃性蒸气被点火源点燃,从而引起爆炸。美国联邦航空局(FAA)对此高度重视，提出同时实行消除燃油箱点火源的措施和采取降低燃油箱可燃性的措施，并先后颁布多个修正案对燃油箱可燃性条款进行修改与补充，以期从根本上解决燃油箱安全问题。欧洲航空安全局(EASA)也持续跟进，对其审定规范(CS)相对应的燃油箱可燃性条款做了相应的修改，但由于其设计理念和出发点与FAA有所不同，以至于在具体要求和执行方法上存在一定差异。

在国外适航当局不断修改完善燃油箱可燃性条款的同时，中国民用航空局也十分重视燃油箱可燃性问题，在对CCAR-25部进行第四次修订时，首次增加了燃油箱可燃性的相关要求。但我国在燃油箱可燃性方面的研究还处于起步阶段，特别是关于定量分析所采用的蒙特卡罗模型，并没有给出相关的原理模型和具体的操作指导，存在一定的局限性。

1 条款背景

燃油箱可燃性条款从最初创建到如今，经历了多次修改，相关要求也不断完善，主要从消除点火源和降低燃油箱可燃性两方面入手进行规范，以期从根本上保证燃油箱的安全性。燃油箱可燃性条款来源于1967年5月5日FAA颁布的25-11号修正案，该修正案在FAR-25部中增加了25.981条款——燃油箱温度。该条款的主要要求是关于限制燃油箱中的温度来阻止燃油蒸气因油箱表面温度过热而引起点燃。同时适航条例还从外部的闪电到内部燃油箱的失效[2]，对点火源进行了防范，但历史表明还有一些不可见的因素引起点火源，包括制造误差，维修错误等，这些在认证之初是预料不到的。因此，在2001年4月18日FAA颁布了25-102号修正案《运输类飞机燃油箱系统设计评审、降低可燃性以及维护和检查要求》[3]进行补充。该修正案颁布后，将25.981条款更名为《燃油箱点燃防护》。该条款对消除燃油箱中的点火源提出了更高的标准，要求减少燃油箱中可燃蒸气的形成，或减轻发生点燃后所造成的危害影响。该条款的主要目的是采用设计措施来使运输类飞机燃油箱带有可燃蒸气的工作时间降至最低水平。在颁布25-102修正案的同时，FAA还颁布了特殊航空条例(SFAR)88[4]。该条例要求对许多正在服役运输飞机的燃油箱系统进行重新评估，以消除燃油箱中的点火源。

2 当前条款要求

当前的条款要求来自于FAA于2008年7月19日颁布的25-125号修正案《降低运输类飞机燃油箱可燃性》[5]，该修正案是在25-102号修正案的基础上对25.981进行了进一步修改，并针对油箱位置的不同而提出不同的要求，并且增加了对燃油箱可燃性的适航限制要求。该修正案还增加了新的附录对可燃性分析方法进行了解释，明确提出关于燃油箱可燃性暴露具体可接受的量化指标和分析方法。

当前的FAR针对燃油箱可燃性条款主要包括第25.5条《贯彻参考文件》中的(b)(1)条款，第25.981条《燃油箱点燃防护》，附录M《燃油箱系统降低可燃性的措施》和附录N《燃油箱可燃性暴露和可靠性分析》。

