鸟撞对民机液压系统的影响及研究

2015-11-01周昌明

中国科技信息 2015年9期

常海周昌明

鸟撞对民机液压系统的影响及研究

常海周昌明

鸟撞是目前民航运输安全的重要威胁之一，本文分析了民机液压系统受鸟撞影响的区域及其影响，并对液压系统管路的防鸟撞设计给出了建议。

飞机等飞行器在天空中与飞行的鸟或鸟群之间因物理相撞所造成的事故，称为“鸟撞”，鸟撞是目前民航运输安全的重要威胁之一。将鸟撞损伤对飞行安全带来的影响减至最小一直是不断追求的目标。因此民机液压系统设计时，必须考虑防鸟撞设计，本文分析和归纳了民机液压系统防鸟撞设计。

民机鸟撞适航要求

国内运输类飞机适航标准CCAR-25R4中的鸟撞适航要求主要为§25.571、§25.631和§25.775条。§25.571（e）要求飞机受到1.8kg的鸟撞击时，必须仍然能够成功完成本次飞行。§25.631要求尾翼结构设计必须保证在与3.6kg的鸟相撞之后，飞机仍能继续安全飞行和着陆。§25.775（b）（c）要求位于正常执行职责的驾驶员正前方的风挡玻璃及其支承结构，必须能经受1.8kg的鸟撞而不被击穿。

另外，§25.1309（b）要求飞机系统与有关部件的设计，在单独考虑以及与其他系统一同考虑的情况下，发生任何妨碍飞机继续安全飞行与着陆失效状态的概率为极不可能，发生任何降低飞机能力或机组处理不利运行条件能力的其他失效状态的概率不大可能。鸟撞作为一种特殊风险，也需要进行系统安全性分析以考虑鸟撞对系统和设备的影响。

飞机鸟撞击中部位及对液压系统的影响

飞机遭遇鸟撞的部位，集中发生在发动机、机头、机翼，尾翼等区域，2012年中国民航鸟撞的统计情况可见下图1。国内市场现有机队中70％以上都是波音737系列和空客A320系列飞机，这些飞机的液压系统都采用3套液压源配置，液压用户也均分布在机翼、起落架、尾翼区域，均在飞机遭遇鸟撞部位，液压系统为飞行控制系统、高升力系统、起落架系统等提供液压能源，后文的分析主要基于此类型的飞行进行。液压系统的元件（液压泵、油箱、控制阀等）一般布置在飞机后设备舱、中机身整流罩内等机身内部，在不考虑鸟体贯穿机身的情况下，这些区域不会受到影响，是安全区域，鸟撞不会对这些区域内的液压元件造成损坏。液压系统受鸟撞影响最大的是液压管路及其附件，在起落架区域，为了有效降低了鸟撞的风险，液压管路一般布置在起落架支柱后部；但大量分布在尾翼和机翼的液压用户，使得液压管路不得不进入这些鸟撞影响区。另外，民机机头位置都安装有液压系统的控制面板，相关的控制线束也在鸟撞的影响之列。

机头区域的鸟撞分析

民机液压系统布置在机头的控制板上设有发动机驱动泵、电动泵、能源装换装置（PTU）等的开关。如果与这些开关相连的线束在鸟撞发生后产生了短路或断路的失效，最严重的情况下，将可能发生机上全部液压系统供压能力丧失，这是将导致机毁人亡的灾难级风险。

机翼区域的鸟撞分析

在机翼位置，鸟撞发生在前缘，目前统计未发现能够贯穿机翼前梁的情况。如果有液压系统的导管布置在机翼前粱前，鸟体撞穿前缘后的二次撞击将可能导致管路变形甚至损坏，从而发生液压油泄露的情况。液压油泄漏到一定量值后，相应系统将可能失去供压能力，这个量值取决于系统设计时相应系统的总体液压油量。而如果将液压管路布置在机翼前粱之后的区域，包括机翼油箱内，以及机翼后梁后的区域，由于鸟撞对前粱结构的不可破坏性，将使液压管路得到充分保护而不受损发生失效。

尾翼区域的鸟撞分析

图1　2012年航空器鸟撞部位

飞机机翼布置有燃油油箱，翼盒内为封闭空间，而尾翼区域，在前缘之后的前梁上一般设计有减轻孔，因此尾翼区域与机翼区域最大不同在于需要考虑鸟体可能穿过前梁减轻孔而造成的影响。鸟体撞击尾翼之后，即使穿过了前梁减轻孔，其剩余能量也无法穿越尾翼后梁，因此布置在后梁之后的液压导管及其附件是不会受到鸟撞的影响的。后梁之前的区域，如果未能得到结构有效保护，液压导管被鸟体撞击后，需要考虑受损发生失效的风险。

飞机液压系统防鸟撞的设计考虑

对于飞机机头区域，液压系统控制面板的线束设计时首先尽可能考虑隔离原则，同时向相应结构设计传递明确的防护需求，提高结构抗鸟撞的能力，解决“吸能”和“散能”的问题。

在飞机机翼和尾翼区域，由于前梁前的区域受影响的概率较大，同时前梁存在一定的保护作用，因此应尽量将液压管路及其附件布置在前梁之后的区域。这两个区域后梁之后的位置可视为不受鸟撞影响的安全区域，但考虑两系统管路至少相距18英寸的隔离要求之后，此位置至多只能布置2套液压系统的管路，剩余系统的管路需要布置在后梁之前的区域内。对于机翼区域而言，机翼后梁之前和前梁之后的机翼翼盒内的封闭空间仍然是不受鸟撞影响的安全区域，应予以充分利用；对于尾翼区域而言，由于前梁设计有减轻孔，应尽最大可能在后梁之后区域布置2套系统的管路，剩余系统的管路也应布置在翼盒内，同时根据结构减轻孔的设计调整具体管路走向布置，尽量减少被撞击受损的风险。