基于VB的民用飞机低温符合性验证模型

李闯+简夕忠

【摘 要】民用飞机正常情况下一般采取双套空调组件对驾驶舱和客舱进行温度调节，双套空调组件失效会导致乘员暴露于低温环境，可能会导致机组能力降低，从而影响飞行安全；基于适航条款CCAR25.1309（a）（b）（d）对民用飞机的设计要求，本文通过定义一种符合性方法，并基于VB平台开发出民用飞机低温失效的符合性计算模型，来验证对适航条款§25.1309（a）（b）和（d）的符合性，从而对民用飞机的适航验证具有指导意义。

【关键词】民用飞机；低温；适航条款CCAR 25.1309（a）（b）（d）；IREQ

【Abstract】In general， there are two air conditioning packs in order to regulate temperature both in cockpit and cabin. If two packs both fail to work， people in cockpit and cabin will be exposed to low temperature environment， which may result in crew performance degradation and prevent the crew from successfully completing their assigned tasks – continued safe flight and landing. This article defines a low temperature certification method to validate CCAR 25.1309（a）（b）（d） regulation.

【Key words】Civil Aircraft； Low Temperature； CCAR 25.1309（a）（b）（d） regulation； IREQ

0 引言

在飞机系统的某些失效状态下，舱内的乘员可能会遭受较低的温度。在某型号的延程运行演示试验期间，驾驶舱和客舱的特定区域的曾出现温度低至10oC 的情况，可能会导致乘员的核心温度降低，机组能力降低到发生思考错误或身体筋疲力尽而妨碍机组成功地完成其被指定的任务-继续安全飞行和着陆。适航条款§25.1309（a）（b）和（d）

为了验证对适航条款§25.1309（a）（b）和（d）的符合性，必须通过分析来证明该环境不会导致机组能力降低到发生思考错误或身体筋疲力尽而妨碍机组成功地完成其被指定的任务-继续安全飞行和着陆的程度。CAAC建议申请方应通过分析，证明在双套空调组件失效状态下，乘员暴露于低温环境期间，人体核心温度不会降至低于36°C。然而，由于以下原因：

1）由于缺乏充分的生理数据以定义核心体温极限；

2）目前尚无相关适用的行业标准以提供足够的数据支持来计算低温环境下的人体核心温度。

因此，采用参考文献[4]介绍的所需保温衣物IREQ计算法（以下简称IREQ法）代替CAAC建议的人体核心温度计算法，不失为证明低温环境符合性的一种可行性方法。

1 IREQ

1.1 定义

为保持身体在特定条件下的热平衡所需的保温衣服值即为IREQ。IREQ考虑环境温度、平均辐射温度、相对湿度和气流速度的综合作用。IREQ分析热环境的影响和身体的新陈代谢速率，指明乘员处于该低温环境下对衣着的需求。

IREQ法通过定义身体热平衡方程式，计算该环境下人体为了保持热平衡所需的IREQ，如果衣着保温值高于IREQ，则认为该环境下可以满足人体可接受的体温和皮肤温度，如果衣着保温值低于IREQ，则根据该环境下可以满足人体可接受的体温和皮肤温度来计算乘员所允许的最大暴露时间。

1.2 计算过程

IREQ可通过人体热平衡方程求解，其主要参数包括：空气温度Ta，平均辐射温度Tr，水蒸气分压力pa，空气速度va，人体新陈代谢率M，衣物特性系数，出汗率等。

人体热平衡方程可表达为：

该方程表达了人体内部热生成情况，人体新陈代谢率M与有效机械功W之差等于人体呼吸空气对流Cres、呼吸空气蒸发Eres，人体皮肤传导K、对流C、辐射R、蒸发E，积累在身体的热存储S之和。

1）人体新陈代谢率M值可根据不同劳动强度分类，典型人体新陈代谢率的评估值可参参考文献[4]的附录C。

2）大多数情况下，人体有效机械功非常小，可以忽略。

3）呼吸对流产生的热流量可表达为：

4）呼吸蒸发产生的热流量可表达为：

5）人体皮肤表面对流热流量可表达为式（4），h为衣服外界大气的动态对流热系数，计算时考虑衣服特性、外界空气流动等特性。

6）人体皮肤表面辐射热流量可表达为式（5），hr为衣服外界大气的动态辐射热系数，计算时考虑衣服特性、外界空气流动等特性。

8）人体热存储为上述热流量的代数和：

9）人体皮肤温度的计算公式可表达为：

10）根据皮肤温度计算IREQ：

以下是IREQ的计算流程，详细的计算过程可参考文献[4]的附录A。

2 符合性计算建模

根据本文第2章所介绍的计算公式和流程，基于Visual Basic语言，建立座舱处于低温环境下IREQ的计算软件模型。该模型可以直观判断乘员处于具体的低温环境下衣着是否足够御寒；如果不足以御寒，该模型可以预测乘员在该低温环境下的限制暴露时间。

