民用直升机燃油系统独立性适航条款研究

顾 新，董宏清

(中航工业直升机设计研究所，江西 景德镇 333001)



民用直升机燃油系统独立性适航条款研究

顾 新，董宏清

(中航工业直升机设计研究所，江西 景德镇 333001)

以适航规章为依据，从基本设计要求、辅助动力装置燃油系统设计要求以及其他注意事项三个方面解读燃油系统独立性适航条款，并结合工程实际给出某型机的符合性分析。为使设计人员了解军机设计要求与适航要求之间的差异，还将军机设计要求与民机适航条款进行了对比。

民用直升机；适航；燃油系统独立性

0 引言

开展直升机适航符合性技术研究，将相关的适航要求转化为设计、制造以及审定过程中的相关适航设计和验证要求，对于我国直升机的适航取证具有重要意义。本文以适航标准为依据，对直升机燃油系统独立性适航要求进行了详细的解读。指出了设计中需要注意的问题，并结合工程实际给出相关型号的设计符合性分析。我们还将军机设计要求与民机适航条款进行了对比，以便设计人员了解军机设计要求与适航要求之间的差异。

1 适航条款要求

直升机适航取证所依据的规章主要有CCAR27部和CCAR29部[1-2]。其中29部是针对运输类旋翼航空器的适航标准，燃油系统独立性相关的条款为29.953条，其内容如下：

“(a)对A 类旋翼航空器必须满足下列要求：

(1)燃油系统必须满足第29.903 条(b)的要求；

(2)除非采用其它措施满足本条(a)(1)的要求，否则燃油系统向每台发动机供油都必须通过与其它发动机供油系统相独立的系统供油。

(b)对多发B 类旋翼航空器，每个燃油系统必须满足本条(a)(2)的要求，然而不必向每台发动机提供单独的油箱。”

而27部是针对正常类旋翼航空器的适航标准，相关的条款为27.953条，其内容为：

“(a)对于多发旋翼航空器的燃油系统向每台发动机供油都必须通过一个与其它发动机供油系统相独立的系统供油。然而对每台发动机供油的油箱不必相互独立。

(b)如果多发旋翼航空器使用单个油箱，则必须满足下列要求：

(1)对于每台发动机，要有单独的油箱出油口，并在油箱每个出油口上设有切断阀。如果该阀和发动机舱之间的管路中，不会积存可排入发动机舱危险数量的燃油，则该切断阀也可作为第27.995 条所要求的防火墙切断阀。

(2)至少有两个通气口，它们应设置在被同时堵塞的概率最小的位置。

(3)加油口盖应设计成使错误安装或在飞行中丢失的概率减至最小。

(4)在该燃油系统中，从每个油箱出口到任一发动机的部件要与向其它发动机供油系统的每个部件相互独立。”

2 适航条款解析

2.1 基本设计要求

2.1.1 A类设计要求

29.953a(2)要求：除非采用其它措施满足本条(a)(1)的要求，否则燃油系统向每台发动机供油都必须通过与其它发动机供油系统相独立的系统供油。对于该款应理解为：A类旋翼航空器的每台发动机应有独立的供油系统，除非采用其他的措施来满足29.903(b)的发动机隔离要求：

“A 类：发动机的隔离 每架A 类旋翼航空器动力装置的布置和相互隔离，必须使任一发动机或任一能影响此发动机的系统失效或故障时，不致发生下列情况：

1)妨碍其余发动机继续安全运转；

2)除了飞行员正常使用主飞行操纵外，需要任何机组成员立即采取行动(不是对主飞行操纵器件的正常操纵动作)以保证继续安全运行。”

燃油系统的独立性要求实际上来自于发动机的独立性要求，A类旋翼航空器要求每台发动机供油都有独立的燃油系统，一般情况下A类旋翼航空器不允许有共用的油箱存在，图1为A类旋翼航空器可接受的油箱构型。

图1 A类旋翼航空器可接受的燃油系统构型

但是当每台发动机都有单独的贮存油箱，且贮存油箱的容积能维持发动机在OEI功率下工作20分钟时，则可以使用共有的供油油箱。因此图2所示的构型是可接受的。

图2 A类旋翼航空器允许存在公共油箱的情况

注：这里贮存油箱(collector tank)，是指连接油箱，直接向发动机提供燃油的集油油箱，是更直接的供油油箱(Z15型机中，称为feeder tank)，而不是指发动机供油油箱外的附加贮油油箱(Z15型机中，称为辅助油箱additional tank)。

