浅谈民用飞机旅客座椅的适航取证.docx

技术研发TECHNOLOGY AND MARKETVol. 22,No. 8,2015浅谈民用飞机旅客座椅的适航取证周建斌( 上海飞机设计研究院 结构设计研究部, 上海 201210)摘 要:旅客座椅是民用飞机必不可少的重要设备,其不仅提供了最基本的乘坐功能,同时对飞机的重量和乘员安全也 有直接影响,进而影响到飞机的适航性,尤其是整个客舱的安全性。 国内由于航空制造业起步较晚,不少人对旅客座椅 的认知仅仅停留“ 提供乘坐功能的设备” 的阶段,甚至认为旅客座椅是无需修改的成品件,从而忽视了旅客座椅在客舱安 全中的重要影响。 基于国产民机实际型号中的工作经验,对旅客座椅的适航要求和验证思路进行归纳提炼。关键词: 旅客座椅; 客舱安全; 适坠性; 民机doi:10. 3969 / j. issn. 1006 - 8554. 2015. 08. 0141 概述旅客座椅是民用飞机必不可少且对客舱安全有直接影响 的设备。 早期,各国局方采用的 TSO - C39b 和 NAS809 对民航 座椅结构的极限静态载荷的要求是:向前 9. 0 g,侧向 3. 0 g,向上 2. 0 g 和向下 6. 0 g。 综合考虑重量、成本、载荷等要求后,该 时期的旅客座椅一般采用所谓硬结构的结构设计理念。 即,当座椅被加载到极限载荷时,座椅的主结构基本无永久变形,保 持原来的状态。 以上静态极限载荷,最危险的加载方向即是向 前和侧向。 仅符合静强度要求的旅客座椅业内俗称“9 g 座椅” 或“ 静态座椅” 。为提高乘员在坠机时的生存率,FAA 相继推出并贯彻实施 了一系列民机旅客座椅的新要求。表 1 旅客座椅技术要求的变迁序号时间措施11986 年 7 月FAA 联邦登记注册报发布 NPRM86 - 11 通告,要求提高民用航空飞机在应急着陆条件下对旅客的保护等 级,并提出了改进座椅的静载和动载的标准。21988 年 5 月FAA 发布改进民航座椅的 FAR25 - 64 修正案,推出了修正的 FAR25. 561 和增加的 FAR25. 562 条款。31992 年 3 月FAA 正式颁布 TSO - C127 旋翼类和运输类飞机座椅系统 的技术标准规定及其引用的 SAE AS8049 民 用旋翼类和运输类飞机座椅性能标准 (1990 年 7 月生效) 。41998 年 8 月FAA 颁布换版的 TSO - C127a 及其引用的 SAE AS8049A(97 年 9 月生效) 。符合动强度要求的旅客座椅,业内俗称“16 g 座椅” 或“ 动 态座椅” 。表 1 中 FAA 的一系列要求仅提高了对旅客座椅的强度要 求( 由 9 g 静强度上升到 16 动强度) ,但并未提高对旅客座椅 导轨的要求( 仍保持在 9 g 静强度的水平) ,这就意味着旅客座 椅必须具备一定的能量吸收能力,降低传递给导轨的能量,避 免对导轨产生破坏。表 2 为旅客座椅新老 TSO 中静强度要求之对比;表 3 为旅 客座椅动强度试验要求及判据。表 2 旅客座椅新老 TSO 静强度要求对比表 3 旅客座椅动强度试验要求及判据加载方向新标准( TSO - C127a)老标准( TSO - C39b)向上3. 0 g2. 0 g向前9. 0 g9. 0 g侧向4. 0 g3. 0 g向下6. 0 g6. 0 g向后1. 5 g0试验状态要求垂直冲 击试验水平冲 击试验备注最小速度变化35 ft / s44 ft / s座椅安装仰角600座椅安装偏航角010最小负加速度峰值14 g16 g负加速度最大上升时间0. 08 s0. 09 s安装地轨变形俯仰10滚转10脉冲波形三角波三角波符合性审定判据Hic 最大值1 000TSO 仅 要 求记 录, 不 要求符合腰椎载荷最大值1 500 磅股骨载荷最大值2 250 磅座椅变形向前不能影响 出口通道不能影响 出口通道362015 年第22 卷第8 期试验状态要求垂直冲 击试验水平冲 击试验备注侧向不能影响 出口通道不能影响 出口通道旋转座面向下座面向下俯角20座面向上俯角20座面向上仰角35仰角35向下不限制不限制椅背椅背向前变椅背向前变形不大于原形不大于原椅背前表面到座椅硬结椅背前表面到座椅硬结构最前端的构最前端的一半一半表 3( 续)由于航空器适航审定及运营中,存在 TSO 和适航规章多版 本并行有效的情况,因此表 4 中未列出其版本号。