低温失效的软件计算模型界面如图2所示。

3 结论

由于缺少相关数据以及适用的行业标准来计算低温环境下的人体核心温度，采用IREQ法可以作为民用飞机低温符合性验证的一种方法；IREQ法综合考虑了周围环境温度、平均辐射温度、相对湿度和气流速度对乘员的作用；通过建立软件模型来验证乘员处于该低温环境下是否安全，可以计算该环境不安全时乘员的限制暴露时间。本文介绍的IREQ法作为一种验证适航条款§25.1309（a）（b）和（d）的符合性方法，对民用飞机的适航验证具有指导意义。

【参考文献】

[1]刘剑锋.CCAR-25-R3 运输类飞机适航标准[S].2001，05.

[2]寿荣中，何慧姗.飞行器环境控制[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[3]朱春玲.飞行器环境控制与安全救生[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[4]ISO11079， Ergonomics of the thermal environment—Determination and interpretation of cold stress when using required clothing insulation（IREQ）and local cooling effects， 2007[Z].

[责任编辑：杨玉洁]

【摘 要】民用飞机正常情况下一般采取双套空调组件对驾驶舱和客舱进行温度调节，双套空调组件失效会导致乘员暴露于低温环境，可能会导致机组能力降低，从而影响飞行安全；基于适航条款CCAR25.1309（a）（b）（d）对民用飞机的设计要求，本文通过定义一种符合性方法，并基于VB平台开发出民用飞机低温失效的符合性计算模型，来验证对适航条款§25.1309（a）（b）和（d）的符合性，从而对民用飞机的适航验证具有指导意义。

【关键词】民用飞机；低温；适航条款CCAR 25.1309（a）（b）（d）；IREQ

【Abstract】In general， there are two air conditioning packs in order to regulate temperature both in cockpit and cabin. If two packs both fail to work， people in cockpit and cabin will be exposed to low temperature environment， which may result in crew performance degradation and prevent the crew from successfully completing their assigned tasks – continued safe flight and landing. This article defines a low temperature certification method to validate CCAR 25.1309（a）（b）（d） regulation.

【Key words】Civil Aircraft； Low Temperature； CCAR 25.1309（a）（b）（d） regulation； IREQ

0 引言

在飞机系统的某些失效状态下，舱内的乘员可能会遭受较低的温度。在某型号的延程运行演示试验期间，驾驶舱和客舱的特定区域的曾出现温度低至10oC 的情况，可能会导致乘员的核心温度降低，机组能力降低到发生思考错误或身体筋疲力尽而妨碍机组成功地完成其被指定的任务-继续安全飞行和着陆。适航条款§25.1309（a）（b）和（d）

为了验证对适航条款§25.1309（a）（b）和（d）的符合性，必须通过分析来证明该环境不会导致机组能力降低到发生思考错误或身体筋疲力尽而妨碍机组成功地完成其被指定的任务-继续安全飞行和着陆的程度。CAAC建议申请方应通过分析，证明在双套空调组件失效状态下，乘员暴露于低温环境期间，人体核心温度不会降至低于36°C。然而，由于以下原因：

1）由于缺乏充分的生理数据以定义核心体温极限；

2）目前尚无相关适用的行业标准以提供足够的数据支持来计算低温环境下的人体核心温度。

因此，采用参考文献[4]介绍的所需保温衣物IREQ计算法（以下简称IREQ法）代替CAAC建议的人体核心温度计算法，不失为证明低温环境符合性的一种可行性方法。

1 IREQ

1.1 定义

为保持身体在特定条件下的热平衡所需的保温衣服值即为IREQ。IREQ考虑环境温度、平均辐射温度、相对湿度和气流速度的综合作用。IREQ分析热环境的影响和身体的新陈代谢速率，指明乘员处于该低温环境下对衣着的需求。