2.1.2 B类设计要求

B类旋翼航空器的每台发动机应有独立的供油系统，但不要求有独立的油箱。图3是B类旋翼航空器可接受的油箱构型。

图3 B类旋翼航空器可接受的燃油系统构型

2.1.3 正常类旋翼航空器设计要求

正常类旋翼航空器的每台发动机应有独立的供油系统，然而不要求每台发动机有单独的油箱。但如果使用单独油箱给一台以上的发动机供油，则：

1)对于每台发动机，要提供独立的油箱出油口，并在每个出油口上设有切断阀。

2)油箱至少有两个通气口，并应将它们设置在被同时堵塞的概率最小的位置上。

3)加油口盖的设计应保证使错误安装或在飞行中丢失的概率减至最小。

4)从每个油箱出口向任一发动机的供油应与其它向发动机的供油相独立。

根据上面的要求，正常类旋翼航空器可接受的燃油系统构型如图4所示：

图4 正常类旋翼航空器可接受的燃油系统构型

注：按照规章的制订意图，当B类旋翼航空器存在一个油箱给一台以上发动机供油的情况时也应当对油箱出油口、通气口、加油口盖作出要求。但是规章并未就B类旋翼航空器的油箱出油口、通气口、加油口盖等作出补充规定，此处我们以规章为准。

2.2 辅助动力装置供油系统设计要求

对于运输类旋翼航空器，如果其辅助动力装置需要完成飞行功能，必须有独立的燃油系统，如图5所示。

图5 需要完成飞行功能的APU的供油

而对于不要求完成飞行功能的辅助动力装置，则不必有独立的燃油系统，可以通过三通管连接到主发动机的供油装置上来供油(见图6)。

图6 不需要完成飞行功能的APU的供油

如果辅助动力装置供油系统通过三通管连接到主发动机的供油装置上，则该辅助动力装置供油系统中应包含燃油切断阀。该燃油切断阀的位置应靠近辅助动力装置系统与主发动机燃油系统的连接点，并且，辅助动力装置燃油系统中应包括一个单向阀，如果主发动机燃油系统存在瞬时负压力，则该阀应能防止燃油倒流，如图7所示。

图7 APU切断阀的位置

适航规章并未就正常类旋翼航空器的辅助动力装置燃油系统独立性作出规定。

2.3 其它注意事项

注意确保飞行手册程序中不允许正常使用违反发动机隔离原则的燃油系统构型[3-4]。图8中的交输供油阀在燃油系统的正常运行中是不允许打开的。

当燃油系统部件出现故障时(如增压泵故障)，通过使用公共燃油通路来保证所有发动机连续安全工作。这种设计是可以允许的，例如当左油箱的增压泵出故障时，可以通过打开交输供油阀来确保左发动机正常工作。

对于包含交输供油特性的供油管路，还必须确保打开交输供油不得影响发动机的正常工作。例如，如果交输阀是由一台发动机供油管路的低压信号自动操作的，则应该考虑油路的漏油可能造成交输阀打开并危及两台发动机连续安全工作的可能性。对于图8中情况，如果左边发动机供油管路漏油，则需要打开交输供油阀，由右边油箱给左发动机供油。此时应考虑打开交输供油阀是否会使右发动机的供油能力不足，从而影响右发动机的安全工作。

图8 交输供油的情况

此外，对于正常类旋翼航空器，油箱加油口盖应当有防差错设计。通常应当只有一种安装和锁紧加油口盖的方法；设计中应确保在飞行前，目视检查能确定口盖的正确安装和锁紧。

3 与军机设计要求对比分析

为使设计人员了解军民机要求之间的差异，便于后续军机适航工作的开展，下面我们对燃油系统独立性相关军民机条款要求进行对比。军用直升机目前没有燃油系统独立性相关的设计规范，设计中一般参考飞机燃油系统的设计规范。飞机燃油系统设计规范中与燃油系统独立性相关的规范为GJB 1003A-2006《飞机燃油系统通用规范》。该军用规范的3.2.1条b项规定：“在多发动机的飞机上，对每一台发动机通常应提供一个独立的供油箱和独立的供油系统。该系统应能切断向任意一台发动机(或数台发动机)供油，而对其余发动机的供油无不利的影响。飞机燃油系统应具有交叉供油能力。”将上述军机要求与燃油系统独立性适航条款加以对照、分析，我们建立了燃油系统独立性军民机要求对比表，如表1所示。

