隋立軍 邱 弢

(1. 航空工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，西安 710068；2. 中國(guó)民用航空適航審定中心西安航空器審定中心，西安 710065)

0 引言

民用飛機(jī)燃油箱及滑油箱裝載的燃油、滑油在慣性載荷的作用下，會(huì)對(duì)鄰近結(jié)構(gòu)帶來沖擊力，可能造成油箱結(jié)構(gòu)件的疲勞或強(qiáng)度問題，引起油箱漏油，進(jìn)而引發(fā)其他安全問題[1-5]。

中國(guó)民用航空規(guī)章《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》CCAR-25-R4[6]中的第25.965條、第25.1015條規(guī)定了燃油箱及滑油箱晃振試驗(yàn)驗(yàn)證的具體要求。本文梳理了條款要求及驗(yàn)證方法，結(jié)合某型號(hào)飛機(jī)對(duì)25.965條、25.1015條的符合性判定過程，總結(jié)了燃油箱及滑油箱晃振試驗(yàn)驗(yàn)證的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、適航審查風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)及審查重點(diǎn)，為民用運(yùn)輸類飛機(jī)燃油箱及滑油箱晃振試驗(yàn)驗(yàn)證及審查工作提供了參考和指導(dǎo)。

1 燃油箱及滑油箱晃振的條款要求

中國(guó)民用航空規(guī)章《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》CCAR-25-R4[6]第25.965條、第25.1015條規(guī)定了燃油箱及滑油箱晃振及驗(yàn)證的具體要求。對(duì)于燃油箱及滑油箱，應(yīng)按第25.965條、第25.1015條開展耐壓試驗(yàn)及晃振試驗(yàn)。需要注意的是，雖然針對(duì)滑油箱未明確說明需要開展晃振試驗(yàn)驗(yàn)證，但第25.1015條明確指出應(yīng)滿足第25.965條的要求，實(shí)際上是要求參考第25.965條的(a)、(b)、(c)、(d)款對(duì)滑油箱進(jìn)行驗(yàn)證，即按第25.1015條(b)(1)款規(guī)定的壓力進(jìn)行滑油箱耐壓試驗(yàn)，按第25.965(b)款要求進(jìn)行滑油箱晃振試驗(yàn)。

對(duì)于燃油箱及滑油箱，耐壓試驗(yàn)條款要求較為明確，因此開展設(shè)計(jì)及適航驗(yàn)證過程中分歧不多?；握裨囼?yàn)則相比來說比較復(fù)雜，在驗(yàn)證過程中容易產(chǎn)生分歧，特別是“大的無(wú)支承(或無(wú)加強(qiáng))平面”的定義未在條款中直接說明。

2 燃油箱/滑油箱晃振試驗(yàn)的適用性判定及實(shí)施

25.965(b)、25.1015(b)條款的驗(yàn)證目的是通過試驗(yàn)來確保燃油箱和滑油箱的結(jié)構(gòu)完整性，進(jìn)而確保在一定的條件下不會(huì)引起漏油等危險(xiǎn)。該條款闡明了需要開展晃振試驗(yàn)的燃油箱、滑油箱的條件和情況，即由大的無(wú)支承或無(wú)加強(qiáng)平面構(gòu)成的金屬材質(zhì)的燃油箱、滑油箱。

目前，CCAR-25-R4中未直接給出“大的無(wú)支承(或無(wú)加強(qiáng))平面”的定義，也未有直接針對(duì)25.965、25.1015的相關(guān)AC，因此該條的適用性判定是審查的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是驗(yàn)證工作中存在的較大風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，一旦驗(yàn)證不充分，就可能造成燃油箱的意外損壞，造成其他危險(xiǎn)事件征候。

目前，僅在美國(guó)聯(lián)邦航空局發(fā)布的三個(gè)相關(guān)AC中給出了可參考的判據(jù)。

2.1 燃油箱/滑油箱晃振試驗(yàn)適用性的判定

美國(guó)聯(lián)邦航空局發(fā)布的AC 29-2C[7]和AC 27-1B[8]中認(rèn)為容積不大于10 gal(37.85 L)，油箱壁由簡(jiǎn)單的寬的平面構(gòu)成，油箱壁厚大于等于0.05 in(1.27 mm)的金屬油箱可以不進(jìn)行晃振試驗(yàn)。基于此，AC 29-2C和AC 27-1B認(rèn)為面積超過14 in(355.6 mm)×14 in(355.6 mm)的平面可認(rèn)為是大的平面。

