航空发动机CCAR33-R2.75条款适航符合性验证方法

乔　磊，李艳军，曹愈远，赵苏阳，许振腾，汪　雷

（南京航空航天大学民航学院，南京210016）

航空发动机CCAR33-R2.75条款适航符合性验证方法

乔磊，李艳军，曹愈远，赵苏阳，许振腾，汪雷

（南京航空航天大学民航学院，南京210016）

针对航空发动机适航取证的安全性需求，对航空发动机CCA R33-R2.75适航条款进行了解读与分析，明确了该条款的验证要求和方法。将功能危险分析法、故障树分析法和故障模式与影响分析法运用到该验证方法中，并提出了航空发动机CCA R33-R2.75条款适航符合性验证的流程。最后对某型航空发动机进行实例分析，验证了发动机不可控火情对CCA R33-R2.75条款的符合性。该安全性验证方法能够为航空发动机CCA R33-R2.75条款适航符合性验证提供支持。

CCA R33-R2.75；适航符合性；验证方法；航空发动机

0　引言

CCAR33-R2《航空发动机适航规定》是航空发动机研制必须满足的最低安全标准。CCAR33-R2.75是其中的第75项条款，该条款明确规定了发动机的安全性要求。

目前国内还没有对CCAR33-R2.75适航符合性验证的经验，本文详细介绍了航空发动机适航规定CCAR33-R2.75条款的验证要求和方法，结合适航条款要求和目前某型航空发动机CCAR33-R2.75适航符合性验证的思路，把功能危险分析法、故障树分析法和故障模式与影响分析法运用到该验证方法中，提出了航空发动机CCAR33-R2.75条款适航符合性验证的流程，并进行了实例分析。

1　CCAR33-R2.75条款验证要求［1］

1.1要求内容

（1）危害性发动机后果的预期发生概率不超过极小可能概率（1E-7～1E-9次/发动机飞行小时）。

（2）重要发动机后果的预期发生概率不超过微小可能概率（1E-5～1E-7次/发动机飞行小时）。

1.2危害等级定义

CCAR33-R2.75条款将发动机故障危害分为3个等级：

（1）1台发动机失效，惟一后果是该发动机部分或全部丧失功率（和相关发动机使用状态有关），这种丧失效应是轻微的发动机后果。

（2）危害的发动机后果：非包容的高能碎片；通过发动机引气引入的有毒物质浓度较高使机组人员或乘客失去能力；较大的与驾驶员命令的推力方向相反的推力；不可控火情；发动机安装系统失效，导致非故意的发动机脱开；如果适用，发动机引起的螺旋桨脱开；完全失去发动机停车能力。

（3）严重程度介于（1）和（2）之间的后果是重要发动机后果。

2　CCAR33-R2.75条款符合性验证方法

适航部门认可的10种符合性验证方法见表1。

表1　符合性方法代码、名称和使用说明

以上10种方法是审定航空器的常见方法，在发动机审查中，可以根据基础条款的具体要求选取其中的1种或多种组合方式来满足条款的要求，形成审查清单［2］。

本文研究航空发动机CCAR33-R2.75条款符合性验证，故选取安全评估作为该条款的验证方法。安全评估的方法主要有功能危险分析、故障树分析和故障模式与影响分析。

2.1功能危险分析

功能危险分析通过系统全面地按层次检查发动机系统和设备的功能，根据严重性确定这些功能相应失效状态形式和危害等级，以确定在其失效时，可能或诱发产生的潜在危险及其后果。

2.2故障树分析

故障树分析是评价系统安全性的重要方法。把系统最不希望发生的事件作为故障树的顶事件，用规定的逻辑符号表示，分析出导致顶事件发生的直接原因，并逐步深入分析，直到找出基本原因，即故障树的底事件。这些事件又称为基本事件，如果其数据己知，或者己经有过统计或试验的结果，就可以通过故障树的运算从所有底事件的定量数据中求得全系统的安全性。

2.3故障模式与影响分析

故障模式与影响分析是对故障树分析中确定的基本事件及其发生概率进行的支持分析，通过分析基本事件的故障模式及其发生概率为进行故障树定量分析提供支持，最终确定发动机是否满足安全性要求［3-9］。

