欧美损伤容限与疲劳评定适航符合性方法差异分析

毛可毅 牟浩蕾 巩天琛 杨亚宁

（中国民航大学，天津 300300）



欧美损伤容限与疲劳评定适航符合性方法差异分析

毛可毅 牟浩蕾 巩天琛 杨亚宁

（中国民航大学，天津 300300）

[摘要]基于对咨询通告（AC） 25.571-1D和可接受的符合性方法（AMC） 25.571的对比分析，讨论了美国联邦航空管理局和欧洲航空安全局在结构损伤容限与疲劳评定上适航要求和适航符合性验证方法上的区别，包括条款要求、结构分类、试验要求和检查间隔等问题。

[关键词]适航标准；损伤容限；结构疲劳；符合性方法

[收修订稿日期] 2015-11-04

现在民用航空工业高度国际化，航空产品存在着大量的进出口与国际合作等现象，所有这些在客观上要求一套统一的适航要求。美国和欧洲是民用航空工业最发达的航空工业体，自上世纪80年代以来，欧洲和美国就开始协调其大型民用飞机的适航性要求。经过多次协调，欧洲和美国大型民用飞机适航要求的统一工作取得了重要成果，其技术内容现在已经基本一致[1]。

损伤容限与疲劳评定是民用飞机抗疲劳设计的关键，也是适航验证的重点。美国联邦航空管理局（Federal Aviation Administration，简称FAA）通过修正案25-86[2]，将联邦航空条例（Federal Aviation Regulation，简称FAR）25.571条款（结构的损伤容限与疲劳评定）与欧洲联合航空局（Joint Aviation Authority，简称JAA，后期改为欧洲航空安全局）发布的联合航空条例（Joint Aviation Regulation，简称JAR，后期改为Certification Specification，简称CS）的适航要求进行了协调统一，使FAA与JAA在条款层面基本一致。但在表明条款的符合性方面，因为涉及到民机适航验证的技术基础和实际经验，欧美之间仍存在一些差异，其表现之一就是局方所发布的指导材料。文章正是基于对咨询通告（AC）25.571-1D[3]《结构的损伤容限与疲劳评定》（后文用AC25.571代指）和可接受的符合性方法（AMC）25.571《损伤容限（破损安全）评定》(b)和(e)[4]（后文用AMC25.571代指）的对比分析，讨论了欧洲航空安全局（European Aviation Safety Agency，简称EASA）和FAA在结构损伤容限与疲劳评定上适航要求和适航符合性验证方法上的区别。

1　条款差异

对于条款内容，不考虑修正案25-132对FAR25.571的修订，FAR25.571与CS25.571存在以下区别[5]。

• FAR25.571[6]在确定以下两类结构时，明确定义了检查门槛值的确定方法；

• FAR25.571明确对于广布疲劳损伤（WFD）要求进行全尺寸疲劳试验，同时，对于型号合格证（TC）颁发和疲劳试验的进度关系进行了确定，在疲劳试验完成前，适航限制项目的内容有规定；

• CS25.571[7]对于多部位损伤提出了规章要求，但没有明确要用试验来验证；

• CS25.571对于能够容易检查出的损伤，其剩余强度的要求可以采用低于规章的要求，但是必须取得局方的同意。但是该剩余强度要求不是非常明确，需要与局方达成一致；

• FAR25.571对离散源损伤的要求中，鸟撞要求与CS的要求相同（FAR25.631和CS25.631鸟撞中存在差异），但不包含突然泄压情况；

• CS25.571对离散源损伤的评定要求中，仅包含鸟撞和突然泄压。

2　评定结构

FAA和EASA的损伤容限和疲劳评定条款中均要求：对强度、细节设计和制造的评定必须表明，飞机在整个使用寿命期间将避免由于疲劳、腐蚀、制造缺陷或意外损伤引起的灾难性破坏。因此，不需要对飞机的所有结构进行损伤容限与疲劳评定，仅需针对于可能引起灾难性破坏的结构部分（即主要结构元件，Principle Structural Element，简称PSE）进行即可。目前表明上述目标的方法主要是对于PSE进行损伤容限分析，但飞机中仍存在进行损伤容限分析不实际的部位，对于这些结构，需进行疲劳（安全寿命）评定。

AC给出的适用疲劳评定的结构例子是起落架及附件，而AMC给出的适用疲劳评定结构的例子是起落架与其附件，以及发动机吊架与其附件。也就是说，AMC中认为，发动机吊架与其附件同样适用于疲劳评定。实际上，美国的波音也有飞机将发动机吊架列为疲劳寿命件（例如波音777）。因此该部分应属于小的差异，不能代表FAA与EASA在损伤容限与疲劳寿命评定的适用结构存在分歧。

AMC25.571对于疲劳评定问题还要求：对需要按照CS25.571(c)评定的某些结构元件（例如主要接头、连接、典型蒙皮部件和焊接点）的疲劳特性进行评定，确保能够达到预期的使用寿命。

