浅谈ETOPS型号设计批准要求

岳宁 张龙

ETOPS为Extended-range Operations的缩写，中文翻译为：延程运行。ETOPS是国际民航管理机构专门为了保证双发飞机安全飞行而提出的一项特别的要求，指的是在飞机的运行航路上有一点到合适机场的距离，超过单发巡航速度状态下60分钟飞行（以双发涡轮为动力的飞机）或超过一台发动机失效状态下180分钟飞行（以两台以上涡轮发动机为动力的飞机）的运行。在确定航程时，假设飞机在标准条件下静止大气中以经批准的一台发动机不工作时的巡航速度飞行，在规定时间内飞抵最近的备降机场，这就是通常所说的ETOPS要求。

比如，获得“180分钟ETOPS”就是指飞机单发失效的情况下飞往备降机场所规定的时间不能超过180分钟。这样就要求该飞机在航路选择上应满足要求。ETOPS主要应用在跨洋飞行，因为此时可供选择的备降机场较少，如果没有ETOPS能力，意味着飞机需要选择尽量靠海岸线的航路飞行，以确保安全。简单而言，ETOPS能力越强，意味着航空公司可以利用双发飞机开辟更多的直飞跨洋航线。ETOPS的目的是提供高水平的安全性，便于双发飞机不受先前的限制与四发和三发飞机一样续航。

ETOPS型号设计的由来

为保证航空公司的ETOPS运营要求，飞机制造商应将ETOPS纳入其设计目标，由适航当局依据其设计目标对提交型号合格审定的飞机，做适当高于其适用适航标准要求的审定。1953年，美国联邦航空管理局（FAA）颁布的条例FAR121.161中明确规定，除非有FAA的批准，否则不允许双发或三发飞机在距途中备降机场单发飞行时间超过60分钟的航线上飞行，国际民用航空组织（ICAO）采取了类似的规定。

20世纪50到60年代，普惠公司JT8D系列发动机安装的波音727系列、波音737系列上，可靠性明显提高，1964年，FAA取消了三发飞机的“60分钟限制”。1974年，空客A300宽体客机，首次装备了高涵道比CF6-80系列发动机，空客提出了“90分钟改航时间”，这也得到ICAO的认同。

对第121.161条的首次偏离是1977年，在加勒比海放行了75分钟的ETOPS。1985年，作为对工业界希望获得更长偏离允许美国至欧洲的飞行的回应，FAA颁布咨询通告AC120-42，规定了获得最高120分钟ETOPS偏离的批准流程。该AC于1988年改版为AC120-42A，延长了最大偏离时间至不超过180分钟。

AC120-42A中型号设计批准的授予包括两部分流程。首先，FAA确定候选飞机发动机组合满足飞机改航过程中安全运行的设计标准。其次，FAA评估该飞机发动机组合服役中空中停车（IFSD）和其他重要飞机系统故障。该AC要求在进行上述评估之前需积累25万发动机小时的服役经历。随着波音777飞机的出现，FAA引入了一种方法，使申请人可以不具备AC120-42A中所要求的服役经历就能够获得ETOPS型号设计批准。这种方法被称为“早期ETOPS”批准流程，并针对波音777飞机制定了专用条件。

作为对工业界要求在AC120-42A最长180分钟改航时间的基础上增加15%延程的回应，FAA于2000年颁布了ETOPS政策信函EPL20-1，207分钟ETOPS运行批准准则，允许在北太平洋地区进行最大207分钟改航时间的航线运行。这一额外的运行授权仅限于由于天气或其他情况预期航线上正常180分钟改航机场不可用时，但这种情况很少发生，且要具体问题具体对待。为了符合该额外运行批准的要求，该政策信函针对已批准180分钟ETOPS的飞机制定了一些额外的设计规定。

