民用飞机起落架系统鸟撞防护设计

邓妍

【摘 要】鸟撞是当今民航运输的重要威胁之一，飞机起落架系统的研制需充分考虑鸟撞防护，减小鸟撞对起落架系统的影响，以保证飞机可以安全飞行和着陆。当前的运输类飞机适航标准均对鸟撞提出了适航要求。本文从鸟撞适航要求出发，追溯起落架系统鸟撞防护设计需求，研究了不同区域起落架系统受鸟撞可能导致的失效，确定了相关设备具体的布置要求，作为起落架系统研制的依据，提高系统的抗鸟撞性，也可为相关适航条款的符合性验证提供依据。

【关键词】鸟撞防护；起落架系统；适航要求；设计需求

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

随着世界航空工业的快速发展，飞机增多，航线增加，鸟撞事故的发生越来越频繁，已成为民航运输安全的重要威胁之一，如何减小鸟撞对飞机安全的影响成为民用飞机研制过程中须考虑的问题，本文对典型民用飞机起落架系统的鸟撞防护设计进行了研究。

1 鸟撞危害

飞机在飞行过程中（包括起飞、巡航及着陆阶段），有可能遭遇鸟体撞击造成结构或系统失效，称为鸟撞或鸟击事件。据资料显示，仅1960年以来，世界范围内由于鸟撞事故至少造成78架民用飞机损失，201人丧生，鸟撞已被国际航空联合会定为A类空难[1]。鸟撞对飞机造成的破坏极大，研究表明，鸟撞时飞机处于高速飞行，当一只体重2kg的飞鸟撞击时速900km/h的飞机，瞬间产生的冲击力高达4000kg[2]。由于鸟撞事故屡见不鲜，破坏性大，飞机及系统的研制需关注鸟撞对飞行安全的影响。

2 鸟撞对飞机起落架系统的影响

目前国内航空公司现役机型多为波音737系列和空客A320系列，这些机型的起落架系统采用前三点可收放式起落架，主起落架向内收入中机身主起落架舱，前起落架向前收入机头前起落架舱。起落架系统主要由起落架结构、起落架收放子系统、前轮转弯子系统、位置指示和告警子系统组成，后文的分析主要基于此类型的起落架系统进行。

据资料统计，鸟撞事故多发生在机场附近300m以下的低空，以起飞和着陆阶段居多。原因是鸟类低空飞行时视距受到限制，而鸟类在低空活动者居多，故与飞机相撞的机会较多，图1是日本某民航公司对飞行状态发生鸟撞概率的统计示意图[3]。由于起飞和着陆阶段飞机起落架处于放下位置暴露在外部，发生鸟撞时的巨大冲击力可能破坏起落架结构及系统设备，妨碍飞行安全。因此如何减小鸟撞对起落架系统的影响以保证飞机安全飞行及着陆，成为起落架系统设计过程中需解决的问题。

3 鸟撞适航要求及起落架系统鸟撞防护设计需求

当前的运输类飞机适航标准CCAR-25，FAR-25和CS-25对鸟撞提出了适航要求，起落架系统相关的适航要求主要为§25.571、§25.1309（b）条[4]。其中§25.571（e）要求飞机在受到1.8kg鸟体撞击造成结构损伤时，必须能够成功完成该次飞行。§25.1309（b）对飞机设备、系统及安装提出了安全性要求，根据该条款内容，起落架系统在遭受鸟撞时，不能导致灾难性等级的失效。

此外，§25.729（c，e）要求起落架系统鸟撞时仍需具有应急放操作及向机组或其他交联系统指示起落架位置的功能。

根据相关的鸟撞适航要求，追溯起落架系统鸟撞防护设计需求如表1。

起落架系统功能失效等级分为5类，即灾难性的（Catastrophic）、危险的（Hazardous）、较大的（Major）、较小的（Minor）和无安全影响的（No Safety Effect）。一般情况下，起落架系统灾难性等级的失效主要由于系统设备错误导致，如非指令的收上起落架、非指令转弯，鸟撞不会造成系统发生灾难性的失效。但是根据条款§25.729（c，e）和§25.571（e）的要求，起落架系统的设计需采取防护措施，保证鸟撞时系统仍具有应急放操作及指示起落架位置功能，并且相关结构强度需能承受鸟撞时巨大的冲击。