除此之外，AC 23-16A[9]中說明若燃油箱由寬的沒有隔板的平面組成，容積大于10 gal(37.85 L)時(shí)需要進(jìn)行晃振試驗(yàn)。如果油箱內(nèi)部具有隔板，且分隔該平面后的寬度方向和長(zhǎng)度方向上的尺寸小于等于15 in(381 mm)，或者油箱由厚度大于等于0.05 in(1.27 mm)的鋁合金板構(gòu)成，通過相關(guān)服役運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)或設(shè)計(jì)特征可表明油箱結(jié)構(gòu)的完整性，則不需要進(jìn)行晃振試驗(yàn)。由于該類金屬油箱的箱壁具有無(wú)支承或無(wú)加強(qiáng)的大平面，油箱壁平面在其法向上的剛度較小，承載能力相對(duì)較弱，因此油箱需要進(jìn)行晃振試驗(yàn)，確保油箱無(wú)漏油或油箱壁無(wú)過度變形。

結(jié)合美國(guó)聯(lián)邦航空局發(fā)布的以上三個(gè)參考資料，經(jīng)總結(jié)不需要開展晃振試驗(yàn)的條件為：

1) 油箱的容積不大于10 gal(37.85 L)(AC 29-2C、AC 27-1B、AC 23-16A)；

2) 油箱壁由簡(jiǎn)單的寬的平面(面積小于等于14 in(355.6 mm)×14 in(355.6 mm)的平面)構(gòu)成(AC 29-2C、AC 27-1B)；

3) 油箱具有內(nèi)部隔板，分隔該平面后的寬度方向和長(zhǎng)度方向上的尺寸小于等于15 in(381 mm)(AC 23-16A)；

4) 油箱由厚度大于等于0.05 in(1.27 mm)的鋁合金板組成(AC 29-2C、AC 27-1B、AC 23-16A)。

上述四種情況可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為以下三種情形：

1) 油箱的容積不大于10 gal(37.85 L)；

2) 油箱具有內(nèi)部隔板，油箱壁由簡(jiǎn)單的寬的平面(面積小于等于14 in(355.6 mm)×14 in(355.6 mm)的平面)構(gòu)成；

3) 油箱由厚度大于等于0.05 in(1.27 mm)的鋁合金板組成。

因此，當(dāng)燃油箱或滑油箱符合上述三個(gè)條件中任意一種情況時(shí)，不需開展晃振試驗(yàn)。

2.2 燃油箱/滑油箱晃振試驗(yàn)的實(shí)施

晃振試驗(yàn)中必須使用完整或者典型的燃油箱或者滑油箱結(jié)構(gòu)包含其與機(jī)翼結(jié)構(gòu)的連接部分開展晃振試驗(yàn)，且試驗(yàn)件安裝方式應(yīng)與實(shí)際安裝情況一致，或者能代表實(shí)際的安裝狀態(tài)。燃油箱晃振試驗(yàn)的實(shí)施依據(jù)第25.965條(b)(2)、(b)(3)、(b)(4)款開展，滑油箱晃振試驗(yàn)的實(shí)施依據(jù)第25.1015條(b)款開展。

國(guó)內(nèi)參考標(biāo)準(zhǔn)有HB 6757-93《飛機(jī)燃油箱晃動(dòng)和振動(dòng)試驗(yàn)要求》[10]。需要注意的是，該標(biāo)準(zhǔn)主要是針對(duì)殲擊機(jī)、強(qiáng)擊機(jī)等軍用飛機(jī)，在實(shí)施民用運(yùn)輸類飛機(jī)燃油箱或者滑油箱晃振試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)主要依據(jù)條款要求進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)的規(guī)劃和實(shí)施。

3 風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)與審查重點(diǎn)

3.1 風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)

燃油箱和滑油箱晃振試驗(yàn)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)主要是晃振試驗(yàn)未能實(shí)施開展，導(dǎo)致油箱結(jié)構(gòu)評(píng)定不充分。

燃油箱和滑油箱晃振試驗(yàn)實(shí)施環(huán)節(jié)的主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)是未按條款規(guī)定的試驗(yàn)條件、試驗(yàn)件狀態(tài)開展試驗(yàn)驗(yàn)證，導(dǎo)致試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)論不充分。

3.2 審查重點(diǎn)