3　试验要求

相对于AC25.571而言，AMC25.571中对试验的要求给出了更为详尽的解释。

第一，一般需要通过有代表性的试验来证实主要结构满足CS25.571(b)和(c)款的要求。对整个结构或对主要结构的部分的实验，其性质与范围将依据之前适用的设计和结构试验，以及相似结构上的使用经验。分析和支持试验大纲的内容应该得到局方批准。

第二，分别支持CS25.571(b)与(c)中的损伤容限或安全寿命目标的任何必要的重复加载试验在型号合格证颁发时可以没有完成，但在审定中应该表明，飞机能够至少安全使用一年。为了不使适航证作废，疲劳证明应该足够提前于第一批飞机达到使用期限。

第三，型号合格证可以在全尺寸疲劳试验完成前颁发，前提是适航当局已批准了为完成所要求的试验而制定的计划，并且在CS25.1529要求的持续适航文件适航限制部分中规定，在该试验完成之前，任何飞机的使用循环数不得超过在疲劳试验件上累积循环数的一半。

其中，第一属于通用性的指导；第三和FAR中的要求一致；第二是为了不使适航证作废，对于全尺寸疲劳试验的进度安排给出了较为中肯的指导。

4　检查间隔

AMC25.571对于在较短的间隔能够检查出的损伤给出了更多的指导：

对于在较短间隔（比如50个飞行循环）内能够被发现的损伤，可以采用CS25.571(b)中给出的较小的载荷，不过这种损伤应该是足够明显的，即在巡视中明显目视直接可检，或通过机舱压力下降、机舱噪音或燃油泄漏间接检查出来。在这种情况下，可以采用概率方法，除了后缘襟翼之外，剩余载荷水平可以降低，但不能小于以下情况：

• 最大正常工作压差（包括预期的在1g水平飞行的外部气压）乘以1.10的系数，略去其他载荷。

• CS25.571(b)(1)到(6)款包括的85%的限制飞行机动和地面条件，但不包括(5)(ii)，也不包括直到CS25.571(b)(2)与(b)(5)(i)分别给出的VC的限制突风速度（纵向或横向）的75%。另一方面，如果使用的概率的方法，任何情况下，剩余载荷的水平可能不会低于AMC25.571中给出的一次航班中承受的载荷的值。在裂纹扩展速率较快，或在大载荷下载荷路径可能会突然破坏情况下，疲劳损伤在达到可检尺寸时被抑制，结构的损伤尺寸在达到该条件前必须能够承受CS25.571(b)(1)至(6)款规定的载荷。如果损伤继续发展，可以使用上面所述的较低载荷。

上面内容表明EASA对于较短间隔内能够被发现损伤的情况，其剩余强度要求可以适当“放宽”，但仍需要满足给出的最低水平。FAA没有对于在较短间隔内能够被发现的损伤情况的指导，因此不足以说明FAA和EASA究竟谁更严格，但EASA给出了申请人更多的选择。

5　其他差异

AMC25.571没有给出针对广布疲劳损伤的内容，EASA发布的有关老龄飞机完整性的AMC 20-20中包含有广布疲劳损伤的指导材料。

AC25.571将“舱门蒙皮、框、门锁”以及“起落架与发动机吊架”归为主要结构元件（PSE），而AMC给出的PSE不包括上述结构。

6　结论

文章分析了欧美损伤容限与疲劳评定在适航要求和符合性方法上的差异。通过分析可以看出，欧美之间虽然不存在根本性的技术差异，但仍然有细微的区别，通过研究，可以获得更多表明满足适航要求的符合性验证途径，并汲取欧美民用飞机的验证和审定经验。文章的差异分析仅处在局方的指导材料层面，建议从民用飞机工业验证实际出发，对欧美适航要求和符合性方法上的差异进行研究。

[参考文献]

[1] 刘友丹. 欧美大型民用飞机适航要求差异浅析[J]. 航空标准化与质量，2010(6)：39-42.

[2] FAA. Docket No. 2790214, Final Rule: Revised Discrete Gust Load Design Requirements [S].

[3] FAA. AC25.571-1D, Damage Tolerance and Fatigue Evaluation of Structure [S].

[4] EASA. AMC25.571(b)and(e), Damage-tolerance (fail-safe) Evaluation [S].

[5] 冯振宇. 运输类飞机适航要求解读（第2卷）：结构 [M]. 北京：航空工业出版社. 2013.

[6] FAA. FAR25.571(Amdt. 25-96), Damagetolerance and fatigue evaluation of structure [S].

[7] EASA. CS25.571(Amendment 13), Damagetolerance and fatigue evaluation of structure [S].

（编辑：雨晴）

[中图分类号]V221+.91

[文献标识码]C

[文章编号]1003-6660（2016）02-0043-03

[DOI编码]10.13237/j.cnki.asq.2016.02.011