航空座椅动态适航试验技术研究

2020-11-27王亚锋张积亭

装备制造技术 2020年6期

王亚锋，苗娟，张积亭

（中航工业飞机强度所，西安710065）

0 引言

民用航空器座椅，除了是航空器内部装饰，也是影响乘客安全最主要的结构件之一。民机可生存坠撞事故中，航空座椅系统在极端情况下的安全问题成为飞机座椅研制以及适航认证过程中关键点之一，国内外的飞机适航章程都对航空座椅提出了近乎严苛的抗坠撞冲击要求。中国民航运输类飞机适航标准（CCAR 25 部）第562 条的对航空座椅系统的动力学验证提出了具体的要求。 CCAR 25[1]部飞机座椅的动态试验要求座椅要满足至少14 g 和16 g加速度动载。

我国航空座椅研究起步较晚，技术相对先进国家较落后，但近年来国家加大了人力和经费投入，在座椅动态试验技术研究方面取得了长足的进步[2，3]。本文结合强度所开展的系列座椅的动态适航验证试验和参与的民航局相关适航条款研究，对民机座椅的动态适航试验条例进行了解析，给出了试验要求及判据。

1 FAA 对民机座椅法规要求的发展

在国际上对于座椅的法规研究仍然是美国走在世界前列，大部分国家都采用Federal Aviation Administration（简称FAA）的标准。早期，FAA 对民机座椅结构的要求是满足极限静态载荷即可，被称作9G座椅。随着民航发展，以及一系列事故的发生，FAA 提出了应急着陆的动态要求，要求不仅满足FAR25.561条款静态试验要求，还要符合FAR25.562 应急着陆动力要求的座椅，一般被称作16G 座椅[4]。

对应的航空座椅动态试验标准分别如下：

（1）初期：FAA TSO-C127、SAE AS 8049、AC25.56 2-1

（2）现在：FAA TSO-C127A、SAE AS 8049A、AC25.5 62-1A

（3）最新：FAA TSO-C127A、SAE AS 8049B、AC 25.562-1B

2 座椅动态试验相关标准

座椅是机械设备，属技术标准规定（TSO）项目。因此其动态适航试验标准涉及两个方面：技术标准规定和飞机适航标准的有关规章条款。即TSOC127A[5]（旋翼航空器和运输类飞机座椅系统）及引用的SAE AS 8049 B“民用旋翼机和运输机的座椅性能标准”和FAR25.562 应急着陆动力情况要求。

关于座椅系统动态试验方面的其它资料都包括在AC20-137《旋翼航空器（正常类和运输类）座椅约束系统与乘员约束的动态评估》、AC23.562-1《23 部飞机座椅/约束系统和乘员保护的动态试验》及AC25.562-1B《运输类飞机座椅约束系统和乘员保护的动态评估》里。如果要取得TSOA 是不需要符合以上AC 文件的要求，但是，申请座椅的装机批准时，任何座椅系统都要满足这些AC 的标准才有资格装机[6]。

SAE AS 8049 B[7]宇航标准（AS）规定了在民用旋翼机、运输机和通用航空飞机中乘客和机组成员座椅的最低性能标准、鉴定要求及记录文件的最低要求。其目的是使座椅在正常工作载荷条件下到达舒适耐用和保护乘员的作用。其对座椅/乘员/约束系统在联邦航空条例（14CFR）第23、25、27 或29 部中公布的静态极限载荷和动态冲击试验条件下保护乘员的验证试验和评估判据进行了规定。

AC25.562-1B[8]咨询通告（AC）对运输类飞机座椅的动态试验提供了可接受的资料和指导。提供了试验程序背景和讨论，还论述了进行这些试验所必须的试验设备和试验设施。本咨询通报所描述的试验为标准试验程序，通常是符合性验证的最低试验要求。标准化程序可以在不同试验设施上得到相同的试验结果。这些试验设施可以是不同的类型，

