民用飞机适航符合性验证方法

民用飞机适航符合性验证方法探讨 曹继军 ? 张越梅 ? 赵平安 (第一飞机设计研究院质量适航安全部 ) 摘要: 适航符合性验证是民用飞机研制的特点, 符合性是验证的目的, 验证方法是确定验证对象是否具有符合性时所用的手 段。本文通过介绍 10种适航符合性验证方法以及对符合性验证方法的选用原则进行分析, 正确地选择为适航管理部门所 接受的适航符合性验证方法既是设计人员进行飞机设计的职责, 也是保障飞机安全飞行的重要前提。 关键字: 民用飞机; 适航; 符合性验证方法 引言 随着航空事业的迅猛发展, 飞机安全性 的要求越来越高, 为了保障民用航空器安全、 维护公众利益、 促进航空事业发展, 必须从设 计、 制造、 使用、 维护等方面制定一系列保证 安全的最低标准, 进行适航管理。 民用航空器的适航管理是以保证航空器 安全性为目标的技术性、 法规性管理。国家 和适航部门颁布的各种适航管理规章均属法 规性文件, 从事相应活动的单位和个人必须 严格遵循; 而从事民用航空产品和零部件设 计、 制造、 使用和维修等相应活动的单位和个 人的资格及其最终完成的产品是否完全符合 相应规章、 标准和程序必须经适航部门审查、 批准, 最后由适航部门颁发相应的适航批准 证书。 适航符合性验证是为了保障民用航空活 动安全, 采用不同的说明和验证方法获得所 需的证据资料向审查方表明产品对于适航条 款的符合性, 只有全面完成符合性验证才能 取得民航适航证, 只有取得各类适航证的产 品才能合法进入市场。 1? 适航符合性验证方法 1. 1? 适航符合性验证方法概述 符合性验证是指采用各种验证手段, 以 验证的结果证明所验证的对象是否满足民用 飞机适航条例的要求, 检查验证对象与适航 条例的符合程度, 它贯穿民用飞机研制的全 过程。 适航符合性验证的基础就是审定基础, 即民用飞机型号设计适用的适航条款 (包括 豁免条款的考虑 )以及为该型号设计增加的 专用条件。 在民用飞机型号审查过程中, 为了获得 所需的证据资料以向审查方表明产品对于适 航条款的符合性, 需要采用不同的方法进行 说明和验证, 这些方法统称为符合性验证 方法。 常用的符合性验证方法可根据实施的符 合性工作的形式分为四大类: 1) 工程评审; 2) 试验; 3) 检查; 4) 设备鉴定。 根据这四大类方法再具体进行细化, 最 终形成了常用的、 经实践检验的、 适航部门认 可的十种符合性验证方法。 为了便于编制计划和文件, 每种符合性 方法赋予相应的代码。 常用的符合性验证方法见表 1 。 37 表 1?适航符合性验证方法 符合性工作方法编码符合性验证方法相应的文件 工程评审 MC0 符合性声明 ? ? 引述型号设计文件 ? ? 公式、 系数的选择 ? ? 定义 型号设计文件 符合性记录单 MC1说明性文件说明、 图纸、 技术文件 MC2分析 /计算综合性说明和验证报告 MC3安全评估安全性分析 试验 MC4试验室试验 MC5地面试验 MC6试飞 MC8模拟器试验 试验任务书 试验大纲 试验报告 试验结果分析 检查MC7航空器检查 观察 /检查报告 制造符合性检查记录 设备鉴定MC9设备合格性见? 注? 注: 设备鉴定过程可能包括前面所有的符合性验证方法。 ?所有 ? 试验 ?类 的符合 性验证 方法 (MC4 、 5 、 6和 8)在实施前都要编制试验大 纲, 并经适航部门批准后才能够进行相应的 试验, 试验后及时编写试验报告和对应的符 合性报告, 对试验结果进行分析, 对试验判据 进行说明等。试验报告要经适航部门审批认 可, 试验过程中适航部门认为必要时还可派 代表进行全程监控或现场目击见证有关的试 验工作。 1. 2? 符合性验证方法的应用说明 1 . 2 . 1? MC0的符合性验证方法? ? 符合性 声明 该方法是通过引用型号设计文件 (如图 纸、 技术条件、 技术说明书 )等手段来定性地 说明型号设计符合相应的适航条款要求。 例如, 为了在应急情况下确保机上所有 乘员都能在规定的时间内撤离飞机, CCAR - 25- R3 ? 25. 809( a) 要求: ?每个应急出 口, 包括飞行机组应急出口在内, 必须是机身 外壁上能提供通向外部的无障碍开口的活动 舱门或带盖舱口。 ?在验证型号设计对该条 款的符合性时, 可选择? MC0?的符合性验证 方法, 应用飞机的总体布置图、 座舱布置图及 相应的图纸来说明该飞机的应急出口的设计 满足上述要求。 1. 2 . 2? MC1的符合性验证方法? ? 说明性 文件 该方法是通过向适航部门提交有关型号 设计资料 (如说明、 图纸、 技术文件等 ), 由其 组织, 以工程评审的形式来确定有关设计是 否符合相应的适航条款要求。 