DO—160温度环境试验应用研究

毛旭明

【摘 要】DO-160《机载设备环境条件和试验方法》是由美国航空无线电委员会发布的航空规范，其定义了一系列最低标准环境试验条件和相应的试验方法。目前DO-160已被广泛应用于民用飞机环境设计中。本文以DO-160G中温度环境为例，研究如何根据民用飞机环境特点，选取合适的环境条件，为飞机系统设备提供相应的设计输入，给民用飞机环境设计提供借鉴和指导意义。

【关键词】民用飞机；环境条件；环境试验

0 引言

随着经济的快速发展，运输类民用飞机作为主要的公众交通工具之一，扮演着越来越重要的角色。飞机的安全运行一直是民用飞机设计的首要关注点。民用飞机的安全性离不开全机性能结构及其组成的各个系统的正常工作，这与其运行所经历的环境密不可分。环境对飞机及其机载设备的寿命和性能有重要的影响，甚至会影响飞机的安全。据统计，机载设备故障和失效中有52%是由环境引起的，而飞机本体所诱发的振动、冲击、温度、湿热环境因素引起的故障占74%。在这些因素中，温度对飞机的影响最为严重。尤其是民用飞机在高温、低温和温度急剧变化时，往往引起结构变形，非金属材料老化、硬化、弹性消失，润滑油凝固或流失，燃油穩定性下降，金属腐蚀加速，燃料、冷气系统结冰和管路堵塞，电气性能下降等，从而引起各种故障。此外温度因素还会和其他环境因素一起作用，对飞机产生更为严重的综合性影响[1-4]。因此在民用飞机设计过程中，考虑飞机温度环境变得十分重要，加上民用飞机由于涉及公众安全，及其必须取得适航型号合格证才能投入市场运行的特点，如何表明其对温度环境的适应性显得十分必要。

本文通过对DO-160G版研究，根据民用飞机的特点，针对温度和高度章节，研究各项试验条件和程序，给出选取合适的系统工作环境等级方法和原则，给飞机设计提供输入，为民用飞机环境工程设计提供参考和借鉴。

1 DO-160标准介绍

DO-160[5]《机载设备环境条件和试验方法》是由美国航空无线电技术委员会（RTCA）制定，于2010年发布，作为民用飞机环境试验标准之一，目前最新版为G版，并被FAA作为航空规范推荐使用[6]。在国内，最新版HB6167[7]《民用飞机机载设备环境条件和试验方法》也于2014年发布，基本与DO-160G等效，现阶段国内民用飞机环境试验的通用性标准已与国外标准接轨，为了民用飞机适航取证的顺利进行，有必要对最新版的内容进行研究。

DO-160G中为机载设备定义了一系列最低标准环境试验条件（类别）和相应的试验程序方法，这些试验的目的是为了确定机载设备在使用过程中会遇到的典型环境条件下的性能特性提供试验室方法[8]。对于民用飞机来说，根据环境试验标准选取合适的试验等级，对于系统设备设计至关重要，同时试验等级也代表了机载设备所在飞机各舱室中的环境条件，换言之，DO-160G不仅提供了环境试验方法，同时也反映了飞机内部的不同环境条件。

下面将以温度和高度章节为例，详述DO-160在民用飞机设计中是如何使用的。

2 温度和高度试验介绍

DO-160G中温度和高度试验主要是考核设备在标准中所规定的温度和压力条件下的性能特性。由于该项中，类别是温度条件和压力条件的组合，因此温度和高度应放在一起综合考虑。试验内容共划分了20种设备类别，根据机载设备在飞机的安装位置来选取合适的类别。

2.1 温度试验

温度试验共分为7项子实验，分别为低温工作温度试验、高温工作温度试验、低温短时工作温度试验、高温短时工作温度试验、地面耐受低温试验和地面耐受高温试验、飞行中冷却能力损失试验。

地面耐受低温试验和地面耐受高温试验均是考核机载设备在不工作情况能够经历较为极端的高低温度不损坏，并在恢复至正常工作温度环境范围后是否仍能正常工作。

地面低温短时工作温度试验和高温短时工作温度试验是考核设备在未上电工作时处于规定的高低温度条件下上电工作是否正常。

低温工作温度试验和高温工作温度试验程序是考核机载设备工作稳定状态下，在规定的高低温度环境中能否正常工作。

飞行中冷却能力损失试验程序，是针对需要额外供电或配备的冷却源进行冷却才能正常工作的机载设备，考核其在冷却源丧失的情况下仍能在一段时间内正常工作。

2.2 高度试验

高度试验共分为3项子实验，分别为高度试验、减压试验和过压试验。

高度试验程序，是考核机载设备在民用飞机飞行过程中所经历的最高的高度环境，即最低的压力条件下，是否能够正常工作。

减压试验，是考核机载设备经历压力以较快速度降低后设备是否能够正常工作，这通常是针对增压舱在意外失压情况下，安装在舱内的机载设备仍能在一段时间内正常工作。

过压试验，是飞机在地面状态下，考核安装在增压舱的机载设备不工作，经受舱内增压情况下不损坏，并在恢复正常压力条件下是否能够正常工作。

3 温度和高度应用

规范中温度和高度章节内容定义的类别，代表典型的温度和高度组合环境条件，对应于不同飞机的不同舱室环境。

根据一般民用飞机的特点，舱室划分通常存在增压舱和非增压舱两类，增压舱有两类，温度控制区和部分温度控制区，而非增压舱同时也是非温度控制区，另外还有一种是较为特殊的动力舱。下面描述如何使用DO-160G并选取相应的等级。