表1 燃油系统独立性军民机要求对比表

注：对于最大重量等于或小于3180kg并且乘客座位数不大于9座的多发旋翼航空器，可以按照27.953条进行审查。但如果申请用于A类运行的型号合格审定则必须符合29.953条的A类要求。

根据表1可知，军机要求与适航要求内容大致相同：都要求对每台发动机提供一个独立的供油系统。军机要求更侧重于性能：要求燃油系统应具有交叉供油能力。适航要求则更侧重于安全：不要求具有交叉供油能力，但如果能交叉供油则必须确保不会影响另一台发动机的供油能力。此外适航要求还考虑了申请人的承受能力，对于不同类型的直升机分别提出要求，而军机规范则不需要考虑成本，对所有飞机提出同样的要求。

4 燃油系统独立性设计实例分析

对于燃油系统独立性，所采取的符合性方法为MOC1。对于这一条款，局方主要关心从油箱开始到发动机燃油进口之间，各个发动机的供油是否是独立的。下面我们以AC313型机为例，说明在工程中设计是如何对适航要求进行符合的。

该型机为20座，最大起飞重量13.8吨的大型运输直升机，应满足29部E分部中的A类要求，燃油系统独立性方面适航要求如下：

“(a)对A 类旋翼航空器必须满足下列要求：

(1)燃油系统必须满足第29.903 条(b)的要求；

(2)除非采用其它措施满足本条(a)(1)的要求，否则燃油系统向每台发动机供油都必须通过与其它发动机供油系统相独立的系统供油。

(b)对多发B 类旋翼航空器，每个燃油系统必须满足本条(a)(2)的要求，然而不必向每台发动机提供单独的油箱。”

该型机应满足E分部的A类要求，因此上述b条款不适用。综上所述，该型机所需要满足的燃油系统独立性要求为：“燃油系统向每台发动机供油都必须通过与其它发动机供油系统相独立的系统供油。”

该型机燃油系统由发动机供油子系统、油箱子系统、通气子系统、转输子系统及燃油测量子系统等组成，可按飞行剖面的要求，贮存完成飞行任务所需的喷气燃料，并在直升机的飞行包线内，按照发动机的入口要求，向发动机连续供油。

燃油贮存在三组油箱里，油箱安装在货舱地板下的油箱舱内，其中1、2号油箱为前组，供给1号发动机；3、4、5号油箱为中组，供给3号发动机；6、7、8号油箱为后组，供给2号发动机和APU。每组油箱和油箱舱都有各自的通气系统与大气相通，使油箱内、外压力平衡，保证系统正常工作。每组油箱有一个主油箱，其它油箱中的燃油通过油箱底部的连通管输送给主油箱，在2#、3#、6#主油箱内设置一个供油箱，通过供油箱内的两台增压泵将燃油输送给发动机。

供油系统由三条供油管路及其成﹑附件组成，每条管路向所对应的一台发动机和APU供油。燃油经增压泵、单向活门、防火开关、APU切断阀、APU增压泵等附件供给发动机和APU。而辅助动力装置不要求完成飞行功能，无需独立的燃油系统。根据上述分析可知，该设计方案确保了每台发动机有独立的供油系统，满足了燃油系统独立性适航要求。

5 总 结

本文对直升机燃油系统独立性适航要求进行了详细解读，指出了设计中需要注意的事项，进行了燃油系统设计符合性分析，还将适航要求与军机设计要求进行了比较分析。对直升机设计、制造、审定人员具有一定的参考和指导价值。

[1] 中国民用航空总局，编. 中国民用航空规章第27部正常类旋翼航空器适航规定[S] . 2002.

[2] 中国民用航空总局，编. 中国民用航空规章第29部运输类旋翼航空器适航规定[S] . 2002.

[3] FAA. Advisory Circular No:29-2C Certification of Transport Category Rotorcraft [S]. America: Federal Aviation Administration,2014.

[4] FAA. Advisory Circular No:27-1b Certification of Normal Category Rotorcraft [S]. America: Federal Aviation Administration,2014.

The Study on Civil Helicopter Fuel System Independence

GU Xin, DONG Hongqing

(China Helicopter Research and Development Institute, Jingdezhen 333001，China)

On the basis of airworthiness regulations ,the understanding of fuel system independence was discussed .Then we took certification type helicopter as an example to show that how the requirement was met. The difference between military specification and airworthiness regulations was also discussed .

civil helicopter; airworthiness; fuel system independence

2015-01-21

顾 新(1988-)男，江苏盐城人，硕士，助理工程师，主要研究方向：民用直升机适航，系统安全性分析。

1673-1220(2015)04-034-04

V221+.91

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