鄧妍

【摘 要】鳥撞是當(dāng)今民航運(yùn)輸?shù)闹匾{之一，飛機(jī)起落架系統(tǒng)的研制需充分考慮鳥撞防護(hù)，減小鳥撞對(duì)起落架系統(tǒng)的影響，以保證飛機(jī)可以安全飛行和著陸。當(dāng)前的運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)均對(duì)鳥撞提出了適航要求。本文從鳥撞適航要求出發(fā)，追溯起落架系統(tǒng)鳥撞防護(hù)設(shè)計(jì)需求，研究了不同區(qū)域起落架系統(tǒng)受鳥撞可能導(dǎo)致的失效，確定了相關(guān)設(shè)備具體的布置要求，作為起落架系統(tǒng)研制的依據(jù)，提高系統(tǒng)的抗鳥撞性，也可為相關(guān)適航條款的符合性驗(yàn)證提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】鳥撞防護(hù)；起落架系統(tǒng)；適航要求；設(shè)計(jì)需求

Precaution Design of Bird Strike for Civil Aircraft Landing Gear System

DENG Yan

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

【Abstract】Bird Strike is one of the major threats for civil aviation today， precaution of bird strike shall be fully considered during development of aircraft landing gear system， in order to decrease the impact on landing gear system by bird strike， so that we can ensure safety during flight and landing. The current transport aircraft airworthiness standards provided requirements for Bird Strike. Based on Bird Strike airworthiness standards， this article describes precaution design requirements of Bird Strike for landing gear system， discusses failure conditions of the landing gear system in different areas， defines the specific layout requirements for Components， which are basis for the landing gear system development. As a result， Safety for landing gear system by Bird Strike is improved. And it can also be evidence for relevant airworthiness compliance verification.

【Key words】Bird strike precaution； Landing gear system； Airworthiness standards； Design requirements

0 引言

隨著世界航空工業(yè)的快速發(fā)展，飛機(jī)增多，航線增加，鳥撞事故的發(fā)生越來越頻繁，已成為民航運(yùn)輸安全的重要威脅之一，如何減小鳥撞對(duì)飛機(jī)安全的影響成為民用飛機(jī)研制過程中須考慮的問題，本文對(duì)典型民用飛機(jī)起落架系統(tǒng)的鳥撞防護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

1 鳥撞危害

飛機(jī)在飛行過程中（包括起飛、巡航及著陸階段），有可能遭遇鳥體撞擊造成結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)失效，稱為鳥撞或鳥擊事件。據(jù)資料顯示，僅1960年以來，世界范圍內(nèi)由于鳥撞事故至少造成78架民用飛機(jī)損失，201人喪生，鳥撞已被國際航空聯(lián)合會(huì)定為A類空難[1]。鳥撞對(duì)飛機(jī)造成的破壞極大，研究表明，鳥撞時(shí)飛機(jī)處于高速飛行，當(dāng)一只體重2kg的飛鳥撞擊時(shí)速900km/h的飛機(jī)，瞬間產(chǎn)生的沖擊力高達(dá)4000kg[2]。由于鳥撞事故屢見不鮮，破壞性大，飛機(jī)及系統(tǒng)的研制需關(guān)注鳥撞對(duì)飛行安全的影響。

2 鳥撞對(duì)飛機(jī)起落架系統(tǒng)的影響

目前國內(nèi)航空公司現(xiàn)役機(jī)型多為波音737系列和空客A320系列，這些機(jī)型的起落架系統(tǒng)采用前三點(diǎn)可收放式起落架，主起落架向內(nèi)收入中機(jī)身主起落架艙，前起落架向前收入機(jī)頭前起落架艙。起落架系統(tǒng)主要由起落架結(jié)構(gòu)、起落架收放子系統(tǒng)、前輪轉(zhuǎn)彎子系統(tǒng)、位置指示和告警子系統(tǒng)組成，后文的分析主要基于此類型的起落架系統(tǒng)進(jìn)行。