根據(jù)燃油箱和滑油箱晃振試驗(yàn)驗(yàn)證可能存在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，在審查中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下內(nèi)容：

1)“大的無(wú)支承(或無(wú)加強(qiáng))平面”的界定是否正確，應(yīng)重點(diǎn)審查申請(qǐng)人提交的燃油箱和滑油箱結(jié)構(gòu)圖樣和數(shù)模等資料，審查金屬整體油箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，包括油箱的壁厚、內(nèi)部加強(qiáng)筋分割的平面尺寸等；

2)油箱的容積量大小，即是否小于10 gal(37.85 L)；

3)晃振試驗(yàn)的試驗(yàn)大綱編制及適航審查。申請(qǐng)人應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)要求，編制詳細(xì)的、可操作的試驗(yàn)大綱，審查組對(duì)申請(qǐng)人提交的試驗(yàn)大綱進(jìn)行詳細(xì)審查，確定試驗(yàn)件的狀態(tài)與選取、試驗(yàn)的條件和基本參數(shù)設(shè)置、試驗(yàn)步驟、試驗(yàn)合格判據(jù)、試驗(yàn)異常情況處理等能預(yù)期表明對(duì)條款的符合性；此外審查代表在審查試驗(yàn)大綱時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注試驗(yàn)中對(duì)油箱結(jié)構(gòu)變形和裂紋的檢測(cè)手段；

4)在試驗(yàn)實(shí)施過程中，制造檢查代表要對(duì)試驗(yàn)件開展制造符合性檢查，開展試驗(yàn)前的制造符合性檢查，確認(rèn)試驗(yàn)件安裝的正確性、試驗(yàn)設(shè)施安裝與調(diào)試的狀態(tài)，確認(rèn)試驗(yàn)的開試狀態(tài)滿足大綱要求。試驗(yàn)過程中，由工程審查代表對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行目擊和監(jiān)控，確保申請(qǐng)人是嚴(yán)格按照試驗(yàn)大綱規(guī)定的參數(shù)設(shè)置和步驟進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)也對(duì)申請(qǐng)人的試驗(yàn)異常處理預(yù)案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)審查。試驗(yàn)中還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注對(duì)油箱結(jié)構(gòu)變形和裂紋的檢測(cè)，例如申請(qǐng)人于試驗(yàn)開試之前在油箱結(jié)構(gòu)外表面涂覆了其他便于肉眼觀察的顯示或顯影涂層(如白堊粉末、滑石粉粉末等)，可在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)目擊涂層是否有變化，為審查代表判定試驗(yàn)結(jié)論提供輔助；

5)晃振試驗(yàn)結(jié)論與條款判據(jù)的符合性判定，即無(wú)漏油或油箱壁過度變形，是否對(duì)油箱結(jié)構(gòu)的完整性及密封性帶來影響。具體的判據(jù)應(yīng)包括內(nèi)部液體未滲漏(該條判據(jù)不強(qiáng)調(diào)泄漏的量，只要有滲漏發(fā)生，就意味著不滿足判據(jù))；油箱結(jié)構(gòu)件無(wú)裂紋或塑性變形；結(jié)構(gòu)件未松動(dòng)或局部磨損；鉚釘、螺栓等連接件未脫落或松動(dòng)等。

4 審查案例

4.1 燃油箱晃振試驗(yàn)審查案例

某型民用飛機(jī)型號(hào)合格審定審查組在審查該型飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)合格審定計(jì)劃時(shí)，發(fā)現(xiàn)申請(qǐng)人的強(qiáng)度專業(yè)在相關(guān)符合性驗(yàn)證工作中未選取25.965條的(b)款。申請(qǐng)人向?qū)彶榻M解釋，該型飛機(jī)為整體金屬油箱，該款判定為不適用。審查組后在會(huì)議紀(jì)要中要求申請(qǐng)人查找相關(guān)資料，明確該款的適用性。

4.1.1 設(shè)計(jì)特征及符合性判定

審查組與申請(qǐng)人進(jìn)行了充分的討論，認(rèn)為該飛機(jī)設(shè)計(jì)上采用機(jī)翼整體金屬油箱，材質(zhì)為鋁合金，左、右機(jī)翼油箱對(duì)稱。單側(cè)油箱劃分為4個(gè)隔艙，油箱起始肋為機(jī)翼左、右2肋，結(jié)束肋為左、右21肋。其中，2肋～5肋空間為第一隔艙，5肋～10肋為第二隔艙，10肋～16肋為第三隔艙，16肋～21肋為第四隔艙；機(jī)翼2肋、22肋和機(jī)翼的前、后梁共同構(gòu)成了整體油箱結(jié)構(gòu)的邊界。油箱布置如圖1所示。

