民用飞机辅助动力装置排液验证试验方法研究

刘 大 李 瑜 章 弘 刘 林 / Liu Da Li Yu Zhang Hong Liu Lin

(上海飞机设计研究院，上海 201210)



民用飞机辅助动力装置排液验证试验方法研究

刘 大 李 瑜 章 弘 刘 林 / Liu Da Li Yu Zhang Hong Liu Lin

(上海飞机设计研究院，上海 201210)

民用飞机辅助动力装置(APU)排液验证试验涉及APU系统、总体布置及气动外形设计、APU舱结构和后尾锥结构等多个专业，属于整机集成验证问题，是国内外民机取证过程中的共性难点。对民用飞机APU排液验证试验方法进行了研究，给出了APU排液地面试验和飞行试验时相关测试改装、试验方法的技术要点以及试验结果的符合性判据。

APU；排液试验;民用飞机

0 引言

民用飞机辅助动力装置(Auxiliary Power Unit，简称APU)排液验证试验(包括地面试验和飞行试验)不仅涉及APU系统排液的系统内部设计，还涉及APU排液管的总体布置及气动外形设计、APU舱结构和后尾锥结构(处于可燃液体排放路径所在区域)等多个专业，属于整机设计和集成问题，需要各专业协调合作才能完成。相关资料显示，APU排液验证试验是国内外民机取证过程中的共性难点，很多同类机型在APU排液验证试验中均出现过问题并导致了设计更改及项目延迟。例如，最新型的波音波音787飞机因为APU排液验证试验未能通过而进行了设计更改，在尾锥末端增加了导流条，如图1所示。

1 相关适航条款

APU排液验证试验主要与CCAR25.863条款和CCAR25.1187条款相关[1]。CCAR25.863条款主要针对可燃液体或蒸气可能因液体系统渗漏而逸出的区域规定了防火安全要求，而CCAR25.1187主要针对火区的排液和通风规定了相关的适航要求。APU舱既是可燃液体泄露区同时也是火区，需要同时满足以上两个条款的要求，具体如下：

(1)当需要排放时，在预期液体会存在的各种情况下，必须是有效的。

(2)必须布置成使放出的液体不会增加着火危险。

除非有充分的理由和依据，一般都应通过地面试验和飞行试验的方法对APU舱排液系统设计进行验证，以便早期暴露或发现APU舱排液系统设计和制造的缺陷与不足，尽早进行设计更改与完善。

2 测试改装

为模拟可能的可燃液体泄漏，飞机上应安装染色水喷射系统，即向APU舱内的不同区域喷射一定量的染色水。典型的染色水喷射系统如图2所示，由水泵、水箱、调节阀、阀门、管路、电气控制系统以及流量测量装置等组成。

图2 染色水喷射系统原理图

染色水喷射系统应在APU舱内分布不同的喷嘴，以模拟各种潜在的可燃液体泄漏点。可燃液体泄漏点的位置应基于可燃液体泄漏源的分析结果确定。典型的可燃液体泄漏点如下：

(1)燃油泵/燃油模块；

(2)燃油管路接头；

(3)滑油箱放油口。

染色水喷射流量应基于泄漏量分析结果确定，同时考虑排液试验试飞结果的有效性。对于APU舱底部结构联通的构型，典型的APU舱内染色水喷射总流量为3.79L/min(1gallon/min)[2]。

3 地面试验

飞行试验之前，应进行APU舱排液地面试验，以验证APU舱内液体可以被有效排出而无危险量的积存，并评估地面状态时液体排放路径是否安全。

3.1 试验方法

在进行地面试验时，应使飞机处于地面静止状态，向APU舱内注入一定量(通常是1 UKgal～ 4UKgal)的液体，同时在APU舱排液管出口处对排出的液体进行收集。试验前后，需对APU舱排液口及周围排液情况进行拍照，并检查APU舱内部液体积存情况。