3.1 增压舱温度控制区

增压舱温度控制区典型的舱室为驾驶舱和客舱，环控系统对该类舱室温度控制较好，座舱压力高度不超过2，438m（8，000ft）[9]。DO-160G中定义安装在增压舱温度控制区设备等级为A1，正常工作范围是-15℃至55℃，考虑舱室温度非均匀分布，机载设备局部安装位置会遭遇到其他发热设备，以及环控系统调节舱内环境温度到正常范围之前的状态。另外因为是增压舱，需要进行减压和过压试验。

3.2 增压舱部分温度控制区

增压舱部分温度控制区典型的舱室如电子设备舱等，用于安装飞机各系统主要设备等的舱室DO-160G中定义安装在增压舱部分温度控制区设备等级为A2或者A3，选取等级原则需根据部分温度控制区的环境条件确定，正常工作范围是-15℃至70℃，增压区各舱室连通，压力高度相同。

3.3 非增压舱非温度控制区

非增压舱非温度控制区典型的舱室是起落架舱和尾舱，无环境控制系统控制温度和进行增压，该类区域与外部连通，最低压力值等同于飞机升限高度压力值。DO-160G中定义安装在非增压舱非温控区设备等级为D2，正常工作范围是-55℃-70℃，压力高度50000ft。根据民用飞机最大使用高度在12500m附近[11]，选择D2等级比较合理。

3.4 动力舱

动力舱是特殊的非增压非温度控制舱室，典型为发动机短舱以及辅助动力装置区，该类舱室因为发动机的特性不同将影响其所在区域的环境温度，主要是高温极值，因此DO-160G中定义安装在动力舱的设备等级为D3，除高温工作温度以及地面高温耐受温度不同外，均与D2等级相同，设计时需要根据发动机的特性来获取准确的环境条件作为输入。

对于飞机外部安装的设备，如传感器、探头等，则根据飞机温度包线来进行设计。

4 结论

本文通过对DO-160G温度和高度章节的试验条件和程序进行研究，结合民用飞机内外部环境条件的一般特点，给出了现有民用飞机在温度环境设计中的指导原则，在此基础上可逐步迭代，最终设计出适应飞机环境的系统和机载设备等，同时也为系统正常工作设计相应的环境条件作为保障。当然需要指出的是，DO-160標准规范主要针对的是电子电气设备，并不能直接拿来解决飞机所有部件的环境需求，对于某些系统中的结构件需要承受很高温度的影响，如气源管路等，这类部件就需要系统设计过程中，针对具体情况按照材料特性选取以满足设计要求。对于民用飞机环境工程师，DO-160是值得深入研究的，通过积累试验数据并结合型号经验来为民用飞机环境设计打下更好的基础。

【参考文献】

[1]傅耘，常海娟，武月琴，薛和平.基于实测数据的飞机平台动态温度预计模型[J].航空学报.2014（09）：2472-2480.

[2]吴振强，程昊，张伟，等.热环境对飞行器壁板结构动特性的影响[J].航空学报，2013，34（2）：334-342.

[3]赵海军，金平，陈跃良.飞机地面局部气候环境研究[J].航空学报，2006，27（5）：873-876.

[4]陈希成，刘东升.飞机舱温实测数据处理方法研究[J].航空学报，2003，24（2）：129-133.

[5]DO-160G， Environmental conditions and test procedures for airborne equipment[S].Washington，DC，USA：RTCA， December 8，2010.

[6]FAA.AC21-16G，RTCA Document DO-160 versions D，E，F，and G， “Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment[S].U.S. Department of Transportation， 2011.

[7]HB 6167.民用飞机机载设备环境条件和试验方法[S].中华人民共和国工业和信息化部.2014.

[8]辛勃，张莎莎.DO-160E与GJB150温度试验对比分析[J].直升机技术，2016（01）：40-44.

[9]中国民用飞机航空局.CCAR-25-R4中国民用航空规章第25部：运输类飞机适航标准[S].北京：中国民用航空局，2011.

[10]《飞机设计手册》总编委会.飞机设计手册[M].北京：航空工业出版社，2001.

[11]ARINC 600.Air Transport Avionics Equipment Interfaces AERONAUTICAL RADIO， INC. 2011.

[责任编辑：朱丽娜]