20世纪90年代末，FAA认为不能再继续通过运行法规的特殊批准来管理ETOPS，同时也认识到ETOPS政策中的某些方面和流程应该是对所有长航程运行，包括多于双发的121部载客飞机的运行和135部的运行。因此，FAA将很多原来只适用于双发飞机运行的ETOPS型号设计和运行实践合成了新的运行法规，制定了最大改航时间超过180分钟的双发飞机设计和全时运行标准。

FAR25部于2007年修订，将AC120-42A中的设计标准、波音777飞机专用条件中的早期ETOPS方法和为207分钟制定的政策法律化。此外，该规章允许双发飞机获得超过180分钟最长改航时间的ETOPS批准。

FAA对ETOPS型号设计批准的要求

ETOPS审定与飞机多个系统相关，并涉及多部规章，如FAR21部、FAR25部（25.1535和附录K等）、FAR33部（33.201）等。其中，25.1535要求每个寻求ETOPS型号设计批准的申请人符合25部附录K的规定。25.1535是一个“指引”条款。因为ETOPS型号设计批准是可选择的，其审定要求包含在CFR的附录中。

FAA对型号的ETOPS设计要求主要考虑以下方面：符合25部的ETOPS考虑，包括ETOPS场景、飞机系统安全性评估等;人为因素，考虑在申请批准的最长改航时间内，连续运行过程中由于失效对机组工作量，运行方面的因素和机组与乘客的生理需求的影响;结冰条件下的运行;电源供给;时间限制系统;飞机燃油系统设计;低燃油量警告;APU设计;发动机状态监控;构型维护程序文件;飞机飞行手册。

对于双发飞机，FAA为申请人提供了三种方法来获得飞机和发动机组合的批准，分别是“服役经历方法”、“早期ETOPS方法”和“服役经历和早期ETOPS相结合的方法”。

服役经历法是基于对候选飞机发动机组合的设计和服役经历的评估，来确定飞机系统具有延程运行的能力和可靠性。此外，必须通过对空中停车率的测量证明推进系统的可靠性水平是可接受的。该方法主要评估内容有：世界机队经验的积累、空中停车率、推进系统评估、飞机系统评估和飞机飞行试验。

早期ETOPS方法定义了比正常在25部下颁发新型号合格证更严格的分析和试验要求。额外的分析和试验用于补偿通常一架使用传统方法审定的新飞机在服役2年后才能达到的设计成熟度。这种方法允许FAA对一架新飞机进行ETOPS批准，而无需服役经历方法中的服役经历。该方法主要评估内容有：相关经验评估、推进系统设计、维护和运行程序的验证、推进系统验证试验、新技术试验、APU验证试验、飞机演示、问题跟踪和解决系统。

服役经历和早期ETOPS相结合的ETOPS批准方法，是使用服役经历方法中至少15000世界机队发动机小时的服役经历，来代替早期ETOPS方法所要求的飞机演示试验。所有其他早期ETOPS方法的要求均适用，包括问题跟踪和解决系统的要求。

EASA对ETOPS型号设计批准的要求

欧洲航空安全局（EASA）对ETOPS审定要求主要见适航规章CS25.1535，其要求是符合CS25部中与最大持续飞行和最长改航时间相关的要求，并考虑机组人员工作量和使用限制及飞行机组人员和乘客在最长改航时间内的生理需求。颁布于2010年12月的可接受的符合性方法AMC20-6《双发飞机ETOPS合格审定和运行》为根据CS25部进行ETOPS审定给出了详细的指导，其核心内容有：一般考虑、型号设计批准考虑、运营批准考虑、推进系统可靠性评估、飞机系统可靠性评估、使用限制、飞行准备和飞行中程序、ETOPS培训大纲、典型ETOPS使用手册附件、持续适航性考虑等。在型号设计批准考虑方面，AMC20-6给出了详细要求和指导方法：

