JSSG-2007军用飞机引气污染要求浅析

2016-07-09李毓峰

航空标准化与质量 2016年3期

关键词：军用飞机要求

胡毅吕宝李毓峰

（中国飞行试验研究院，陕西西安 710089）

JSSG-2007军用飞机引气污染要求浅析

胡毅吕宝李毓峰

（中国飞行试验研究院，陕西西安 710089）

[摘要]详细分析了JSSG-2007中引气污染验证的理由、指导以及相关经验，并对国内相关的军用标准和民机开展的相关验证进行了梳理，希冀能为试飞阶段开展相关验证工作提供参考。

[关键词]军用飞机；引气污染；要求

[收修订稿日期] 2016-01-15

基金编号：2013F63054R

20世纪六、七十年代飞行员座舱环境控制用气量较小，主要用于座舱通风和增压、座舱供气温度调节等。随着飞机设备增加，如电子设备通风冷却、飞机燃油系统通风增压以及应急动力装置的出现，飞机飞行时引气量大增，以往讨论发动机问题时认为引气量可忽略不计，随着飞机用气量的增大，发动机引气问题的重要度凸显。在以往军机进行设计定型/鉴定试飞时，曾发生过由于引气污染物超标导致飞行计划取消的先例。但目前军机尚未开展过引气污染物的测量与验证，在当前军机型号研制开展适航工作的背景下，对引气污染物测量及评定可以为飞机舱内环境评价提供依据，因此开展这项工作对于军机特别是大型军用运输机来说具有十分重要的意义。

1 引气污染验证要求来源

美国国防部于2002年发布了MIL-HDBK-516B《适航性审查准则》，后又陆续发布了A版和B版，适用范围也从空军扩展至陆军和海军。MILHDBK-516B是开展军机适航的顶层技术文件。它规定了固定翼/旋翼、有人驾驶/无人驾驶等各型军机适航性的通用要求，主要包括系统工程、结构、飞行技术、推进系统和推进系统安装、航空器子系统、乘员系统、诊断系统、航空电子、电气系统、电磁环境效应、系统安全性、计算机资源、维修、武器/外挂综合、乘客安全性、材料等章节，包括近800余项验证条款。

在MIL-HDBK-516B第7章“推进系统和推进系统安装”中第7.2.5.2.3条提出了“验证引气污染不会超过安全限制”的要求。并给出了该条款的指导性文件JSSG-2007《航空涡喷涡扇涡轴涡桨发动机联合使用规范指南》。

2 JSSG-2007引气污染要求分析

联合军种规范指南（JSSG）是美国国防部颁布的用于发展项目性能的规范模板，其源于冷战结束后美国国防部开展实行经济上可承受的国防采办策略。JSSG系列由MIL规范转换而来。JSSG系列共包括10多份指南，可分为3个层次，如图1所示。在JSSG系列指南的第3章提供了相关系统的各项内容要求，并对每项内容验证的理由、指导进行了说明。JSSG系列指南的第4章主要就每项内容如何开展验证进行了说明。

1998年，美军发布了JSSG-2007《航空涡喷涡扇涡轴涡桨发动机联合使用规范指南》，在JSSG-2007第A.3.1.1.7.1节和A.4.1.1.7.1节中对引气污染物的种类及最高容许浓度、来源、危害及评估、发动机状态、测量位置、采样间隔和检测机构、引气污染物验证的重点等方面进行了简要的说明。

2.1 引气污染物的种类及最高容许浓度

JSSG-2007第A.3.1.1.7.1节中说明：“航空涡轮发动机压气机提供的引气通常为座舱空调所使用，因

此供应的引气必须有低于限定值的污染物浓度以确保不会对机组人员的健康造成危害，或者影响到机组人员执行任务的能力。”从这段说明可以看出，开展引气污染物测量与验证的目的主要是考虑其对人的影响。在JSSG-2007第A.3.1.1.7.1节中列出了一氧化碳、二氧化碳、乙醇、丙烯醛、臭氧等12种主要的引气污染物，并对每种引气污染物的最高容许浓度做出了规定（见表1）。此外还规定：“引气中由发动机产生的有害污染物总量不能超过5mg/m3。”

JSSG-2007第A.3.1.1.7.1节还规定：“对于进入引气中的其它污染物，发动机制造商应当在使用维护过程中报告其浓度（体积浓度ppm）并确定其最高容许浓度。”另外JSSG-2007第A.3.1.1.7.1节还指出：“表中所列出的引气污染物的最高容许浓度是由美国政府工业卫生联合会（ACGIH）确定的，这个最高容许浓度对于在这种环境中持续工作达8小时的人来说是安全的。”

