运输类旋翼航空器润滑系统失效试验适航条款研究

陈兆晨 尹星研

（中国航发湖南动力机械研究所，湖南 株洲 412002）

运输类旋翼航空器润滑系统失效试验适航条款研究

陈兆晨 尹星研

（中国航发湖南动力机械研究所，湖南 株洲 412002）

对运输类旋翼航空器传动润滑系统失效试验适航条款进行追踪分析，研究该条款的衍变历程和最新发展动态，诠释该条款的技术内涵，明确了条款的适用范围及可能的失效模式，列举出适航条款符合性验证方法。

旋翼航空器； 减速器； 润滑系统失效； 适航条款分析

直升机传动系统是直升机的3大关键部件之一，润滑系统是直升机传动系统的重要组成部分。直升机旋翼传动系统润滑系统发生失效的概率虽然较小，但一旦润滑系统失效，对减速器是最严酷的考验。当润滑系统失效，润滑与冷却条件恶化，主要转动零件的工作温度急剧升高，减速器便迅速进入干运转状态，可能使减速器在短时间内破坏，完全失去功率传递的功能，造成灾难性事故。为保证直升机安全，旋翼航空器适航规章要求当旋翼传动系统润滑系统失效后，仍能在规定条件下工作一定时间（30min或15min）。因此，旋翼传动系统润滑系统失效适航要求及符合性验证方法方面的研究倍受关注。

本文主要对运输类旋翼航空器适用的润滑系统失效试验条款进行追踪解析，并对适航当局就该问题的适航条款修订工作进行分析，解读条款的技术内涵，分析符合性验证方法，并结合具体民机型号的工程应用进行简要分析。从加强适航要求和标准发展角度为民用旋翼航空器传动系统设计提出建议。

1 适航条款衍变历程、内容及最新发展动态

1.1 相关适航条款衍变历程

美国联邦航空局（FAA）于1964 年11月24日颁布的首版FAR29《运输类旋翼航空器适航标准》。其后对FAR29中与润滑系统失效相关的条款29.927有3次修订，修订情况见表1。

表1 FAR29.927修订历程

从2002年7月至今，FAA又发布了FAR29的第29-25至29-55共18个修正案，并未涉及29.927内容的修订。

欧洲航空安全局（EASA）于2003年基于欧洲联合航空局（JAA）2002年发布的JAR-29 “Large Rotorcraft”第三修正案发布了CS-29《大型旋翼航空器审定规范》的首版。为实现与FAR29适应性，在规章中删除了与FAR29不同的条款要求，并且在CS-29可接受的符合性方法部分提出参考FAA的咨询通告（AC）。其后，EASA发布CS-29的2个修正案也未对润滑系统失效试验要求进行修改。目前CS29.927与FAR29.927对滑油系统失效的要求一致。

中国民航总局（CAAC）所颁布的航空器适航规章体系主要是以FAA适航规章体系为蓝本加以翻译后颁布实施，并对FAA适航规章的变化进行跟进。CAAC于1988年4月21日首次发布实施CCAR-29《运输类旋翼航空器适航标准》，对应FAA FAR29的29-24号修正案。CAAC于2002年7月2日对规章进行了第一次修订，新修订的CCAR-29-R1《运输类旋翼航空器适航规定》相当于FAR29第29-47修正案。目前CCAR29.927与FAR29.927对滑油系统失效的要求一致。CCAR29.927具体修订情况见表2。

表2 CCAR29.927修订历程

基于以上分析可知，中、美、欧三方适航当局所发布的运输类旋翼航空器适航规定对传动润滑系统失效试验的要求是一致的。

1.2 适航条款内容

目前，FAA、EASA和CAAC对旋翼传动系统的润滑系统失效试验制定的适航条款为FAR/CS/CCAR 29.927“附加试验”的（c）款“润滑系统失效试验”，内容为：“对旋翼传动系统正常工作所需的润滑系统，必须满足下列要求：（1）A类 除非这种失效的可能性极小，否则，必须用试验表明在飞行机组觉察到润滑系统失效或润滑剂损失后的至少30min内，在申请人所规定的继续飞行用的扭矩和转速下，在任何正常使用的润滑系统内造成滑油损失的任何损坏不会阻止继续安全飞行，虽然不一定不造成损伤。（2）B类 适用与A类相同的要求，但旋翼传动系统在自转情况下只需要工作至少15min。”