表 4 旅客座椅相关 TSO 及适航规章TSO - C39旋翼类、运输类、正常类和通用类飞机座椅系统TSO - C127旋翼类、运输类、正常类和通用类飞机座椅系统CTSO - C13救生衣CTSO - C22安全带CTSO - C72单独漂浮装置CCAR21民用航空产品和零部件合格审定规定CCAR25运输类飞机适航标准CCAR37民用航空材料、零部件和机载设备技术标准规定CCAR91一般运行和飞行规则CCAR121民用航空器适航管理规定2 旅客座椅的构成旅客座椅主要由椅背、扶手、椅盆、餐桌板、椅腿组件、行李 挡杆、液压锁、安全带等部件组成,见图 1。图 1 旅客座椅的构成近几年,国外开始流行在旅客座椅上使用碳纤维以进行减 重,已经比较成熟的技术是使用碳 纤 维 椅 背 结 构 和 碳 纤 维 椅 盆,单座重量可以比传统旅客座椅轻 1 2 kg,减重效果非常明 显,相关旅客座椅也已取得了 TSOA,并已装机使用,但缺点是 碳纤维部件的维护成本较高。3 旅客座椅的适航批准方式TSO 项目的适航批准有两种方式:随航空器型号合格审 定一起批准( 即“ 随机批准” ) 。 取得技术标准规定项目批准 书( TSOA) 后再针对航空器型号取得装机批准。随机批准由航空器制造人或航空器所有人 / 使用人主导, 在申请航空器型号合格证( 或补充型号合格证) 时将 TSO 设备 与航空器一同向局方提出申请并最终获得批准。 随机批准包 括设计、生产和装机批准。 经该方式批准的旅客座椅仅可用于 该航空器上,局限性较大。取得 TSOA 对 TSO 设备而言最大的好处是表明产品已符 合局方要求的最低性能标准,大大提高市场对产品、厂家制造 能力和质量管理体系的信任度,并且设备制造人可以持 TSOA 对设备展开销售。 但在装机前还需取得装机批准。4 旅客座椅的主要适航要求及验证思路符合适航要求,是民机旅客座椅的首要要求,表 4 列出了 与民机旅客座椅相关的各类 TSO 及适航规章。旅客座椅的适航要求主要体现在动强度、头部损伤、腰椎 载荷、股骨载荷、静强度、变形、阻燃等方面。TSO 是“ 最低性能标准” ,已覆盖了 CCAR25 对旅客座椅的 适航要求中的一部分,甚至可以说是大部分。 未被包含的要求 主要是关于旅客座椅的变形、与机体的连接强度等方面。 在进 行 TSO 验证时,非常有必要充分考虑装机要求,以降低日后的 装机验证成本。为提高可靠性、维修性,飞机主机厂或航空公司通常还会 提出自己的装机要求。 这些要求集中体现在次结构强度要求、 次结构使用寿命要求、特殊工具等方面。4 1 旅客座椅的动强度要求CCAR25. 785 和 CCAR25. 562 条款提出了旅客座椅的动强 度要求,涉及到五项试验:1)16 g 向前动态冲击试验。2)14 g 向下动态冲击试验。3) 最小排距排间 HIC 试验。4) 最大排距排间 HIC 试验。5) 头排座椅 HIC 试验。其中,头排座椅 HIC 试验可以通过设置较大的头排距来进 行规避, 按 照 AC25. 562 - 1B 的 要 求, 经 济 舱 座 椅 头 排 距 为 42 in,公务舱座椅头排距为 45 in 的情况下,不必进行头排座椅 HIC 试验。某些机型的应急出口或应急门由于侵入客舱过多,导致其 后排乘客的头部存在与之撞击的可能,在这种情况下,还需要 额外增加相应的 HIC 试验。4 2 旅客座椅的静强度要求CCAR25. 785 和 CCAR25. 561 条款提出了旅客座椅静强度 要求,涉及到五项试验:1) 向上加载静力试验。2) 向前加载静力试验。3) 侧向加载静力试验。4) 向下加载静力试验。5) 向后加载静力试验。 静力试验的载荷系数的选取极为关键,不仅要考虑 TSO 和( 下转第 39 页)2015 年第22 卷第8 期LED 着陆灯,采用 LED 阵列组合而成。组合式 LED 着陆灯在寿命、可靠性、维修性等方面都远优 于现有的 HID 技术,具体的性能对比如表 1 所示。 通过表中参 数对比得知,基于 LED 的照明设备在工作寿命、飞行循环、启 动时间、频闪工作、线路安全和可靠性等方面都得到了极大的 改善。