图1 JSSG系列指南

2.2 引气污染物的来源

对于引气污染物的来源，JSSG-2007第A.3.1.1.7.1节中说明：“引气污染的主要来源是发动机滑油和它的分解产物组成，引气污染在高压比的发动机上尤其显著，这是因为空气温度在370℃至425℃时足够造成滑油的分解。”此外还特别说明：“在发动机正常维护时按规范使用的清洗液，也需要考虑对发动机引气污染的影响。”滑油高温分解产物通过引气管路进入空调系统是造成引气污染的主要原因。水洗发动机用清洗液是清洗剂和水的混合物，水洗后会有残留，在头几次开车时会造成引气污染，但这种污染会随着发动机的使用逐渐减弱。除了这两种来源外，在飞机的日常使用中，尾风过大时将排气吹到前面再由发动机吸入引气系统也可能造成一氧化碳和二氧化碳等短时超标，但这种情况对引气污染程度较为轻微且影响时间短暂，正常情况下一般不予考虑。

2.3 引气污染物的危害及评估

对于引气污染物对机组人员造成的危害，JSSG-2007第A.3.1.1.7.1节进行了简单说明：“当滑油分解产物（有机羟基和有机过氧化氢化合物）浓度达到了0.5ppm～1.0ppm时，在这种引气环境中呼吸的人会受到严重的刺激、恶心和呕吐。”对于表1中所列出的12种引气污染物，JSSG-2007只是给出了不能超过的最高容许浓度，并没有给出不同浓度条件下对机组人员的健康和执行力的影响程度。

2.4 发动机状态

JSSG-2007第A.4.1.1.7.1节中规定：“引气污染水平应当在发动机冷转、最大连续状态和最大功率设置等工作状态下进行验证。”

2.5 测量位置

JSSG-2007第A.4.1.1.7.1节中规定：“引气样本应从引气的进口处和发动机进气口处进行采集。”测量的位置如何选取、测量点数量如何布置，这些都需要相关的标准进行支撑。在查找到的相关标准中，GB/T 18883-2002《室内空气质量标准》中关于室内污染物的测量中规定：“检测点的数量可以根据室内面积大小和现场情况确定，以期能正确反映室内空气污染物的水平，原则上小于50m2应设1个～3个点，50m2～100m2设3个～5个点，100m2以上至少设5个点。”因此在进行引气污染物的测量时，机上测量点的布置和数量是否也可以参考国标制定相关的要求。

2.6 采样间隔及检测机构

JSSG-2007第A.4.1.1.7.1节中规定：“在试验持续过程中定时采集。”采样间隔如何确定没有进行明确的规定。

JSSG-2007第A.4.1.1.7.1节中规定：“采集的引气样本需提交给具备资质的化学分析实验室进行检测。”关于实验室的资质如何确定，应该给出资格认定标准。此外，依据现有的成熟检测设备并参照民机在气体测量方面的相关经验，对于引气污染物的测量，采用在线检测的方法应该更为高效。

2.7 引气污染物验证的难点

1）JSSG-2007第A.3.1.1.7.1节中规定：“当超过两种或两种以上由发动机引气产生的污染物出现叠加效应时应当确定并报告。在缺乏相关信息的情况下，不同污染物之间的叠加效应应当附加考虑。”如何确定并评估两种或两种以上引气污染物的叠加效应并进行测量是一个比较复杂的问题，需进行深入分析研究。

而对于叠加效应的评估方法，GJB 59.89-2011《装甲车辆试验规程第89部分：车内有害气体测定》相关方法可以借鉴：“当两种或两种以上有害气体共同作用同一器官、系统或具有相同的毒性作用并已知这些有害气体可产生叠加作用时，则应按公式（1）计算，进行评估。”

式中：

K—各种有害气体所测得的浓度与其时间加权平均容许浓度比值之和；

L1，L2，…Ln—各种有害气体所测得的平均浓度；

E1，E2，…En—各种有害气体相应的时间加权平均容许浓度。

当K≤1时，表示未超过时间加权平均容许浓度，符合卫生学要求；反之，当K＞1时，表示超过时间加权平均容许浓度，不符合卫生学要求。

2）JSSG-2007第A.3.1.1.7.1节中规定：“在水洗发动机时按规范使用的清洗液，也要考虑其对发动机引气污染的影响。”水洗发动机后清洗液以何种污染物形式混入引气，清洗液污染物的影响程度如何确定，并且目前也尚未查找到民机开展此项工作的相关信息，因此这也是开展引气污染验证需要研究的重点。