2.1 25.5贯彻参考文件

25.5(b)(1)条款主要列出了关于燃油箱可燃性的参考文件，当进行燃油箱可燃性评估时，推荐使用《燃油箱可燃性评估方法用户手册》[6]。

2.2 25.981 燃油箱点燃防护

25.981条款主要包含以下4个部分：

25.981(a)条款提出了点燃防护要求；

25.981(b)条款对不同燃油箱类型规定了可燃性暴露限制，并授权使用燃油箱可燃性评估方法；

25.981(c)条款提供了采用减轻点燃影响措施(IMM)的选项，可用于替代25.981(b)条款可燃性限制的要求；

25.981(d)条款包括了对适航限制项目(ALI)的要求，包含对点燃防护方法，IMM或FRM的关键设计构型控制限制(CDCCL)。

2.3 附录M 燃油箱系统降低可燃性的措施

附录M对降低可燃性措施建立了性能、可靠性和报告的要求，主要用于申请批准FRM。

2.4 附录N 燃油箱可燃性暴露和可靠性分析

附录N定义了燃油箱可燃性暴露分析模型，即蒙特卡罗模型，包括了分析中必须应用的定义，输入变量和数据表。主要用于进行可燃性暴露分析。

3 条款理解

25.981条款连同附录M和附录N，并参考《燃油箱可燃性评估方法用户手册》一同提出了可燃性限制和确定燃油箱可燃性的方法。

3.1 第25.981条分析

针对第25.981条分析如下：(a)条款的主要目的是减少燃油箱中存在的点火源；(b)条款的主要目的是把燃油箱的可燃性暴露限制在某个值；(c)条款保留了采用减轻点燃影响措施(IMM)以满足25.981燃油箱可燃性要求的选项。

为了验证第25.981条中(b)和(c)的符合性，25.981条款提供了两种关于处理燃油箱可燃性危险的方法：(1)控制燃油箱可燃性到规定的水平；(2)如果发生燃油蒸气点燃，采用减轻点燃影响措施(IMM)降低其危害。在25.981(b)中陈述了第一种方法，即表明燃油箱可燃性没有超过适航条款的限制。当采用这种符合性方法时，需要对燃油箱可燃性进行分析，并且当燃油箱超过可燃性限制时，应采用降低可燃性措施(FRM)降低燃油箱可燃性。

如果满足25.981(c)的要求，即通过采用减轻点燃影响措施(IMM)降低了点燃燃油蒸气的危害，那么就不需要满足25.981(b)的要求。IMM的例子包括向燃油箱填充聚氨酯泡沫体，或布置金属箔片，证明结构可以承受爆炸的影响，或安装其它抑制爆炸的系统[7]。如果采用25.981(c)条款进行符合性验证，因为IMM减轻了点燃的影响，以至于没有造成危害性的后果，因此就不需要确定燃油箱可燃性。

3.2 燃油箱可燃性条款整体分析

在FAR第25部针对燃油箱可燃性适航条款中，主要把油箱分为了两大类，针对不同的油箱有着不同的要求。

(1)主油箱或机身外油箱

对于主油箱或机身外油箱，包括复材机翼油箱，适航条例要求其机队平均可燃性暴露时间不能超过下列值中的较大值：1)可燃性暴露评估时间(FEET)的3%；2)所评估机型机翼燃油箱的可燃性暴露时间(如果所评估机型的机翼不是采用传统的非加热铝制机翼，则需要基于等效传统非加热铝制机翼油箱进行分析)。

(2)非主油箱并且在机身内的油箱

对于非主油箱并且在机身内的油箱，适航条例要求其机队平均可燃性暴露时间不能超过：1)可燃性暴露评估时间(FEET)的3%；2)FEET中温暖天气条件下处于地面或起飞/爬升阶段部分的3%。如果不能满足上述要求，FAA建议采用降低可燃性措施(FRM)以降低燃油箱可燃性。如果采用FRM，则在FEET的3%当中，下列每段时间均不得超过FEET的1.8%：①当FRM工作时，但燃油箱没有惰性化并且可燃；②当FRM不工作时，燃油箱可燃。

3.3 燃油箱可燃性暴露分析方法

针对不同种类的燃油箱，附录N提供了两种燃油箱可燃性暴露分析的方法。

(1)对于可等效为传统非加热铝制机翼的油箱，则定性的评估就足够了，方法可以采用等效分析；

(2)对于其它的燃油箱，则需要定量的评估，适航条款要求采用蒙特卡罗模型作为符合性验证方法，对油箱进行可燃性分析。

对于第一种方法，关于传统非加热铝制机翼油箱的定义，一般来说应具有如下的特性：首先必须满足是机翼油箱，其他油箱不适用；其次是材料为铝结构，不能是复材结构；只适用于亚音速飞机；同时油箱的外部热来源要足够的小，并且在飞行中由环境气流进行冷却；最后油箱表面没有热隔离，并且具有较大的空气动力表面暴露于外部空气。只有满足以上条件，才可定义为传统非加热铝制机翼油箱，也才能采用等效分析进行燃油箱可燃性分析；否则必须采用蒙特卡罗模型进行燃油箱可燃性分析。同时对于“非加热”的概念，可以理解为没有加热或具有较小的热源，其中较小的热源包括：不影响或较少影响燃油温度的热交换器、热防冰系统和热防冰隔离罩等等；而较大的热源包括：显著影响燃油温度的热交换器、邻近进行加热的燃油箱、从热燃油箱转输的燃油和邻近的空调设备等。

