民用飞机对CCAR25.1438条款的符合性验证思路探讨

曹静珂

【摘 要】本文对民用飞机适航条款§25.1438的要求进行了研究和解析，系统地梳理和归纳出与本条款相关的系统验证考虑，提出了建议性的符合性验证思路。

【关键词】民用飞机；增压系统；气动系统；适航性要求

0 引言

在民用飞机设计中，安全性始终是其最重要的特征，CCAR-25《运输类飞机适航标准》[1]是运输类飞机研制必须满足的最低安全标准由于系统的失效可能危及飞机及其乘员的安全，所以系统中的元件必须进行强度试验（破坏压力试验）和验证压力试验。在评定增压系统和气动系统的强度时，应考虑到系统中可能会出现过大压力载荷的可能性，同时也考虑到可能存在的振动载荷和温度效应引起的载荷作用在系统元件上。

1 适航条款的要求

1.1 适航条款原文

§25.1438 增压系统和气动系统

（a）增压系统元件必须分别进行压力值为最大正常工作压力2倍的破坏压力试验和1.5倍的验证压力试验。

（b）气动系统元件必须分别进行压力值为最大正常工作压力3倍的破坏压力试验和1.5倍的验证压力试验。

（c）可以用分析或分析和试验相结合的方法，来代替本条（a）或（b）要求的各项试验，条件是适航当局认为该方法与所要求的试验等效。

1.2 条款一致性分析

对于FAR 25.1438条款，通过修正案Amdt.25-41（ 42 FR 36971， Jul.18，1977）引入规章，其后要求一直未变。最新FAR 25.1438条款原文如下：

§25.1438 Pressurization and pneumatic systems[2]

（a）Pressurization system elements must be burst pressure tested to 2.0 times， and proof pressure tested to 1.5 times，the maximum normal operating pressure.

（b）Pneumatic system elements must be burst pressure tested to 3.0 times，and proof pressure tested to 1.5 times，the maximum normal operating pressure.

（c）An analysis，or a combination of analysis and test，may be substituted for any test required by paragraph （a） or （b） of this section if the Administrator finds it equivalent to the required test.

CS 25.1438 Pressurisation and low pressure pneumatic systems[3]

Pneumatic systems （ducting and components）served by bleed air， such as engine bleed air，airconditioning， pressurisation，engine starting and hot-air ice-protection systems，which are essential for the safe operation of the aeroplane or whose failure may adversely affect any essential or critical part of the aeroplane or the safety of the occupants， must be so designed and installed as to comply the CS 25.1309 In particular account must be taken of bursting or excessive leakage. （See AMC 25.1438 paragraph 1 for strength and AMC 25.1438 paragraph 2 for testing.）

经过对比发现，关于本条款EASA和FAA有区别。EASA的验证试验和破坏试验的压力值与温度相关，试验要求和设备的安全性要求相关，联系了CS25.1309条相关要求。而FAA则没有明确温度的影响是否考虑。另外EASA还针对气动系统的高压容器（如储气罐、氮气罐）有专门的条款CS25.1436，而FAA没有相应的规章要求。

1.3 符合性验证方法

目前国际通用的符合性方法（MoC，简称MC）有10种，按照AP-21-AA-2011-03-R4《航空器型号合格审定程序》[3]附录H的内容，这10种符合性方法具体如表 1所示。

通常，针对25.1438条款的符合性验证方法见表2。

1.3.1 25.1438（a）、（c） 款符合性验证说明（ATA210）

针对25.1438（a）、（c）款，空调系统采用的符合性验证方法包括MOC2、MOC9，各项验证具体工作如下：

a）MOC2验证过程：

空调系统增压系统元件主要包括流量控制活门、温度控制活门、冲压空气活门、配平空气活门、电子设备排气活门、排气活门、地面活门和安全活门等，应通过计算表明所有的计算安全因子均大于1，即设计出的各个活门可以承受相应的破坏压力和验证压力。

b）MOC9验证过程：

空调系统的增压元件，包括流量控制活门组件、进口流量传感器组件、进口压力传感器组件、进口温度传感器、压气机出口温度传感器、项流量文氏管、引气过滤器、臭氧转化器、制冷组件和双级换热器应完成最大正常工作压力2倍的破坏压力和1.5倍的验证压力试验，证明满足相应的压力要求。

1.3.2 25.1438（b）、（c）款符合性验证说明

针对25.1438（a）、（c）款，气源系统采用的符合性验证方法包括MOC2、MOC9，各项验证具体工作如下：

a）MOC2验证过程：

气源系统主要分为发动机引气系统、APU引气系统和引气管路系统。发动机引气系统由2个高压活门（HPV）、2个中压单向活门（IPCV）、2个压力调节关断活门（PRSOV）、2个预冷器（PCE）、2个风扇空气活门（FAV）、2个引气温度传感器（BTS）和相关管路组成。APU 引气系统由1个APU加载活门（APULCV，属于ATA49）、1个APU单向活门（APUCKV）和相关管路组成。引气管路系统由气源分配管路、1个交输引气活门（CBV）和1个高压地面接头（HPGC）组成。

应通过计算分析表明，HPV、PRSOV、FAV 和CBV等活门在设计时充分考虑了了验证压力和破坏压力的影响，符合25.1438 条款的要求。

高压管路强度计算的思路是确定系统固定点和自由度要求，设定各计算区域的最大工作压力和温度，按25.561（b）条款设定整个管路系统的限制加速度载荷和极限加速度载荷，并考虑验证压力和破坏压力下的载荷，叠加计算得出限制载荷和极限载荷作为计算载荷输入，并最终确定计算矩阵。高压管路系统在计算时，应综合考虑各计算区域的最大工作压力和温度、加速度载荷以及验证压力和破坏压力的影响。计算结果应表明，高压导管在限制载荷和极限载荷状态下，管路的安全裕度均为正值，符合25.1438条款的要求。

b）MOC9验证过程：

气源系统的元件应完成最大正常工作压力3倍的破坏压力和1.5倍的验证压力试验，证明满足相应的压力要求。

1.4 判定准则

针对25.1438（a）款，增压系统元件试验结果应证明在验证压力下不会产生妨碍正常功能的永久变形，元件功能正常；在破坏压力下压力气体还能储存于元件和系统中。

针对25.1438（b）款，气动系统元件试验结果应证明在验证压力下不会产生妨碍正常功能的永久变形，元件功能正常；在破坏压力下压力气体还能储存于元件和系统中。

针对25.1438（c）款，增压系统和气动系统元件的计算应证明其安全裕度足够。

2 结束语

本文主要针对§25.1438“增压系统和气动系统”的适航性要求，梳理并分析该条款产生的背景和具体内容，明确了“增压系统和气动系统”适航性要求的来源，研究并给出了25.1438条适航性技术要素详细的符合性验证方法可以为工业方针对“增压系统和气动系统”适航性要求开展适航性设计与验证提供了很好的参考。

【参考文献】

[1]中国民用航空局.中国民用航空规章第25部：运输类飞机适航规章[S]. 2011.

[2]FAR-25 Airworthiness Standards： Transport Category Airplanes[S].FAA，2012.

[3]EASA Certification Specifications and Acceptable Means of Compliance for Large Aeroplanes [S]. EASA，2011.

[责任编辑：田吉捷]