空中驾驶舱排烟试飞方法研究

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　　摘  要：空中排烟试飞是民用飞机空气管理系统试飞的重要试飞科目之一。基于ARJ21-700飞机空中排烟试飞科目，对空中排烟试飞方法、试飞程序进行了研究。填补了国内空中排烟试飞的空白，对我国民机空中排烟试飞的适航取证工作具有一定的指导意义。
　　关键词：空调系统;驾驶舱;适航条款;试飞方法
　　中图分类号：V217         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）07-0117-03
　　Abstract： Air smoke exhaust flight test is one of the important flight test subjects of civil aircraft air management system flight test. Based on the air smoke exhaust flight test subject of ARJ21-700 aircraft， the air smoke exhaust flight test method and flight test procedure are studied. It fills the blank of domestic air smoke exhaust test flight， and has a certain guiding significance for the airworthiness proof work of civil aircraft air smoke exhaust test flight in our country.
　　Keywords： air conditioning system; cockpit; airworthiness clause; flight test method
　　1 概述
　　随着民用航空的不断发展，民用客机的数量和规模也越来越大，涉及的机载设备的种类和数量也随之不断增加。由于电器设备的失效或短路，设备过热或气动管路泄露等都可能造成飞机起火或出现烟雾。近年来，飞机起火或出现烟雾的事故频发，对民航班机的运营和乘客安全都构成了严重的威胁。因此，飞机在设计过程中，需要对飞机上存在的可燃材料和潜在火源等进行考虑，并制定相应的灭火或排烟程序，确保飞行过程中的安全和乘员的身体健康。
　　飞机驾驶舱是飞机最核心也是最关键的舱室之一。当遭遇空中险情时，飞行员的正确处置直接影响着整个飞行的安全。空中飞行时如果驾驶舱内出现烟雾，会严重影响舱内飞行员视界，影响飞行员对仪表等的操作，而且烟雾中所含的有害成分会对机组产生致命伤害，严重危及飞行安全。因此运输类飞机必须要具备一定的排烟能力，确保驾驶舱等重要舱室在出现烟雾时能及时排出，保障舱室内空气质量和人员生命安全。
　　ARJ21-700飞机空中驾驶舱排烟试飞是我国首次进行相关科目试飞。该科目的成功试飞，不仅填补了国内相关领域的空白，也为国内其他型号的适航取证工作起到了一定的指导和借鉴作用。
　　2 适航条款解读
　　2.1 条款要求
　　《运输类飞机适航标准》（CCAR25部）§25.831d的条款明确要求“如果在驾驶舱区域有合理可能積聚危险数量的烟，则必须能在完全增压的情况下迅速排烟，而减压不超出安全限度”。飞行中进行排烟试验的目的是为了证实飞行机组应急程序和通风系统能够除去浓烟，并且表明使用应急程序时，能以合理的速度排烟。
　　2.2 条款理解
　　咨询通告AC25-9A中对飞机排烟试验进行了具体的解释和介绍。AC25-9A明确指出，驾驶舱排烟试飞是为了验证驾驶舱内或驾驶舱附近的烟雾能够按照§25.831d的要求迅速排出。通过排烟试飞，验证飞机AFM手册中规定的应急排烟程序能够满足飞机排烟需求，排烟速率在可接受的范围内。参考AC25-9A要求，典型的大型运输类飞机启动AFM手册要求着火或发生突发的烟雾应急程序后，驾驶舱内的大量烟雾在约90s内排出，排烟时间最多不超过3min。
　　通过对条款的解读，驾驶舱排烟试验有定性和定量的要求。定性的要求指飞行机组可以通过使用应急程序和飞机自身的通风系统将驾驶舱内的浓烟排出机外;定量的要求是指使用排烟程序时，驾驶舱内的浓烟可以在一定时间内排出机外。对ARJ21-700飞机而言，驾驶舱排烟试验的主要目的是，验证飞机排烟程序能够在3min内将驾驶舱内的烟雾排除干净，在驾驶舱排烟程序执行过程中，飞机的压力调节系统均能够正常的工作。若空调系统无法正常排出烟雾，则启动应急卸压或应急通风程序排出烟雾，在应急卸压或应急通风启动过程中，座舱内的减压不会超过安全限度。
　　3 试飞方法设计
　　3.1 试飞内容
　　根据适航条款要求，与飞机合格审定相关的烟雾试验主要有三种，分别是烟雾探测试验、烟雾渗透试验以及排烟试验。驾驶舱排烟试飞主要涉及到的是排烟试验。空中排烟试验就是利用飞行试验，在空中演示验证驾驶舱的排烟程序及排烟能力是否满足条款要求。根据排烟试飞符合性验证的要求，需要在飞行中利用发烟设备模拟出烟雾，通过发烟设备产生的大量烟雾，验证驾驶舱的烟雾排放能力。不同的飞机设计的排烟程序也略有差异，典型的驾驶舱排烟试飞内容如下：
　　（1）关闭驾驶舱舱门和窗户，驾驶员及机上人员佩戴具有防护作用的氧气面罩。
