毛可毅 牟浩蕾 鞏天琛 楊亞寧

（中國(guó)民航大學(xué)，天津 300300）

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歐美損傷容限與疲勞評(píng)定適航符合性方法差異分析

毛可毅 牟浩蕾 鞏天琛 楊亞寧

（中國(guó)民航大學(xué)，天津 300300）

[摘要]基于對(duì)咨詢通告（AC） 25.571-1D和可接受的符合性方法（AMC） 25.571的對(duì)比分析，討論了美國(guó)聯(lián)邦航空管理局和歐洲航空安全局在結(jié)構(gòu)損傷容限與疲勞評(píng)定上適航要求和適航符合性驗(yàn)證方法上的區(qū)別，包括條款要求、結(jié)構(gòu)分類、試驗(yàn)要求和檢查間隔等問題。

[關(guān)鍵詞]適航標(biāo)準(zhǔn)；損傷容限；結(jié)構(gòu)疲勞；符合性方法

[收修訂稿日期] 2015-11-04

現(xiàn)在民用航空工業(yè)高度國(guó)際化，航空產(chǎn)品存在著大量的進(jìn)出口與國(guó)際合作等現(xiàn)象，所有這些在客觀上要求一套統(tǒng)一的適航要求。美國(guó)和歐洲是民用航空工業(yè)最發(fā)達(dá)的航空工業(yè)體，自上世紀(jì)80年代以來，歐洲和美國(guó)就開始協(xié)調(diào)其大型民用飛機(jī)的適航性要求。經(jīng)過多次協(xié)調(diào)，歐洲和美國(guó)大型民用飛機(jī)適航要求的統(tǒng)一工作取得了重要成果，其技術(shù)內(nèi)容現(xiàn)在已經(jīng)基本一致[1]。

損傷容限與疲勞評(píng)定是民用飛機(jī)抗疲勞設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，也是適航驗(yàn)證的重點(diǎn)。美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（Federal Aviation Administration，簡(jiǎn)稱FAA）通過修正案25-86[2]，將聯(lián)邦航空條例（Federal Aviation Regulation，簡(jiǎn)稱FAR）25.571條款（結(jié)構(gòu)的損傷容限與疲勞評(píng)定）與歐洲聯(lián)合航空局（Joint Aviation Authority，簡(jiǎn)稱JAA，后期改為歐洲航空安全局）發(fā)布的聯(lián)合航空條例（Joint Aviation Regulation，簡(jiǎn)稱JAR，后期改為Certification Specification，簡(jiǎn)稱CS）的適航要求進(jìn)行了協(xié)調(diào)統(tǒng)一，使FAA與JAA在條款層面基本一致。但在表明條款的符合性方面，因?yàn)樯婕暗矫駲C(jī)適航驗(yàn)證的技術(shù)基礎(chǔ)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，歐美之間仍存在一些差異，其表現(xiàn)之一就是局方所發(fā)布的指導(dǎo)材料。文章正是基于對(duì)咨詢通告（AC）25.571-1D[3]《結(jié)構(gòu)的損傷容限與疲勞評(píng)定》（后文用AC25.571代指）和可接受的符合性方法（AMC）25.571《損傷容限（破損安全）評(píng)定》(b)和(e)[4]（后文用AMC25.571代指）的對(duì)比分析，討論了歐洲航空安全局（European Aviation Safety Agency，簡(jiǎn)稱EASA）和FAA在結(jié)構(gòu)損傷容限與疲勞評(píng)定上適航要求和適航符合性驗(yàn)證方法上的區(qū)別。

1　條款差異

對(duì)于條款內(nèi)容，不考慮修正案25-132對(duì)FAR25.571的修訂，F(xiàn)AR25.571與CS25.571存在以下區(qū)別[5]。

? FAR25.571[6]在確定以下兩類結(jié)構(gòu)時(shí)，明確定義了檢查門檻值的確定方法；

? FAR25.571明確對(duì)于廣布疲勞損傷（WFD）要求進(jìn)行全尺寸疲勞試驗(yàn)，同時(shí)，對(duì)于型號(hào)合格證（TC）頒發(fā)和疲勞試驗(yàn)的進(jìn)度關(guān)系進(jìn)行了確定，在疲勞試驗(yàn)完成前，適航限制項(xiàng)目的內(nèi)容有規(guī)定；

? CS25.571[7]對(duì)于多部位損傷提出了規(guī)章要求，但沒有明確要用試驗(yàn)來驗(yàn)證；

? CS25.571對(duì)于能夠容易檢查出的損傷，其剩余強(qiáng)度的要求可以采用低于規(guī)章的要求，但是必須取得局方的同意。但是該剩余強(qiáng)度要求不是非常明確，需要與局方達(dá)成一致；