據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，鳥撞事故多發(fā)生在機(jī)場(chǎng)附近300m以下的低空，以起飛和著陸階段居多。原因是鳥類低空飛行時(shí)視距受到限制，而鳥類在低空活動(dòng)者居多，故與飛機(jī)相撞的機(jī)會(huì)較多，圖1是日本某民航公司對(duì)飛行狀態(tài)發(fā)生鳥撞概率的統(tǒng)計(jì)示意圖[3]。由于起飛和著陸階段飛機(jī)起落架處于放下位置暴露在外部，發(fā)生鳥撞時(shí)的巨大沖擊力可能破壞起落架結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)設(shè)備，妨礙飛行安全。因此如何減小鳥撞對(duì)起落架系統(tǒng)的影響以保證飛機(jī)安全飛行及著陸，成為起落架系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中需解決的問題。

3 鳥撞適航要求及起落架系統(tǒng)鳥撞防護(hù)設(shè)計(jì)需求

當(dāng)前的運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)CCAR-25，F(xiàn)AR-25和CS-25對(duì)鳥撞提出了適航要求，起落架系統(tǒng)相關(guān)的適航要求主要為§25.571、§25.1309（b）條[4]。其中§25.571（e）要求飛機(jī)在受到1.8kg鳥體撞擊造成結(jié)構(gòu)損傷時(shí)，必須能夠成功完成該次飛行?！?5.1309（b）對(duì)飛機(jī)設(shè)備、系統(tǒng)及安裝提出了安全性要求，根據(jù)該條款內(nèi)容，起落架系統(tǒng)在遭受鳥撞時(shí)，不能導(dǎo)致災(zāi)難性等級(jí)的失效。

此外，§25.729（c，e）要求起落架系統(tǒng)鳥撞時(shí)仍需具有應(yīng)急放操作及向機(jī)組或其他交聯(lián)系統(tǒng)指示起落架位置的功能。

根據(jù)相關(guān)的鳥撞適航要求，追溯起落架系統(tǒng)鳥撞防護(hù)設(shè)計(jì)需求如表1。

起落架系統(tǒng)功能失效等級(jí)分為5類，即災(zāi)難性的（Catastrophic）、危險(xiǎn)的（Hazardous）、較大的（Major）、較小的（Minor）和無安全影響的（No Safety Effect）。一般情況下，起落架系統(tǒng)災(zāi)難性等級(jí)的失效主要由于系統(tǒng)設(shè)備錯(cuò)誤導(dǎo)致，如非指令的收上起落架、非指令轉(zhuǎn)彎，鳥撞不會(huì)造成系統(tǒng)發(fā)生災(zāi)難性的失效。但是根據(jù)條款§25.729（c，e）和§25.571（e）的要求，起落架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需采取防護(hù)措施，保證鳥撞時(shí)系統(tǒng)仍具有應(yīng)急放操作及指示起落架位置功能，并且相關(guān)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需能承受鳥撞時(shí)巨大的沖擊。

4 起落架系統(tǒng)鳥撞防護(hù)設(shè)計(jì)

飛機(jī)機(jī)頭、電子電氣設(shè)備艙、機(jī)翼、翼身整流罩以及起落架等5個(gè)區(qū)域?yàn)槭茗B撞影響的關(guān)鍵區(qū)域，起落架系統(tǒng)的鳥撞防護(hù)設(shè)計(jì)需對(duì)這些區(qū)域內(nèi)起落架結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)設(shè)備、液壓元件和相關(guān)電纜的布置進(jìn)行分析。