3 民机座椅动态试验要求

3.1 航空座椅的基本结构

航空座椅主要由骨架组件、椅背组件、扶手组件、餐桌组件、座垫组件、靠垫组件、安全带等组成等组成。结构形式见图1。

图1 航空座椅结构形式

3.2 座椅动态试验要求

航空座椅系统最少应进行两次动态冲击试验，称为试验1 和试验2。试验设施应提供一种方法，使试验安装架在试验过程中，沿着平行于惯性载荷箭头所示的方向移动。如图2 和表1 所示，试验1 中航空座椅系统受到向下和向前的组合冲击加载，主要用于评估座椅结构强度的充分性，仿真试验假人（ATD）骨盆腰椎载荷和结构的永久变形，并获取ATD 头部的位移、速度和加速度时间曲线。试验2 中航空座椅系统受到飞机纵轴和横向冲击分量的组合冲击加载，主要用于评估座椅结构强度是否充分，座椅结构的永久变形，并得出ATD 头部的位移、速度和加速度时间曲线，以及加在座椅导轨或连接头上的椅腿载荷。座椅动态试验加载波形见图2，座椅动态冲击试验要求及判据见表1。

图2 航空座椅动态试验加载波形

表1 座椅动态冲击试验要求及判据

4 民机座椅动态试验

飞机座椅、约束系统及相关的内部系统，最少应进行两次动态冲击试验。应将座椅与约束装置作为一个系统考虑来提供坠机时的乘员保护。试验1（14 g 垂直冲击试验）和试验2（16 g 纵向冲击试验）要在下述验证条件下开展。

4.1 14 g 垂直冲击试验

（1）对每个座椅施加14 g 垂向静态界面载荷（或其他标准载荷），比较每个座椅腿后安装点的总载荷，不考虑座椅腿的数量，找出载荷最大的座椅。

（2）在选择的座椅上实施14 g 垂向动态试验。

（3）座椅满座，使得座椅结构受的压缩载荷最大。

（4）无论座椅是否有乘员，每个座椅都应在相应位置安装代表救生衣、文件袋等质量项目。

（5）质量项目的约束力，包括应急设备，只需要在一次14g 垂向冲击试验中加以考核，如果系保持力满足要求。但在后续的试验中这些质量项目应固定良好。

（6）为ATD 的足部准备一段模拟的客舱地板。

4.2 16 g 纵向冲击试验

（1）对每个座椅施加9g 前向静态界面载荷（或其他标准载荷），一般认为航向0°时计算得到的界面载荷已足够；

（2）将座椅分为两组，两条腿的座椅和多于两条腿的座椅；

（3）对于每组座椅比较组内座椅腿后连接件的合力，选择载荷最大的座椅作为试验对象；

（4）对分组后的座椅，按横向座椅腿间距分子类。

（5）在新的子类里，选择具有最小横向腿间距且后向连接件载荷最大的座椅。

（6）对每组中选出的座椅进行纵向16g 动态冲击试验。

（7）选择试验安装的偏航、俯仰及滚转角。

（8）不管座椅上是否有乘员，每个座椅都应模拟行李、救生衣、文件袋的质量。

（9）质量项目的约束力，包括应急设备，只需要在一次16 g 纵向冲击试验中考核，如果证明质量项目的保持力是满足要求的。但在后续的试验中应固定良好。

5 适航审定要素和评审要求

基于对运输类飞机适航条款的研究，和对相关咨询通告的深入分析，并从验证工作中积累的试验数据总结提炼出航空座椅动态冲击试验审定要素和评审要求。具体如下。

5.1 适航审定要素

（1）试验大纲（包括图纸）的适航审批。

（2）试验用计量器具的校准/检定。

（3）试验设备的维护保养及检测。

（4）工装夹具的设计加工。

（5）电子设备、摄像设备检查。

电子设备必须满足SAE J211“冲击试验设备”的要求，在该要求下，一套数据采集设备用来记录所有传感器采集的数据。按照SAE J211，PART2 的要求，如果用高速相机来计算位移和速度，那么其采样率不应低于500 fps，图像设备不应用于计算加速度，相机安放点和拍摄对象或相机视场内的拍摄对象上的标记点都应被记录。

（6）试验前模拟地板变形安装检查。

用作夹具的梁可以是近似刚性的盒型、I 型、U型截面梁，在X-Z 平面内绕X 轴的俯仰应至少达到±10°，而滚转梁则需绕地板导轨中心线或连接件的中心线至少±10°，并有地板梁变形后有固定它的办法。

（7）座椅安装角度及位置，包括踏板平面必须能反应地板在飞机上的安装形式。

座椅安装导轨相对飞机轴线的初始偏角达到±10°。

（8）试验用假人（ATD）安装姿态的检查。

检查假人安装状态符合规范中ATD 的使用。

（9）试验测量系统的检验。

（10）试验准备状态检查和试验设施制造符合性检查。

（11）工程审查代表目击试验。