IREQ法通过定义身体热平衡方程式，计算该环境下人体为了保持热平衡所需的IREQ，如果衣着保温值高于IREQ，则认为该环境下可以满足人体可接受的体温和皮肤温度，如果衣着保温值低于IREQ，则根据该环境下可以满足人体可接受的体温和皮肤温度来计算乘员所允许的最大暴露时间。

1.2 计算过程

IREQ可通过人体热平衡方程求解，其主要参数包括：空气温度Ta，平均辐射温度Tr，水蒸气分压力pa，空气速度va，人体新陈代谢率M，衣物特性系数，出汗率等。

人体热平衡方程可表达为：

该方程表达了人体内部热生成情况，人体新陈代谢率M与有效机械功W之差等于人体呼吸空气对流Cres、呼吸空气蒸发Eres，人体皮肤传导K、对流C、辐射R、蒸发E，积累在身体的热存储S之和。

1）人体新陈代谢率M值可根据不同劳动强度分类，典型人体新陈代谢率的评估值可参参考文献[4]的附录C。

2）大多数情况下，人体有效机械功非常小，可以忽略。

3）呼吸对流产生的热流量可表达为：

4）呼吸蒸发产生的热流量可表达为：

5）人体皮肤表面对流热流量可表达为式（4），h为衣服外界大气的动态对流热系数，计算时考虑衣服特性、外界空气流动等特性。

6）人体皮肤表面辐射热流量可表达为式（5），hr为衣服外界大气的动态辐射热系数，计算时考虑衣服特性、外界空气流动等特性。

8）人体热存储为上述热流量的代数和：

9）人体皮肤温度的计算公式可表达为：

10）根据皮肤温度计算IREQ：

以下是IREQ的计算流程，详细的计算过程可参考文献[4]的附录A。

2 符合性计算建模

根据本文第2章所介绍的计算公式和流程，基于Visual Basic语言，建立座舱处于低温环境下IREQ的计算软件模型。该模型可以直观判断乘员处于具体的低温环境下衣着是否足够御寒；如果不足以御寒，该模型可以预测乘员在该低温环境下的限制暴露时间。

低温失效的软件计算模型界面如图2所示。

3 结论

由于缺少相关数据以及适用的行业标准来计算低温环境下的人体核心温度，采用IREQ法可以作为民用飞机低温符合性验证的一种方法；IREQ法综合考虑了周围环境温度、平均辐射温度、相对湿度和气流速度对乘员的作用；通过建立软件模型来验证乘员处于该低温环境下是否安全，可以计算该环境不安全时乘员的限制暴露时间。本文介绍的IREQ法作为一种验证适航条款§25.1309（a）（b）和（d）的符合性方法，对民用飞机的适航验证具有指导意义。

【参考文献】

[1]刘剑锋.CCAR-25-R3 运输类飞机适航标准[S].2001，05.

[2]寿荣中，何慧姗.飞行器环境控制[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[3]朱春玲.飞行器环境控制与安全救生[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[4]ISO11079， Ergonomics of the thermal environment—Determination and interpretation of cold stress when using required clothing insulation（IREQ）and local cooling effects， 2007[Z].

[责任编辑：杨玉洁]

【摘 要】民用飞机正常情况下一般采取双套空调组件对驾驶舱和客舱进行温度调节，双套空调组件失效会导致乘员暴露于低温环境，可能会导致机组能力降低，从而影响飞行安全；基于适航条款CCAR25.1309（a）（b）（d）对民用飞机的设计要求，本文通过定义一种符合性方法，并基于VB平台开发出民用飞机低温失效的符合性计算模型，来验证对适航条款§25.1309（a）（b）和（d）的符合性，从而对民用飞机的适航验证具有指导意义。

【关键词】民用飞机；低温；适航条款CCAR 25.1309（a）（b）（d）；IREQ

【Abstract】In general， there are two air conditioning packs in order to regulate temperature both in cockpit and cabin. If two packs both fail to work， people in cockpit and cabin will be exposed to low temperature environment， which may result in crew performance degradation and prevent the crew from successfully completing their assigned tasks – continued safe flight and landing. This article defines a low temperature certification method to validate CCAR 25.1309（a）（b）（d） regulation.