機(jī)頭駕駛艙區(qū)域安裝有操縱器件如起落架控制面板、轉(zhuǎn)彎手輪。如果鳥體撞擊機(jī)頭進(jìn)入駕駛艙區(qū)域損壞這些設(shè)備，或與這些設(shè)備相連的電纜在鳥撞發(fā)生后產(chǎn)生了斷路或短路的失效，最嚴(yán)重情況下，起落架系統(tǒng)將同時(shí)喪失正常收放和應(yīng)急放功能，導(dǎo)致起落架無法放下。因此起落架系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)機(jī)頭結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)提出要求，需防止鳥體撞擊機(jī)頭時(shí)進(jìn)入駕駛艙破壞起落架系統(tǒng)設(shè)備，同時(shí)相關(guān)電纜在機(jī)頭區(qū)域的布置應(yīng)避免因鳥撞產(chǎn)生失效。

起落架區(qū)域包括前起落架艙和主起落架艙，主要布置起落架結(jié)構(gòu)及一些系統(tǒng)設(shè)備。起落架結(jié)構(gòu)主要包括緩沖支柱、側(cè)撐桿、艙門、位置鎖、作動(dòng)器等，相關(guān)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)需保證鳥撞沖擊不會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)穿透或者導(dǎo)致該部位的部件喪失[5]。通過相關(guān)計(jì)算分析，可確定鳥撞最嚴(yán)酷區(qū)域（最大應(yīng)力點(diǎn)），并針對(duì)該區(qū)域進(jìn)行鳥撞試驗(yàn)，確保起落架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)滿足要求。同時(shí)，起落架艙門可對(duì)布置在其后部的組件進(jìn)行鳥撞防護(hù)，故可將關(guān)鍵組件布置在艙門后部。另外，起落架支柱上的液壓管路、傳感器、電纜應(yīng)布置在支柱正后方，避免與鳥體直接撞擊；起落架位置傳感器及電纜需冗余備份，確保系統(tǒng)在遭受鳥撞時(shí)仍具備向機(jī)組及其他交聯(lián)系統(tǒng)指示起落架位置的能力。

機(jī)翼及翼身整流罩區(qū)域，液壓元件如起落架控制閥和用于實(shí)現(xiàn)起落架收放的液壓管路應(yīng)盡量布置在機(jī)身內(nèi)部，減小被撞擊受損的風(fēng)險(xiǎn)。

電子電氣設(shè)備艙是飛機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備高度集中的區(qū)域，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)需盡量防止鳥體撞擊進(jìn)入該區(qū)域而破壞關(guān)鍵設(shè)備。起落架系統(tǒng)在該區(qū)域的布置主要包括起落架控制單元、應(yīng)急放相關(guān)設(shè)備和電纜。起落架控制單元是實(shí)現(xiàn)起落架收放、轉(zhuǎn)彎等功能的關(guān)鍵設(shè)備，通常采用兩個(gè)控制單元冗余備份，為防止鳥撞同時(shí)損壞兩個(gè)控制單元造成起落架重要功能的喪失，需對(duì)冗余備份的控制單元進(jìn)行隔離布置；同時(shí)，應(yīng)急放相關(guān)設(shè)備和供電線纜應(yīng)與液壓管路隔離布置，確保鳥撞時(shí)由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的正常收放與應(yīng)急放功能不會(huì)同時(shí)失效。

基于以上分析，為進(jìn)行鳥撞防護(hù)設(shè)計(jì)，起落架系統(tǒng)設(shè)備具體的布置要求可概括如表2。

通過上述分析得出的鳥撞防護(hù)設(shè)計(jì)要求，需作為起落架系統(tǒng)研制的依據(jù)，并在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后通過檢查、分析和試驗(yàn)的方法，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)滿足鳥撞防護(hù)設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

鳥撞是目前民用飛機(jī)安全的重要威脅。作為一項(xiàng)特殊風(fēng)險(xiǎn)，適航標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鳥撞提出了適航要求。進(jìn)行飛機(jī)起落架系統(tǒng)的鳥撞防護(hù)設(shè)計(jì)，研究起落架系統(tǒng)在不同鳥撞影響區(qū)域的設(shè)計(jì)要求，可以減小鳥撞對(duì)系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)的抗鳥撞性能，也可為相關(guān)適航條款的符合性驗(yàn)證提供依據(jù)。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]