例如 CCAR- 25- R3 ? 25 . 903( e) ( 1) 规定: ?必须有飞行中再起动任何一台发动 机的手段。 ?对该条款可理解为 ?在发动机发 生空中停车故障时, 能恢复发动机的工作。 ? 在验证型号设计对于该条款的符合性时, 可 选择? MC1?的符合性验证方法, 向适航部门 提交发动机起动和操纵系统原理图、 安装图 38 以及飞行中发动机再点火文件, 由其组织工 程评审来确认飞机具有飞行中再起动每台发 动机的设施和能力。 1 . 2 . 3? MC2的符合性验证方法? ? 分析 / 计算 该方法是通过分析和计算的手段 (如载 荷、 静强度和疲劳强度、 性能、 统计数据分析、 与以往型号的相似性 )来证明有关设计符合 相应的适航条款要求。 例如, 为了使得机组成员在值勤时不致 过度疲劳和不适, CCAR- 25- R3 ? 25 . 831 ( a) 规定: ?通常情况下通风系统至少应能 向每一乘员提供每分钟 250克 ( 0 . 55磅 )的 新鲜空气。 ?在验证型号设计对该条款的符 合性时, 可选择 ? MC2?的符合性验证方法, 利用飞机空调系统的图纸、 说明书, 通过分析 计算来说明满足适航条款所规定的新鲜空气 量的要求。 1 . 2 . 4? MC3的符合性验证方法? ? 安全 评估 该方法是通过 FMEA、 FTA 等故障分析 手段 (如初步风险分析、 故障树分析、 失效模 式影响和关键性分析 /FMECA, 软件质量计 划 )对有关设计进行安全性评估, 验证其对 于相应适航条款的符合性。 例如, CCAR - 25- R3 ? 25 . 735( e) 要 求机轮刹车防滑装置及其有关系统的设计必 须确保 ?在发生任何可能的单个故障时都不 会使飞机的刹车能力或方向操纵损失到危险 的程度。 ?在验证型号设计对该条款的符合 性时, 可选择 ? MC3?的符合性验证方法, 依 据飞机刹车系统的设计资料、 成品数据、 计算 结果、 (同类飞机的 )使用经验等进行 FMEA 或 FTA分析以作出安全性评估来证明设计 满足要求。 1 . 2 . 5? MC4的符合性验证方法? ? 试验室 试验 该方法是通过试验室试验 (如静力和疲 劳试验, 环境试验 ?) 来验证有关设计对于 相应适航要求的符合性, 试验可能在零部件、 分组件和完整件上进行。 例如, CCAR- 25- R3 ? 25 . 723( b) 要 求 ?起落架在演示其储备能量吸收能力的试 验中不得损坏?。在验证型号设计对该条款 的符合性时, 可选择 ?MC4?的符合性验证方 法, 通过储备能量吸收落振试验来验证。该 试验应用完整的起落架并模拟飞机上的安装 情况和着陆姿态, 在落振试验台上进行试验。 试验后检查起落架是否有损坏。 1. 2 . 6? MC5的符合性验证方法? ? 地面 试验 该方法是在飞机停在地面时进行适当的 试验来验证有关设计对于相应适航要求的符 合性。 例如, 为防止由于燃油热膨胀造成燃油 溢出燃油箱或损坏燃油箱结构, CCAR- 25 - R3 ? 25 . 969要求?每个燃油箱都必须具有 不小于 2 % 油箱容积的膨胀空间 ?。在验证 型号设 计对该条款 的符合性 时, 可选择 ? MC5?的符合性验证方法, 进行相应的地面 试验。在地面试验时, 利用重力加油口加油, 到达加油口油面后, 再利用油箱通气管 (或 其它办法 ) 加油至油箱充满油, 后面所加的 油的体积即为燃油箱的膨胀空间, 验证其是 否符合要求。 1. 2 . 7? MC6的符合性验证方法 ? 试飞 该方法是通过飞机在飞行中进行适当的 试验来验证有关设计对于相应适航要求的符 合性。该方法在规章明确要求或用其他方法 无法完全演示符合性时采用。 例如, CCAR- 25- R3 ? 25 . 103?失速速 度 ?要求。在验证型号设计对该条款的符合 性时, 可选择 ?MC6?的符合性验证方法。因 为失速速度是边界飞行速度, 此时飞机处于 大迎角状态, 作用在飞机上的气动力和飞机 的运动情况都比较复杂, 难以靠解析计算求 39 解, 所以唯一可靠的验证方法是飞行试验。 1 . 2 . 8? MC7的符合性验证方法? ? 航空器 检查 该方法是通过适航部门专家在样机或飞 机上进行检查的方式来验证有关设计对于相 应适航要求的符合性。 例如, CCAR- 25- R3 ? 25 . 812( d) 提 出了对于?各主过道和出口之间通向与地板 齐平的旅客应急出口的通道 ?的应急照明要 求和测量方法。在验证型号设计对该条款的 符合性时, 可选择 ? MC7?