? FAR25.571對(duì)離散源損傷的要求中，鳥撞要求與CS的要求相同（FAR25.631和CS25.631鳥撞中存在差異），但不包含突然泄壓情況；

? CS25.571對(duì)離散源損傷的評(píng)定要求中，僅包含鳥撞和突然泄壓。

2　評(píng)定結(jié)構(gòu)

FAA和EASA的損傷容限和疲勞評(píng)定條款中均要求：對(duì)強(qiáng)度、細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)和制造的評(píng)定必須表明，飛機(jī)在整個(gè)使用壽命期間將避免由于疲勞、腐蝕、制造缺陷或意外損傷引起的災(zāi)難性破壞。因此，不需要對(duì)飛機(jī)的所有結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷容限與疲勞評(píng)定，僅需針對(duì)于可能引起災(zāi)難性破壞的結(jié)構(gòu)部分（即主要結(jié)構(gòu)元件，Principle Structural Element，簡(jiǎn)稱PSE）進(jìn)行即可。目前表明上述目標(biāo)的方法主要是對(duì)于PSE進(jìn)行損傷容限分析，但飛機(jī)中仍存在進(jìn)行損傷容限分析不實(shí)際的部位，對(duì)于這些結(jié)構(gòu)，需進(jìn)行疲勞（安全壽命）評(píng)定。

AC給出的適用疲勞評(píng)定的結(jié)構(gòu)例子是起落架及附件，而AMC給出的適用疲勞評(píng)定結(jié)構(gòu)的例子是起落架與其附件，以及發(fā)動(dòng)機(jī)吊架與其附件。也就是說，AMC中認(rèn)為，發(fā)動(dòng)機(jī)吊架與其附件同樣適用于疲勞評(píng)定。實(shí)際上，美國(guó)的波音也有飛機(jī)將發(fā)動(dòng)機(jī)吊架列為疲勞壽命件（例如波音777）。因此該部分應(yīng)屬于小的差異，不能代表FAA與EASA在損傷容限與疲勞壽命評(píng)定的適用結(jié)構(gòu)存在分歧。

AMC25.571對(duì)于疲勞評(píng)定問題還要求：對(duì)需要按照CS25.571(c)評(píng)定的某些結(jié)構(gòu)元件（例如主要接頭、連接、典型蒙皮部件和焊接點(diǎn)）的疲勞特性進(jìn)行評(píng)定，確保能夠達(dá)到預(yù)期的使用壽命。

3　試驗(yàn)要求

相對(duì)于AC25.571而言，AMC25.571中對(duì)試驗(yàn)的要求給出了更為詳盡的解釋。

第一，一般需要通過有代表性的試驗(yàn)來證實(shí)主要結(jié)構(gòu)滿足CS25.571(b)和(c)款的要求。對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)或?qū)χ饕Y(jié)構(gòu)的部分的實(shí)驗(yàn)，其性質(zhì)與范圍將依據(jù)之前適用的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，以及相似結(jié)構(gòu)上的使用經(jīng)驗(yàn)。分析和支持試驗(yàn)大綱的內(nèi)容應(yīng)該得到局方批準(zhǔn)。

第二，分別支持CS25.571(b)與(c)中的損傷容限或安全壽命目標(biāo)的任何必要的重復(fù)加載試驗(yàn)在型號(hào)合格證頒發(fā)時(shí)可以沒有完成，但在審定中應(yīng)該表明，飛機(jī)能夠至少安全使用一年。為了不使適航證作廢，疲勞證明應(yīng)該足夠提前于第一批飛機(jī)達(dá)到使用期限。

第三，型號(hào)合格證可以在全尺寸疲勞試驗(yàn)完成前頒發(fā)，前提是適航當(dāng)局已批準(zhǔn)了為完成所要求的試驗(yàn)而制定的計(jì)劃，并且在CS25.1529要求的持續(xù)適航文件適航限制部分中規(guī)定，在該試驗(yàn)完成之前，任何飛機(jī)的使用循環(huán)數(shù)不得超過在疲勞試驗(yàn)件上累積循環(huán)數(shù)的一半。

其中，第一屬于通用性的指導(dǎo)；第三和FAR中的要求一致；第二是為了不使適航證作廢，對(duì)于全尺寸疲勞試驗(yàn)的進(jìn)度安排給出了較為中肯的指導(dǎo)。