1）可靠性确认方法。主要有两种：服役经历方法和早期ETOPS方法。

2）推进系统可靠性评估方法。在ETOPS审定过程中有两种方法，一是通过积累服役经验（新发动机型号应有100000发动机小时数，衍生型发动机应有50000发动机小时数，3000到4000小时数是显示故障区域的必要时间）证明稳态可靠度。二是通过TC或STC持有人与适航当局关于设计、试验和分析达成的协议表明符合性（可接受的早期ETOPS合格审定计划和推进系统确认试验）。推进系统有多大程度上是以前安装于获得ETOPS批准飞机上的推进系统的衍生型，也是成熟度水平的重要因素。

为确保批准ETOPS的推进系统必须足够可靠以确保满足定义的安全性目标，AMC给出了风险管理要求和风险模型。如对于最大批准改航时间为180分钟或更短的ETOPS，对现代固定翼喷气飞机的使用情况统计表明灾难性事故率为0.3×10-6每飞行小时。批准的飞机型号的可靠度至少应和同等的技术设备相同。因此，0.3×10-6每飞行小时被选作低于180分钟ETOPS批准的安全性目标。考虑到安全性目标，可接受的方法是将总体目标分配给潜在的影响因素。由于独立原因导致的推力完全丧失造成的灾难性事故概率应低于0.3×10-8每飞行小时。使用ICAO颁布的计算发动机空中停车率，总结上述安全性目标和事故统计，得出了目标发动机空中停车率和最大改航时间之间的关系。

3）飞机系统可靠性评估。飞机系统要求符合§25.1309，评估需要世界机队数据和来自于多个方面（如使用方、型号合格证或补充型号合格证持有人、原始设备制造商等）的数据，核心工作是根据§25.1309进行系统安全性评估（SSA）。

4）ETOPS型号设计的评估准则。申请人应基于工程和使用考虑及可接受的失效安全方法对失效及失效组合进行评估，参考以下准则：飞机系统应表明符合§25.1309，推进系统应符合§25.901，转子爆破影响符合§25.903，APU安装应满足规章要求，燃油系统满足§25.951和§25.955要求，应证明剩余的能源（电气、液压和引气）能够保证ETOPS运行等，这与FAA类似。

5）应对推进系统及飞机相关系统开展失效影响和可靠性分析。

6）失效条件的评估。应考虑：系统性能、失效概率和机组人员工作复杂度的变化，初始失效条件的直接影响的影响因子，进行发动机失效或电源失效条件下的飞行试验，安全性评估应考虑单个或多个系统失效的飞行后果。

波音和空客典型型号ETOPS现状及发展

自1985年起，以波音和空客为代表的民用飞机研制单位不断有型号通过ETOPS审定。首先通过ETOPS审定投入运营的飞机型号是空客A310（新加坡航空公司）和波音767（环球航空公司）。

以波音为例，波音767飞机先后于1985年和1989年被FAA批准120分钟和180分钟ETOPS。具有代表性的波音777飞机于1990年申请合格证，FAA制定SC，其在安全性设计、试验等方面提出了比一般ETOPS更严格的要求，如发动机振动试验、APU演示试验，最严格的发动机3000循环和飞机1000ETOPS飞行循环验证演示。航空公司参与波音777飞机的设计和试验，参与1000循环验证计划及至少有90个循环由该航空公司运行和维护。目前以波音和空客公司为代表的民用飞机制造商的双发型号基本都通过ETOPS审查，尤其是波音777改进型和波音787等新投入运营的型号，其ETOPS目标都高于适航规章要求。

空客公司针对现行ETOPS条例，提出了远程飞行LROPS（Long Range Operations）概念，他们认为ETOPS存在弊端和不足之处，在ETOPS航路上那些用于紧急情况下的改航机场往往处于偏僻地带，地面设施无法满足应急要求，同时这些改航机场经常关闭，也会给ETOPS运行带来很大的安全隐患。LROPS概念针对所有飞机，与发动机的数量无关。空客认为最近的备降机场不一定是最安全的，希望LROPS把飞行长度、改航时间、机场天气和设备包括进来，根据改航机场的完整性将它们重新分类为极端的、苛刻的和良性的，以供机组根据具体情况选择。飞行LROPS为ETOPS的发展提供了新的方向。