的符合性验证方 法, 由适航部门专家在样机或飞机上按本款 规定的测量方法进行检查, 验证其是否符合 要求。 1 . 2 . 9? MC8的符合性验证方法? ? 模拟器 试验 该方法是通过在工程模拟器上进行适当 的模拟试验来验证有关设计对于相应适航要 求的符合性。该方法一般不单独使用, 而是 配合其它方法一起使用。 例如, 在通过飞行试验来验证 CCAR - 25- R3 ? 25 . 672( b) 对于增稳系统或任何 其它自动或带动力的操纵系统发生故障时飞 机的可操纵性之前, 可以先进行模拟器试验 演示, 在模拟试验通过后再进行试飞, 以保证 飞行安全。 1 . 2 . 10? MC9的符合性验证方法 ? 设备 合格性 该方法是通过向适航部门提交航空设备 (包括材料 )的合格证明文件的方式来表明 对于相应适航要求的符合性, 一般用于装机 设备 (或材料 )的符合性验证。 例如, CCAR- 25- R3 ? 25 . 731? 机轮 ? 的验证。在验证型号设计对该条款的符合 性时, 可选择 ? MC9?的符合性验证方法, 由 TC申请人编制机轮选择符合性说明报告并 与机轮的产品合格证一起提交适航部门 审批。 2? 适航符合性验证方法的选用 符合性验证方法是多种多样的, 各种符合 性验证的方法可以叠加使用, 对于复杂的条 款, 对于同一验证的对象可采用几种验证方法 叠加验证其符合性, 只要是在实践中可行的、 适航部门认可的符合性验证方法都可以采用。 同时符合性验证方法的造用, 要根据条款的复 杂程度和民机的研制情况, 由民航评审人员与 申请方共同协商确定, 但只要能说明满足条款 的要求, 选择任何一种或几种叠加的符合性验 证方法都可以。主要是要有足够的理由和证 据证明满足符合性。其实符合性验证方法不 止 10种, 欧洲就准备增加软件合格证 MC10 和相似性认可 MC11两种方法。符合性验证 方法可以单独使用, 亦可以组合起来使用, 这 主要取决于要验证的适航条款内容。一般而 言, 涉及面广的、 比较重要的条款往往需要使 用多种符合性方法来验证。 通常 MC0多用于 ? 总则 ?一类的条款, MC3主要用于要求进行故障分析的条款, MC7适用于有具体测量方法规定的条款, MC9一般用于装机设备 (或材料 )的符合性 验证, 其余方法则可顾名思义地加以选用。 适航符合性验证方法选用 的一般原 则是: 1)符合性方法的选择, 原则上以最低成 本来满足条款要求, 不是验证试验项目越多 越好, 而是符合性方法尽可能简单、 少; 2)对于新型号符合性方法 MC0用于不 适用条款的说明。当采用 MC1阐述对于相 关 条 款 在 技 术 方 案 中 考 虑 时, 不 再 使 用 MC0 ; 3)MC2不但包括用计算方法表明符合 性, 而且包括同型号验证或使用经验和相似 性分析。MC1中不包括相似性分析; 4)对条款中明确有失效、 故障影响、 概 率极小、 危害最小等措辞的, 必须进行系统安 40 全性分析, 采用符合性方法 MC3 ; 5)对于条款中有演示、 试验、 试验和分 析相结合等要求, 应选择符合性方法 MC4 、 MC5和 MC8等。对于不在用于飞行的飞机 上作的试验, 均采用 MC4或 MC8 ; 6)对于实验室试验能够符合的, 可用 MC4和 MC8 , 尽可能不选 MC5和 MC6 。对 于符合性方法已选用 MC5或 MC6的, 原则 上不必同时用 MC4 , 避免重复; 7)MC8主要用于对操纵特性和驾驶特 性评估; 8)对于机载设备, 要求供应商提供设备 验证所需的分析、 计算和鉴定试验报告, 必要 时审查代表还要目击鉴定试验, 这些均包括 在 MC9中。条款中有明确规定须批准的设 备, 必须采用 TSOA设备。 其中 MC4、 MC5 、 MC6三种试验在民用 飞机符合性验证中占有十分重要的地位, 是 飞机符合性验证的重要手段, 凡是非试验手 段不能解决的问题都可通过试验手段得到解 决。因为试验是符合实际情况、 超脱假设所 引起的不完备性, 可以真实反映产品的本质, 同时试验具有可重复性经得起检查, 只要条 件相同, 结果总是唯一的, 此外试验可模拟边 界和临界情况, 甚至达到故障和破坏状态。 凡是地面试验 (MC4和 MC5 )不能完成的验 证内容或暴露不充分的问题均可在飞行试验 (MC6)中去完成, 飞行试验能客观全面地反 映飞机的正规性与正确性, 飞行试验的结论 具有权威性, 是综合检查飞机设计、 制造和使 用质量的最后关口。 实际工作中, 尽量采用非试验手段完成 符合性验证, 能用地面试验完成的就不用飞 行试验进行验证, 以加快飞机研制进度和降 低研制成本。 3? 符合性验证的管理 符合性验证是民机研制的特点, 军用飞 机也有相当多的类