表 1 LED 着陆灯与 HID 着陆灯性能对比LED 着陆灯HID 着陆灯工作寿命10 000 h 以上3 000 h飞行循环无限制2 000 4 000启动时间瞬时启动10 60 s频闪工作无限制会产生延迟,并降低灯具寿命工作电压低电压高电 压 大 电 流, 导 致 电 磁 兼 容、线路漏电等危险。电源效率大于 95 LPW约 85 LPW可靠性LED 阵 列 实 现, 降低了单点故障灯具 寿 命 低, 且 受 飞 行 小 时 与飞行循环的影响固态照明设备的发展趋势具有功率逐渐增大、光效逐渐提 高、电源效率逐渐提高的特征。 在大功率固态照明设备设计方 法上,集成化模块化设计技术的应用越来越广泛,进一步提高 了设备的可靠性与维修性。在现有民机照明系统中,大功率着陆灯、滑行灯、跑道转弯 灯、白光防撞灯等均未采用固态光源。 外部照明系统性能直接 影响飞行员的视觉能力及飞机的安全性,适航规章及相关工业标准对于着陆灯、防撞灯有明确的性能要求。 尽管现有技术能 在一定程度上满足适航性能要求,使用传统光源给系统级集成 带来了诸多问题。 正如上文所述,采用传统光源导致系统寿命 短、安装空间紧张、维护频率高、电磁兼容性差、启辉时间长。固态光源技术为提高系统性能与集成优势带来了契机,从 调研结果可以看到,各主要航空照明系统供应商已全面转入大 功率固态光源应用技术,并研制了 初 具 雏 形 的 大 功 率 组 合 式 LED 着陆灯。 尽管该技术尚未应用于成熟机型,基于固态光源 的固有优势和技术发展潜力,及其在系统集成上的显著优势, 预期该技术将广泛应用于下一代民用飞机上。4 结语根据目前的技术现状及国内外发展趋势,大功率固态光源 照明技术能显著提高机外照明整体性能。 集成式着陆灯、翼尖 航行防撞灯相对传统技术具有很大性能优势,能有效解决现有 技术的接口定义、维护和安装问题。 应用固态光源技术将极大 地提高翼根着陆灯、翼尖航行防撞灯的集成方便性,能根据飞 机外形的特征,优化局 部 布 置, 有 效 减 小 对 外 形、 结 构 等 的 影 响。 固态照明集成设计技术有利于提高系统整体性能与飞机 综合性能,降低运行与维护成本。参考文献:1Richard A. Cote,Light emitting diode assembly for use as an aircraft position light:美国, 6244728 P . 2001.2 Frank Gronemeier, Sascha Lueder, Rico Schulz, LED posi- tion lamp:美国,6461029 P . 2002.3 Lundberg John, Singer Jeffrey, Systems and methods for air- craft LED anti collision light:美国,194209 P . 2012.( 上接第 37 页)CCAR25. 561 条款的要求,还要考虑目标机型的飞行和地面载 荷包线。 为了令座椅适用的目标机型更为广泛,在 TSO 验证阶 段就充分考虑各类机型的飞行和地面载荷包线是极为必要的。 4 3 旅客座椅的阻燃要求旅客座 椅 需 符 合 CCAR 25 853 ( a ) ( c ) 条 款 的 要 求。 25 853( a) 条款要求旅客座椅使用的材料必须满足 CCAR25 部 附录 F 第部分规定的适用试验准则或其它经批准的等效试 验方法。 25. 853( c) 条款要求旅客座椅的椅垫必须满足本部附 录 F 第部分的要求或其它等效要求。 上述两项要求经常被 分别简称为“ 材料阻燃” 和“ 整体阻燃” 。4 4 旅客座椅的变形要求旅客座椅的变形直接关系到应急撤离。 申请人应当在旅 客座椅的动 / 静强度试验中,测量各方向的旅客座椅变形,并进 行比较,确保各方向的最大变形符合 AC25. 562 - 1B 的要求, 否则便视作影响应急撤离。5 结语本文总结了民机旅客座椅适航取证的相关经验与认知,阐 述了旅客座椅较为关键的适航要求及其验证思路。 随着国产 民机制造业的崛起,国产民机旅客座椅也迎来了前所未有的大 好机遇。 希