圖1 某型民用飛機(jī)機(jī)翼燃油箱布置示意圖

同時(shí)，該型飛機(jī)目前燃油箱容積是7 242 L(1 913.13 gal)，容積明顯大于10 gal，同時(shí)油箱內(nèi)部隔板分隔后的寬度和長(zhǎng)度均大于15 in(381 mm)，但構(gòu)成整體油箱結(jié)構(gòu)邊界的機(jī)翼2肋腹板、22肋腹板和前梁腹板、后梁腹板及機(jī)翼壁板的厚度均大于0.05 in(1.27 mm)。

依據(jù)該條款的符合性判據(jù)(即前文中2.1節(jié))，構(gòu)成油箱的箱壁由厚度大于等于0.05 in(1.27 mm)的鋁合金板組成，因此申請(qǐng)人認(rèn)為，盡管25.965條的(b)款從設(shè)計(jì)上適用于該型民用飛機(jī)，但不需進(jìn)行晃振試驗(yàn)；符合性方法上可選取MOC1(說明性文件)即可表明符合性。

4.1.2 符合性結(jié)論

通過申請(qǐng)人與審查組反復(fù)討論，申請(qǐng)人充分列舉設(shè)計(jì)特征并與條款判據(jù)進(jìn)行對(duì)比，申請(qǐng)人明確了25.965(b)款對(duì)于該型民機(jī)的適用性，明確了“大的無(wú)支承(或無(wú)加強(qiáng))平面”定義以及不需要進(jìn)行晃振試驗(yàn)的情況，加深了對(duì)條款要求的理解。

最終，申請(qǐng)人采納了審查組意見，采用MOC1(說明性文件)方法，對(duì)25.965(b)的符合性進(jìn)行說明。

4.2 滑油箱晃振試驗(yàn)審查案例

某民用飛機(jī)為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，設(shè)置了滑油及其冷卻系統(tǒng)。為此，需根據(jù)CCAR-25-R4第25.1015條要求，考慮滑油箱晃振試驗(yàn)的符合性表明。

4.2.1 設(shè)計(jì)特征及符合性判定

滑油箱為金屬結(jié)構(gòu)箱體，工藝方式為鋁合金板材焊接成形。為保證滑油箱結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，箱體內(nèi)部設(shè)置了加強(qiáng)隔板，滑油箱箱壁分隔后的寬度小于381 mm，長(zhǎng)度方向上大于381 mm。構(gòu)成滑油箱箱壁的鋁合金板材厚度為2.5 mm，滑油箱容積為40 L。

參照前文中2.1節(jié)的符合性判據(jù)，并參考機(jī)翼燃油箱的審查經(jīng)驗(yàn)，審查組和申請(qǐng)人經(jīng)討論，判定該滑油箱不需開展晃振試驗(yàn)。

4.2.2 符合性結(jié)論

申請(qǐng)人通過與審查組的討論，結(jié)合燃油箱的符合性實(shí)踐，選用MOC1(說明性文件)方法，對(duì)25.1015(b)條款的符合性進(jìn)行說明。

5 結(jié)論

本文針對(duì)燃油箱和滑油箱晃振試驗(yàn)，梳理了對(duì)應(yīng)條款的相關(guān)要求及國(guó)外局方相關(guān)指導(dǎo)文件中對(duì)適用性的界定。梳理了燃油箱和滑油箱晃振試驗(yàn)的適用性條件，總結(jié)了不需開展晃振試驗(yàn)的具體要求。針對(duì)燃油箱和滑油箱晃振試驗(yàn)，提出了審查過程中的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施與審查重點(diǎn)。同時(shí)結(jié)合某型飛機(jī)的具體審查案例，對(duì)燃油箱晃振試驗(yàn)的適用條件及審查判據(jù)的應(yīng)用進(jìn)行了具體案例式討論，介紹了較為詳細(xì)的審查過程，為其他民用運(yùn)輸類飛機(jī)燃油箱和滑油箱晃振試驗(yàn)具體設(shè)計(jì)驗(yàn)證和適航審查工作的開展提供了借鑒和指導(dǎo)。