进行该试验时，应综合考虑APU舱内可燃液体泄露的可能性及可燃液体排放的严酷性，决定是否起动APU。

(1)APU舱内可燃液体泄露的可能性。对于APU开车状态，存在可燃液体泄露的可能；对于APU关车状态，如果APU舱内仅布置有APU燃油供给系统，没有布置液压管路等其他可燃液体输送系统，并且APU关车时可以保证APU舱内燃油供给切断，那么显然在APU关车状态时APU舱内不可能有可燃液体泄露，也就无需对关车状态进行试验试飞验证。

(2)可燃液体排放的严酷性。如果能通过分析，或者前期研发试飞的结果可以表明APU开车/关车状态时试验条件更严酷，则只需要进行APU开车/关车一个状态的验证；如果无法表明哪一种状态更严酷，则两个状态都需要进行试验验证。

3.2 试验判据

CCAR25.863条款和CCAR25.1187条款并未对“无危险量的积存”做出定量的规定，对于液体排放路径是否安全也往往基于工程判断。一般而言，以下几条要求经常被作为APU排液地面验证试验的符合性判据：

(1)在10min内，收集到的液体量占APU舱内液体总喷射量的90%以上；

(2)APU舱内单个积液点液体积存量不超过44ml(1.5 ounces)；

(3)液体排放路径不会产生显著的其他危害。

4 飞行试验

只有地面排液试验获得批准后方可进行飞行试验。APU排液试飞用于验证在各种可能的飞行条件下，APU舱液体排放路径不会产生其他危害。为避免湿气影响排液路径，飞行试验不可在有可见湿气(包括云)时进行。

4.1 试飞方法

在飞机各种可能的运行条件下(包括滑行、起飞、爬升、巡航、侧滑、盘旋、下降、进近、着陆等)，均注入一定量(通常是1gallon/min)的染色水，注入时间30s～120s。试验前后，需对APU舱排液路径进行拍照。进行该试验时，着陆时一般开反推和不开反推两种条件都应进行验证。同样，应综合考虑APU舱内可燃液体泄露的可能性及可燃液体排放的严酷性，决定是否起动APU。巡航高度和速度一般选取某一特定高度和速度作为其典型代表。典型的APU舱排液飞行试验条件如图3所示。

图3 APU排液飞行试验示意图

4.2 试飞判据

CCAR25.863条款和CCAR25.1187条款并未对“危害”给出明确定义，因此审查代表往往基于主观的工程判断对排液试飞结果的符合性进行评判。一般情况下，液体进入以下区域是不可接受的：

(1)客舱，货舱；

(2)任何存在潜在点火源的区域；

(3)APU舱；

(4)APU进气口和尾喷口；

(5)发动机进气口和尾喷口；

(6)附件舱或可燃液体泄漏时可能有名义点火源存在的区域，例如电子电气舱，航灯或电池舱等；

(7)起落架舱。

5 结论

本文对民用飞机APU排液验证试验方法进行了研究，给出了APU排液地面试验和飞行试验时相关测试改装、试验方法的技术要点，以及试验结果的可接受判据等，供民机设计人员参考。

[1]中国民用航空局. CCAR25-R4 中国民用航空规章第25部：运输类飞机适航标准[S]. 北京：中国民用航空局，2009.

[2] Draft Advisory Circular AC No. 25.863-1 Flammable Fluid Fire Protection.

Research on APU Fluid Drainage Certification Test Methods of Civil Aircraft

(Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai 201210,China)

Auxiliary power unit (APU) fluid drainage certification test for civil aircraft is one of the most difficult issues during civil aircraft certification. As an aircraft integration test, it is involved with APU system design, aircraft general layout design, aerodynamic design, APU compartment and tailcone structure design, etc. The paper studies auxiliary power unit (APU) fluid drainage certification test , and the key technology points for relevant test methods, modification and instrumentation and the compliance criteria during ground and flight tests are obtained.

APU; fluid drainage test; civil aircraft

V228

A