4　檢查間隔

AMC25.571對(duì)于在較短的間隔能夠檢查出的損傷給出了更多的指導(dǎo)：

對(duì)于在較短間隔（比如50個(gè)飛行循環(huán)）內(nèi)能夠被發(fā)現(xiàn)的損傷，可以采用CS25.571(b)中給出的較小的載荷，不過這種損傷應(yīng)該是足夠明顯的，即在巡視中明顯目視直接可檢，或通過機(jī)艙壓力下降、機(jī)艙噪音或燃油泄漏間接檢查出來。在這種情況下，可以采用概率方法，除了后緣襟翼之外，剩余載荷水平可以降低，但不能小于以下情況：

? 最大正常工作壓差（包括預(yù)期的在1g水平飛行的外部氣壓）乘以1.10的系數(shù)，略去其他載荷。

? CS25.571(b)(1)到(6)款包括的85%的限制飛行機(jī)動(dòng)和地面條件，但不包括(5)(ii)，也不包括直到CS25.571(b)(2)與(b)(5)(i)分別給出的VC的限制突風(fēng)速度（縱向或橫向）的75%。另一方面，如果使用的概率的方法，任何情況下，剩余載荷的水平可能不會(huì)低于AMC25.571中給出的一次航班中承受的載荷的值。在裂紋擴(kuò)展速率較快，或在大載荷下載荷路徑可能會(huì)突然破壞情況下，疲勞損傷在達(dá)到可檢尺寸時(shí)被抑制，結(jié)構(gòu)的損傷尺寸在達(dá)到該條件前必須能夠承受CS25.571(b)(1)至(6)款規(guī)定的載荷。如果損傷繼續(xù)發(fā)展，可以使用上面所述的較低載荷。

上面內(nèi)容表明EASA對(duì)于較短間隔內(nèi)能夠被發(fā)現(xiàn)損傷的情況，其剩余強(qiáng)度要求可以適當(dāng)“放寬”，但仍需要滿足給出的最低水平。FAA沒有對(duì)于在較短間隔內(nèi)能夠被發(fā)現(xiàn)的損傷情況的指導(dǎo)，因此不足以說明FAA和EASA究竟誰(shuí)更嚴(yán)格，但EASA給出了申請(qǐng)人更多的選擇。

5　其他差異

AMC25.571沒有給出針對(duì)廣布疲勞損傷的內(nèi)容，EASA發(fā)布的有關(guān)老齡飛機(jī)完整性的AMC 20-20中包含有廣布疲勞損傷的指導(dǎo)材料。

AC25.571將“艙門蒙皮、框、門鎖”以及“起落架與發(fā)動(dòng)機(jī)吊架”歸為主要結(jié)構(gòu)元件（PSE），而AMC給出的PSE不包括上述結(jié)構(gòu)。

6　結(jié)論

文章分析了歐美損傷容限與疲勞評(píng)定在適航要求和符合性方法上的差異。通過分析可以看出，歐美之間雖然不存在根本性的技術(shù)差異，但仍然有細(xì)微的區(qū)別，通過研究，可以獲得更多表明滿足適航要求的符合性驗(yàn)證途徑，并汲取歐美民用飛機(jī)的驗(yàn)證和審定經(jīng)驗(yàn)。文章的差異分析僅處在局方的指導(dǎo)材料層面，建議從民用飛機(jī)工業(yè)驗(yàn)證實(shí)際出發(fā)，對(duì)歐美適航要求和符合性方法上的差異進(jìn)行研究。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 劉友丹. 歐美大型民用飛機(jī)適航要求差異淺析[J]. 航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2010(6)：39-42.

[2] FAA. Docket No. 2790214, Final Rule: Revised Discrete Gust Load Design Requirements [S].

[3] FAA. AC25.571-1D, Damage Tolerance and Fatigue Evaluation of Structure [S].

[4] EASA. AMC25.571(b)and(e), Damage-tolerance (fail-safe) Evaluation [S].

[5] 馮振宇. 運(yùn)輸類飛機(jī)適航要求解讀（第2卷）：結(jié)構(gòu) [M]. 北京：航空工業(yè)出版社. 2013.

[6] FAA. FAR25.571(Amdt. 25-96), Damagetolerance and fatigue evaluation of structure [S].

[7] EASA. CS25.571(Amendment 13), Damagetolerance and fatigue evaluation of structure [S].

（編輯：雨晴）

[中圖分類號(hào)]V221+.91

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]C

[文章編號(hào)]1003-6660（2016）02-0043-03

[DOI編碼]10.13237/j.cnki.asq.2016.02.011