4 FAA和EASA对可燃性要求的差异

2006年12月，空客A380获得了EASA与FAA联合颁发的型号合格证，但关于燃油箱安全方面，双方仍存在分歧。FAA指责A380没有符合FAA关于燃油箱可燃性的规定，因为A380没有采用具有降低可燃性的措施，FAA表示担心其存在安全隐患[8]。对此，空客则回应称，其飞机不需要采取额外的油箱安全措施，因为空客飞机至今没有发生过油箱爆炸且A380根本没有位于机身位置的油箱。

双方的分歧来源于各自对燃油箱安全性的不同理解，从双方对燃油箱安全所制定的适航条款，就可发现差异。FAA的主要观点是，在消除燃油箱内点火源的同时，应采用具有降低可燃性的措施以保证燃油箱的安全。FAA不是要阻止可燃性气体的产生，而是要进行可燃性控制来保证燃油箱安全。EASA也没有排除可燃性状态，并且也包含了量化的可燃性暴露要求，但是在最初的要求和相应的方法上还是存在着巨大的差异。其中最大的差异来自于CS 25.981(b)(1)条款。该条款要求：尽最大可能，采取设计预防措施来限制热和能量的传导，阻止燃油箱中可燃性蒸气的产生[9]。从该条款可以看出，EASA首先要求控制热输入，而不是接受申请者采用其它方式来控制可燃性暴露[10]，这点是与FAA最大的差异。

5 结 论

通过对燃油箱可燃性条款历次修改的分析和当前条款要求的理解，针对燃油箱可燃性条款的符合性验证，主要得出如下结论：

(1)作为备用选项，可采用减轻点燃影响措施(IMM)来满足燃油箱可燃性要求；

(2)针对油箱位置的不同，条例所规定的要求和符合标准也不相同；

(3)对于不同种类的油箱，应选择不同的分析方法进行验证：定性分析方法或定量分析方法；

(4)在满足EASA的燃油箱可燃性要求时，应首先考虑控制热输入。

[1]温文才.飞机燃油箱可燃性评估方法研究[J].民用飞机设计与研究，2009(2):31-34.

[2]FAA.FAR AC25.981-1C:Fuel tank ignition source prevention guidelines[Z].2008-9.

[3]FAA.Amendment 25-102:Transport airplane fuel tank system design review,flammability reduction,and maintenance and inspection requirements[Z].2001-4.

[4]FAA.SFAR88 No.88:Fuel tank system fault tolerance evaluation requirements[Z].2001-4.

[5]FAA.Amendment 25-125:Reduction of fuel tank flammability in transport category airplanes[Z].2008-7.

[6]DOT/FAA/AR-05/8.Fuel tank flammability assessment method user′s manual[Z].2008-05.

[7]FAA.FAR AC25.981-2A:Fuel tank flammability reduction means[Z].2008-9.

[8]蒋瑞.欧美适航当局在燃油箱安全性问题上的意见分歧[J].民用飞机设计与研究，2007(2):29-31.

[9]EASA.Certification specifications and acceptable means of compliance for large aeroplanes[Z].2013-6.

[10]SAE.AIR 5774.Composite fuel tanks,fuel system design considerations[S].2012-12.

(责任编辑：宋丽萍 英文审校：刘红江)

Analysisonairworthinessclausesofaircraftfueltankflammability

ZHANG Yu，WANG Ying-ying，LIU Yuan-yuan，LIU Chao

(Engineering Research & Development Center,AVIC SAC Commercial Aircraft Company Limited,Shenyang 110000,China)

Through analyzing the amendments to the airworthiness clauses of fuel tank flammability,the current airworthiness clauses are studied in the paper.The approaches of airworthiness compliance are concluded and the different requirements by the U.S.and European authorities are compared.The study is helpful in the researches of the fuel tank flammability and the project development and model design.

fuel tank;flammability;airworthiness clause

2014-05-23

张宇(1983-)，男，辽宁盖州人，工程师，主要研究方向：燃油系统安装设计，E-mail:zhang.yu3@sacc.com.cn。

2095-1248(2014)04-0075-04

V211

A

10.3969/j.issn.2095-1248.2014.04.015