　　（2）打开烟雾发生器按钮直至驾驶舱产生大量烟雾，当驾驶舱仪表板开始模式时，停止发烟;启动排烟程序，舱内烟雾需在3min内排出。
　　（3）尽管条款没有强制要求，但如果申请人希望证明飞机具有对持续烟雾的排烟能力时，烟雾发生器应该进行持续发烟。在进行持续发烟时，机组要注意防护。 　　3.2 试飞方法设计
　　根据条款要求和设计方案，ARJ21-700飞机驾驶舱排烟试验不仅要进行正常的驾驶舱排烟试飞，还要进行持续烟雾的排烟能力试验。因此，针对两种不同的试验内容，设计的试飞方法如下：
　　3.2.1 应急程序下的排烟试飞
　　应急程序下的排烟试验，目的是验证飞机按AFM手册要求的排烟程序能够迅速将驾驶舱内的大量烟雾排出机外。为充分验证排烟程序使用包线，飞行试验选择飞机在10600m高度上进行。为防止烟雾通过再循环风扇及驾驶舱舱门进入到客舱或其他区域，试验过程中，关闭空调系统再循环风扇，关闭驾驶舱门。
　　试验人员在驾驶舱内打开烟雾发生按钮，参试人员佩戴氧气面罩等防护设备。当产生的烟雾进入驾驶舱直至驾驶舱仪表开始变模糊时，停止发烟。机组启动应急排烟程序，按要求下降飞行高度至最低安全高度，试验过程中机组注意观察并记录开始时间，观察排烟过程中座舱压力变化情况，在下降过程中观察舱内排烟情况，当仪表板清晰可见后，结束排烟试验记录烟雾排烟干净所需的时间。
　　3.2.2 持续烟雾的排烟能力试飞
　　持续烟雾的排烟能力试验，目的是需验证飞机通风系统能够迅速将驾驶舱内的大量烟雾排出机外。同应急程序下的排烟试飞，试飞过程中选择飞机在10600m巡航，关闭再循环风扇，关闭驾驶舱门。试验人员在驾驶舱内打开烟雾发生按钮，持续发烟5min，停止发烟。利用飞机自身通风系统的排烟功能进行排烟，当飞行员或观察员认为驾驶舱内烟雾消除后，停止试验。
　　如果试验过程中，烟雾无法排出或烟雾不可控，则可打开应急释压，加快烟雾排出速率。由于排烟试飞具有一定的风险性，在飞行试验中，若飞机有自动驾驶仪等设备，则可以使用自动驾驶仪驾驶飞机，但该程序也需写入AFM手册的排烟程序中。
　　4 试验设备
　　4.1 发烟设备
　　驾驶舱排烟试飞的重点是在飞机上改装具有烟雾发生功能的发烟设备。根据相关烟雾特性研究结果，不同材料产生的烟雾其漂浮特性、扩散特性、毒性等均有巨大的不同。发烟设备根据发烟原理的不同，其产生的烟雾特性也均不相同，参考咨询通过AC25-9A的规定，试验中选用的發烟设备所产生的烟雾需对人体不产生伤害。因此，ARJ21-700飞机驾驶舱空中排烟试飞选用了DRAGON（PS27）型烟雾发生器。PS27型烟雾发生器获得过北约质量标准AQAP的认证，其发烟材料为乙二醇和水的混合物，通过励磁电机来产生密集的白色的浓烟，产生的油性烟雾，不仅纯度高，而且无毒害。PS27型烟雾发生器产生的烟雾可以在惰性运载气体流中留存，并且发烟过程可控，发烟量从一小束到一大股烟柱均可实现。对于比较大的舱室，还可以通过弯曲的管道将烟雾运输过去。图1为试验时所用的烟雾发生器。
　　4.2 防护设备和其他设备
　　尽管烟雾发生器产生的烟雾几乎没有毒性，但是大量烟雾吸入人体后，烟雾颗粒仍会对参试人员的呼吸系统产生不利的影响。因此，在试验过程中，为参试人员配备了相应的防护性呼吸设备，对于参试飞行员而言，排烟试验开始前，需要佩戴机组氧气面罩。
　　排烟试验中烟雾排出时间是非常关键的参数之一，因此试验前，还需加装视频记录系统和计时设备，以便对试验结果的有效性进行判断。
　　5 试飞结果分析
　　2014年7月1日进行了驾驶舱排烟飞行试验。飞机在气压高度35000ft（10600m）水平巡航飞行，试验准备完毕后开始发烟，11：17时飞行员认可烟雾充满，随后保持该烟雾浓度维持5min，11：23：55开始排烟，1min后飞行机组认为烟雾消散到可接受范围，11：24：57烟雾排净，排烟时间共计1min2s。图2为机上加装摄像头的视频记录画面，每个摄像头选取了5个视频画面，分别为试验开始前的未发烟视频，发烟过程视频，烟雾充满视频，排烟过程视频，烟雾排净视频。
　　通过对试飞数据及视频的分析可知，驾驶舱排烟能够满足合格判据要求，即烟雾能够在3min内排出机外和3min后驾驶舱仪表板指示清晰。
　　6 结束语
　　通过空中驾驶舱排烟试飞，不仅验证了ARJ21-700飞机排烟能力满足适航标准要求，而且通过本次试验的进行，对民用飞机驾驶舱空中排烟试飞的试飞技术进行了探索和提升。本次试验的顺利完成，不仅填补了我国在民用飞机上进行的驾驶舱排烟试验的空白，也为今后其它型号进行排烟试验积累了经验，奠定了技术基础，对我国民机排烟试飞具有一定的指定作用。
　　参考文献：
　　[1]CCAR-25-R3.运输类飞机适航标准[S].中国民用航空总局，2001.
　　[2]AC25-7A Flight Test Guide for Certification of Transport Category Airplanes[S]. Federal Aviation Administration，1998.
　　[3]AC25-9A Smoke Detection， Penetration， Evacuation Tests and Related Flight Manual Emergency Procedures[S]. Federal Aviation Administration，1994.
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