1.3 最新发展动态

随着直升机的广泛应用，各种航空事故及事故征候不断出现，基于安全的考虑，这些事故及事故征候必然会影响适航规章的发展。

2009年3月12日，加拿大Cougar直升机公司的S-92A“Jeanne D’Arc Breeze”直升机在执行去Hibernia海上采油平台的飞行任务中主减失去滑油，低压报警，遂向St. John's基地返航。10min后，在距基地35海里处迫降时因速度过大坠入大西洋中。S-92直升机事故相关图片如图1所示。

该类事故进一步引起了各适航当局对旋翼传动润滑系统失效的关注。通过对FAA和EASA对该问题所发布文件分析可知，FAA和EASA认为目前FAR/CS 29.927（c）存在以下不足：

● 由于潜在的不可预见性和旋翼系统的复杂性，“可能性极小”这一描述是不够准确的。难以确认可能性是否是“极小”的；

● 飞行员在感知直升机传动系统润滑系统失效的时间上也存在不确定性，因此CS 29.927（c）的试验要求的“飞行机组觉察到润滑系统失效或润滑剂损失后的至少30min内”本身就是不正确的；

● 润滑系统是旋翼传动系统的一个组成部分，是实现旋翼传动系统持续安全工作的重要部件之一。然而，目前润滑系统在CS29.917（b）规定的旋翼传动系统设计评估之外，这也从侧面造成了直升机润滑系统的失效。

为保证安全并正确传达适航要求的技术内涵及审定意图，在条款修订之前，FAA于2012年7月6日对AC 29.927（c）进行了更改。EASA也基于FAA对AC29.927（c）的更改相应地于2013年11月11日发布审定备忘录CM-RTS-001 Issue: 01。

EA SA于2 0 1 4年5月通过规章制订计划RMT.0608宣布将开启直升机减速器润滑系统的规章（CS29.927（c））修订工作，参加修订任务的相关方包括加拿大民航局（TCCA）、美国联邦航空局（FAA）、欧洲航空安全局（EASA）以及阿古斯塔·维斯兰特、空客、西科斯基、贝尔、C-NLOPB 等直升机公司的技术专家。该项任务计划修订CS-29，特别是29.917（b）、29.927（c）条款和相关的指导材料。届时，主要运输类旋翼航空器制造商及EASA以外的国外适航当局也将接受该条款的修订。

EA SA制定的解决方案包括修订加拿大AWM29.927（c）和EASA CS29.927（c）试验要求部分、针对AC29.927编制指南材料（GM）以及修订AC29.917（将润滑系统归入旋翼传动系统之中进行设计评估）等几个方面。

为了解决现行要求存在的问题，EASA将通过修订以上条款及其可接受的符合性方法（AMC）和指导材料（GM），进一步明确条款的意图，修改试验要求，以满足预期的安全要求。这将有助于降低润滑系统失效概率，降低任何可能出现的润滑失效的后果。EASA还将要求在编制旋翼航空器飞行手册的润滑系统失效应急程序时应考虑到润滑试验的试验结果，来提升直升机的干运转能力，这将增加飞行机组安全降落的机会。

2 条款解析

FAA发布了咨询通告AC29-2C《运输类旋翼航空器适航规定咨询通告》，用以指导适航审定人员和申请人更好地理解条款内容，并准确地表明其符合性。对润滑系统失效适航条款的理解，可充分参考AC29-2C及其更改文件中所包含的说明和程序建议。

2.1 适用性

29.927 （c）润滑系统失效试验条款适用于压力润滑系统，而尚未应用于飞溅润滑的减速器，因为从历史上看它们的设计与压力润滑系统相比，并不关键或复杂。对于使用压力润滑和外部冷却的传动系统失去润滑的可能性明显更大一些。这是由于压力润滑系统和循环减速器外部滑油的附件日益增加的复杂性导致的。压力润滑系统常用于旋翼航空器主减速器，但也可用于辅助传动或减速器。

2.2 失效模式

2.2.1 润滑失效的原因

润滑失效可能来自内部和外部故障原因。故障包括但不限于滑油管路、连接紧固件、密封堵头、密封垫圈、阀、泵、滑油滤、滑油冷却装置、附件安装垫等的故障。如果传动外部件（如主减机匣）已经按照29.307、29.923（m）和29.571等适航条款进行结构性验证，传动外部件裂纹所导致的泄露不需要作为滑油损失源考虑。