3　CCAR33-R2.75条款符合性验证

CCAR33-R2.75条款符合性验证主要有以下步骤：

（1）对发动机各系统进行功能危险分析，找出功能的失效状态并根据失效的后果确定危害等级。

（2）根据功能危险分析的结果，以危害和重要的发动机后果为顶事件进行故障树分析。

（3）对发动机各系统和部件进行故障模式与影响分析，确定各附件或零组件的故障模式及其发生概率。

（4）将对应的发生概率带入到故障树的底事件中，计算出顶事件的发生概率。

（5）发动机CCAR33-R2.75条款符合性说明。

发动机CCAR33-R2. 75条款符合性验证流程如图1所示。

图1　CCAR33-R2.75条款符合性验证流程

4　CCAR33-R2.75条款适航符合性验证实例

以某型涡轴发动机为例，进行适航验证，讨论符合性验证方法的应用效果。

4.1系统功能危险分析

对发动机系统进行功能危险分析步骤如下：

（1）确定系统的所有功能，包括内部功能和交互功能。

（2）危险说明。确定并描述各功能失效引发的危险。

（3）分析失效状态对发动机的影响。

（4）确定影响等级。

发动机部分系统的功能危险分析见表2～4。

表2　燃油系统功能危险分析

表3　防火系统功能危险分析

表4　滑油系统功能危险分析

4.2故障树分析

故障树分析是以发动机危害和重要后果为顶事件进行的，本文以发动机不可控的火情为顶事件进行故障树分析，其故障树如图2所示。

图2　发动机不可控火情故障树

4.3故障模式与影响分析

对发动机各系统各部件按照以下步骤进行故障模式与影响分析：

（1）确定部件所有的故障模式。

（2）分析部件出现该故障模式的原因，包括内部原因和外部原因。

（3）分析故障模式对发动机的影响。

（4）根据影响确定危害等级。

（5）查找部件的故障率。

（6）确定故障模式频数比。可根据故障率原始数据或试验及使用数据推出。如果没有可利用的故障模式数据，则由分析人员根据产品功能分析判断得到。

（7）计算故障模式的故障率。

发动机部分系统和部件的故障模式与影响分析见表5～7。

表5　管路故障模式与影响分析

表6　燃油进口接头故障模式与影响分析

表7　火警探测器故障模式与影响分析

4.4分析结果

将表5～7中部件的故障率带入故障树中，通过计算得到顶事件的发生概率为1.686E-10/发动机飞行小时，小于1E-7/发动机飞行小时，满足适航条款中的安全性要求。

5　结束语

本文以适航标准为依据，建立了航空发动机CCAR33-R2.75条款适航符合性的验证程序。并以某型涡轴发动机为例验证了发动机不可控火情对CCAR33-R2.75的符合性。实践证明该方法科学有效，可为航空发动机CCAR33-R2.75条款适航符合性验证工作提供支持。

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（编辑：栗枢）

Research on Airworthiness Certification Method of Aeroengine Complying with CCAR33-R2.75

QIAO Lei，LI Yan-jun，CAO Yu-yuan，ZHAO Su-yang，XU Zheng-teng，WANG Lei
（College of Civil Aviation，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China）

Aiming at the security requirements of aeroengine airworthiness certification，the airworthiness terms of CCAR33-R2.75 was studied and analyzed，and the validation requirements and methods were determined.Function hazard analysis method，fault tree analysis method，failure mode method and effect analysis method were utilized in the process.The certification procedure of aeroengine was proposed complying with CCAR33-R2.75.Finally，example analysis of an aeroengine was performed，the validation of uncontrolled fire was complied with CCAR33-R2.75.The method can support the aeroengine CCAR33-R2.75 terms airworthiness compliance verification.

CCAR33-R2.75；airworthiness compliance；validation method；aeroengine

V 235.12

A

10.13477/j.cnki.aeroengine.2016.01.020

2015-02-24

乔磊（1990），男，在读硕士研究生，研究方向为民用发动机可靠性和安全性；E-mail：741243958@qq.com。

引用格式：乔磊，李艳军，曹愈远，等.航空发动机CCAR33-R2.75条款适航符合性验证方法研究［J］.航空发动机，2016，42（1）：99-102.QIAOLei，LI Yanjun，CAO Yuyuan，et al.Research on airworthiness certification method of aeroengine complying with CCAR33-R2.75［J］.Aeroengine，2016，42（1）：99-102.