3）JSSG-2007第A.4.1.1.7.1节中规定：“必须考虑采取最适宜的方法评估在高空时发动机的引气污染水平。”在现有的国军标中，没有相关评价体系/指标对飞机引气污染水平进行评价。但在其他装备所发布的标准中（如GJB 4400-2002《飞船乘员舱有害气体评价标准和评价方法》），有对空气污染水平进行评价的定量指标和定性描述。因此如何建立一种有效的评估体系/指标对飞机引气污染水平进行定性/定量评价需进行深入分析与研究。

3 GJB 241A-2010验证要求及民机验证现状

3.1 GJB 241A-2010引气污染物验证要求

在军机设计定型/鉴定试飞中，目前尚未开展过引气污染物浓度的测量。但在某型飞机设计定型试飞阶段曾发生过引气污染导致飞行计划取消的先例。因此，在军机适航试飞时对引气污染物进行测量与评定很有必要。

在目前已发布的国军标中，仅GJB 241A-2010《航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范》第3.1.3.13.4节对引气污染提出了要求，其说明如下：“飞机用引气中所含发动机产生的污染物，其最高容许浓度见表1。发动机承研单位应对引气进行分析，以证明污染物未超过规定的极限，若引气中含有下列物质以外的污染物，则承研单位应写出报告（说明物质名称和浓度）给使用部门以确定最大极限值，若发动机产生的物质为两种或两种以上，应确定和报告它们的综合效果。在未作说明的情况下，不同物质的混合作用应认为是叠加的。如果在正常发动机维护中规定使用清洗液，则应考虑给出它们对引气污染的影响。”

对表1中两标准对比可以发现：GJB 241A-2010中规定的臭氧最高容许浓度为0.1ppm；而JSSG-2007中规定的臭氧最高容许浓度则较为严苛，为0.05ppm。除此之外，GJB 241A-2010中所规定的污染物种类及最高容许浓度与JSSG-2007完全一致。GJB 241A-2010对于引气污染物的要求也基本参照JSSG-2007第A.3.1.1.7.1节中的要求，但对于如何开展引气污染物的测量与评定进行说明。

3.2 民机试飞验证现状

虽然军机尚未开展过引气污染物的测量与评定，但试飞院在民机气体测量上已经开展了相关的飞行试验验证。根据CCAR 25.831(b)条的要求：“一氧化碳在空气中浓度超过1/20000即认为是危险的；二氧化碳浓度不得超过0.5%。”ARJ21-700飞机在型号合格审定试飞过程中，开展了舱内一氧化碳、二氧化碳浓度测量飞行试验。在试飞过程中，分别在APU引气、发动机引气（发动机最大连续状态、发动机按需）以及模拟空调系统故障的情况下进行了测量，全机共布置了4个测量点，驾驶舱布置1个，客舱布置3个（沿中心轴线均匀分布），采样点高度约为1.4m（基本处在人在舱内正常坐姿时呼吸带的高度），在飞行过程中爬升、巡航、下降等阶段按照一定的采样间隔分别进行了测量。经过试飞验证表明：ARJ21-700飞机一氧化碳、二氧化碳浓度满足CCAR 25部要求。

同JSSG-2007引气污染要求相比，CCAR 25部仅仅对一氧化碳、二氧化碳和臭氧等3种气体提出了验证要求，给出了最高容许浓度，其中臭氧的最高容许浓度要求都不如JSSG-2007规定的最高容许浓度严苛（最高容许浓度为0.05ppm），而一氧化碳和二氧化碳换算成体积浓度后分别为50ppm 和5000ppm，与JSSG-2007规定的最高容许浓度一致。对于其它引气污染物，CCAR 25部没有相关条款要求进行测量与评价。

4 结束语

随着部队对军机安全性和作战效能的要求越来越高，开展军机适航试飞验证是军机型号设计定型试飞的必然选择，但目前我国还没有形成完善的军机适航管理体系和技术体系，在开展军机适航验证工作时缺乏必要的标准支撑和技术指导。在引气污染验证要求方面，虽然发布了GJB 241A-2010《航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范》，但该标准并没有对如何开展验证提出具体的要求。而在目前所发布的国军标中，陆海及航天装备都有相对系统完善的方法对空气污染物进行测量与评估，因此，开展军机引气污染测量与评估工作很有必要且势在必行。对此可以充分借鉴JSSG-2007军机引气污染验证的相关要求，并参考相关国标、国军标中气体测量和评估方法以及民机的相关经验开展前期研究，为在试飞阶段进行引气污染测量与评估提供有益的参考。

[参考文献]

[1] 项勇，何钟武. 现代军用航空器适航审定要求概述 [J]. 航空标准化与质量，2010（2）.

（编辑：雨晴）