【Key words】Civil Aircraft； Low Temperature； CCAR 25.1309（a）（b）（d） regulation； IREQ

0 引言

在飞机系统的某些失效状态下，舱内的乘员可能会遭受较低的温度。在某型号的延程运行演示试验期间，驾驶舱和客舱的特定区域的曾出现温度低至10oC 的情况，可能会导致乘员的核心温度降低，机组能力降低到发生思考错误或身体筋疲力尽而妨碍机组成功地完成其被指定的任务-继续安全飞行和着陆。适航条款§25.1309（a）（b）和（d）

为了验证对适航条款§25.1309（a）（b）和（d）的符合性，必须通过分析来证明该环境不会导致机组能力降低到发生思考错误或身体筋疲力尽而妨碍机组成功地完成其被指定的任务-继续安全飞行和着陆的程度。CAAC建议申请方应通过分析，证明在双套空调组件失效状态下，乘员暴露于低温环境期间，人体核心温度不会降至低于36°C。然而，由于以下原因：

1）由于缺乏充分的生理数据以定义核心体温极限；

2）目前尚无相关适用的行业标准以提供足够的数据支持来计算低温环境下的人体核心温度。

因此，采用参考文献[4]介绍的所需保温衣物IREQ计算法（以下简称IREQ法）代替CAAC建议的人体核心温度计算法，不失为证明低温环境符合性的一种可行性方法。

1 IREQ

1.1 定义

为保持身体在特定条件下的热平衡所需的保温衣服值即为IREQ。IREQ考虑环境温度、平均辐射温度、相对湿度和气流速度的综合作用。IREQ分析热环境的影响和身体的新陈代谢速率，指明乘员处于该低温环境下对衣着的需求。

IREQ法通过定义身体热平衡方程式，计算该环境下人体为了保持热平衡所需的IREQ，如果衣着保温值高于IREQ，则认为该环境下可以满足人体可接受的体温和皮肤温度，如果衣着保温值低于IREQ，则根据该环境下可以满足人体可接受的体温和皮肤温度来计算乘员所允许的最大暴露时间。

1.2 计算过程

IREQ可通过人体热平衡方程求解，其主要参数包括：空气温度Ta，平均辐射温度Tr，水蒸气分压力pa，空气速度va，人体新陈代谢率M，衣物特性系数，出汗率等。

人体热平衡方程可表达为：

该方程表达了人体内部热生成情况，人体新陈代谢率M与有效机械功W之差等于人体呼吸空气对流Cres、呼吸空气蒸发Eres，人体皮肤传导K、对流C、辐射R、蒸发E，积累在身体的热存储S之和。

1）人体新陈代谢率M值可根据不同劳动强度分类，典型人体新陈代谢率的评估值可参参考文献[4]的附录C。

2）大多数情况下，人体有效机械功非常小，可以忽略。

3）呼吸对流产生的热流量可表达为：

4）呼吸蒸发产生的热流量可表达为：

5）人体皮肤表面对流热流量可表达为式（4），h为衣服外界大气的动态对流热系数，计算时考虑衣服特性、外界空气流动等特性。

6）人体皮肤表面辐射热流量可表达为式（5），hr为衣服外界大气的动态辐射热系数，计算时考虑衣服特性、外界空气流动等特性。

8）人体热存储为上述热流量的代数和：

9）人体皮肤温度的计算公式可表达为：

10）根据皮肤温度计算IREQ：

以下是IREQ的计算流程，详细的计算过程可参考文献[4]的附录A。

2 符合性计算建模

根据本文第2章所介绍的计算公式和流程，基于Visual Basic语言，建立座舱处于低温环境下IREQ的计算软件模型。该模型可以直观判断乘员处于具体的低温环境下衣着是否足够御寒；如果不足以御寒，该模型可以预测乘员在该低温环境下的限制暴露时间。

低温失效的软件计算模型界面如图2所示。

3 结论

由于缺少相关数据以及适用的行业标准来计算低温环境下的人体核心温度，采用IREQ法可以作为民用飞机低温符合性验证的一种方法；IREQ法综合考虑了周围环境温度、平均辐射温度、相对湿度和气流速度对乘员的作用；通过建立软件模型来验证乘员处于该低温环境下是否安全，可以计算该环境不安全时乘员的限制暴露时间。本文介绍的IREQ法作为一种验证适航条款§25.1309（a）（b）和（d）的符合性方法，对民用飞机的适航验证具有指导意义。

【参考文献】

[1]刘剑锋.CCAR-25-R3 运输类飞机适航标准[S].2001，05.

[2]寿荣中，何慧姗.飞行器环境控制[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[3]朱春玲.飞行器环境控制与安全救生[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[4]ISO11079， Ergonomics of the thermal environment—Determination and interpretation of cold stress when using required clothing insulation（IREQ）and local cooling effects， 2007[Z].

[责任编辑：杨玉洁]