4 起落架系统鸟撞防护设计

飞机机头、电子电气设备舱、机翼、翼身整流罩以及起落架等5个区域为受鸟撞影响的关键区域，起落架系统的鸟撞防护设计需对这些区域内起落架结构、系统设备、液压元件和相关电缆的布置进行分析。

机头驾驶舱区域安装有操纵器件如起落架控制面板、转弯手轮。如果鸟体撞击机头进入驾驶舱区域损坏这些设备，或与这些设备相连的电缆在鸟撞发生后产生了断路或短路的失效，最严重情况下，起落架系统将同时丧失正常收放和应急放功能，导致起落架无法放下。因此起落架系统对飞机机头结构强度设计提出要求，需防止鸟体撞击机头时进入驾驶舱破坏起落架系统设备，同时相关电缆在机头区域的布置应避免因鸟撞产生失效。

起落架区域包括前起落架舱和主起落架舱，主要布置起落架结构及一些系统设备。起落架结构主要包括缓冲支柱、侧撑杆、舱门、位置锁、作动器等，相关结构强度设计时需保证鸟撞冲击不会发生结构穿透或者导致该部位的部件丧失[5]。通过相关计算分析，可确定鸟撞最严酷区域（最大应力点），并针对该区域进行鸟撞试验，确保起落架结构的设计满足要求。同时，起落架舱门可对布置在其后部的组件进行鸟撞防护，故可将关键组件布置在舱门后部。另外，起落架支柱上的液压管路、传感器、电缆应布置在支柱正后方，避免与鸟体直接撞击；起落架位置传感器及电缆需冗余备份，确保系统在遭受鸟撞时仍具备向机组及其他交联系统指示起落架位置的能力。

机翼及翼身整流罩区域，液压元件如起落架控制阀和用于实现起落架收放的液压管路应尽量布置在机身内部，减小被撞击受损的风险。

电子电气设备舱是飞机关键系统设备高度集中的区域，其结构强度的设计需尽量防止鸟体撞击进入该区域而破坏关键设备。起落架系统在该区域的布置主要包括起落架控制单元、应急放相关设备和电缆。起落架控制单元是实现起落架收放、转弯等功能的关键设备，通常采用两个控制单元冗余备份，为防止鸟撞同时损坏两个控制单元造成起落架重要功能的丧失，需对冗余备份的控制单元进行隔离布置；同时，应急放相关设备和供电线缆应与液压管路隔离布置，确保鸟撞时由液压系统驱动的正常收放与应急放功能不会同时失效。

基于以上分析，为进行鸟撞防护设计，起落架系统设备具体的布置要求可概括如表2。

通过上述分析得出的鸟撞防护设计要求，需作为起落架系统研制的依据，并在系统设计完成后通过检查、分析和试验的方法，验证所设计的系统满足鸟撞防护设计要求。

5 结语

鸟撞是目前民用飞机安全的重要威胁。作为一项特殊风险，适航标准对鸟撞提出了适航要求。进行飞机起落架系统的鸟撞防护设计，研究起落架系统在不同鸟撞影响区域的设计要求，可以减小鸟撞对系统的影响，提高系统的抗鸟撞性能，也可为相关适航条款的符合性验证提供依据。

【参考文献】

[1]李玉龙，石霄鹏.民用飞机鸟撞研究现状[J].航空学报，2011，32：1-11.

[2]王占彬，程相朝，孙平，等.机场鸟撞的生态防治[J].生物学通报，2009，44（9）：1-3.

[3]李其颖.鸟撞飞机的一般规律和防撞措施[J].航空学报，1998，9（8）：383-386.

[4]CCAR-25-R4.运输类飞机适航标准[S].

[5]张柱国，郝一鸣.运输类飞机鸟撞及符合性验证综述[J].航空科学技术，2013，6：1-4.

[责任编辑：杨玉洁]