2.2.2 润滑失效的后果

润滑系统有两个主要功能。首先是向接触或摩擦副表面提供润滑油，从而降低摩擦损失。二是散发齿轮啮合和轴承摩擦所产生的热能，从而保持结构表面和材料的温度。因此，润滑损失导致部件间摩擦加剧，并使部件表面温度升高。随着部件表面温度升高，元件表面硬度可降低，进一步导致构件不能承载或传递荷载。传动部件的热膨胀会最终导致承受高载荷和转速的轴承、轴颈、齿轮、轴和离合器等传动件的机械失效。

2.3 对润滑系统失效问题的处理方法

2.3.1 保证润滑系统不失效或失效的可能性极小

在现有规章下，如果故障导致润滑系统失效的可能性极小，则通过试验验证A类旋翼航空器具有至少30min的干运转能力并非是必须的。但FAA和EASA认为由于潜在的不可预见性和旋翼系统的复杂性，甚至需要考虑可能由于传动维护和使用不当导致的润滑失效，“可能性极小”这一描述是不够准确的。即难以确认可能性是否是“极小”的。

AC29-2C Change4明确指出辅助润滑系统也应该进行设计、构造和功能性试验方面的验证工作，表明它可以完成其预期的功能，并符合§29.1309可能只适用于正常和辅助润滑系统的任何电子软件设计方面。但在AC29-2C （2003年2月12日以后的版本）的AC29.1309部分中有明确提出“29.1309不适用于旋翼传动系统（参见29.917（b））”。

EASA 也认为润滑系统是旋翼传动系统的一个组成部分，是实现旋翼传动系统持续安全工作的重要部件之一。然而，目前润滑系统在CS29.917（b）规定的旋翼传动系统设计评估之外，这也从侧面造成了直升机润滑系统的失效。EASA规章修订文件 RMT.0608中也包含了对29.917（b）条款和相关的指导材料的修订，计划将润滑系统归入旋翼传动系统之中进行设计评估。

因此，笔者认为通过对包含润滑系统的传动系统进行设计评估，特别是对设计有应急或辅助润滑系统的旋翼传动系统进行设计评估，以确定整个润滑系统失效的可能性极小，也是可以接受的符合性验证方法，但该验证方法要得到适航当局的认可方为有效。

2.3.2 滑油系统失效试验

AC29.927 中指出29.927（c）款规定的试验，是为了演示不考虑辅助润滑系统和自润滑轴承的前提下，旋翼传动系统使用的润滑系统万一出现较大故障时，旋翼传动系统将不会出现削弱机组人员完成应急着陆和着陆能力的故障或失效。A类旋翼航空器应具有故障后重要的连续飞行能力，以便选择最后的最佳着陆时机，不要求在滑油系统故障后进行无限期飞行。29.927（c）的润滑系统故障试验结束时不要求试验件处于可使用（恢复到使用）状态。典型试验的试验细节参见表4与图2。

值得注意的是，FAA和EASA 都认为飞行员在感知直升机传动系统润滑系统失效的时间上存在不确定性，因此29.927（c）的试验要求的“飞行机组觉察到润滑系统失效或润滑剂损失后的至少30min内”本身就是存在质疑的。由于润滑系统失效在飞行任务中的具有不确定性，那么在应急程序中包括一个时间间隔或许是可以接受的。应急程序中的时间间隔与经台架试验验证的延长时间相比应充分的短，这一点应该进行验证。因此，延长台架测试超过30min，虽然不是必须的，但却是非常可取的做法。这将进一步提高旋翼航空器在恶劣环境的偏远地域运行过程中到达一个合适的着陆条件位置能力，从而提高乘员安全性。

举例来说，如果通过台架试验验证主减速器达到45min的干运转性能，超出适航条款要求的15min应该大于失效报警的反应时间，并对此进行相应验证，在一定程度上能够满足适航条款内涵要求，最终保证润滑系统失效条件的飞行安全。

表4 A、B类旋翼航空器润滑系统失效试验细节对比

3 符合性验证方法

基于上文条款解析内容可知，建议本条采用以下的符合性验证方法：

● 结合29.927条款，对包含压力润滑系统的旋翼传动系统进行设计评估，评估的方法主要是故障树分析（FTA）和故障模式及影响分析（FMECA），从而确定压力润滑系统的失效概率和影响；

● 对压力润滑系统开展润滑系统失效试验，即干运转试验，干运转试验时间应大于30min，超过30min的时间应被证明大于从系统失效到报警时间的反应时间。

4 总结

目前，CAAC所发布的CCAR-29.927（c）的内容与FAA和EASA的要求一致。2015年3月25日CAAC所发布的“十三五”适航审定专项规划（草案）中明确要求“做好旋翼航空器适航标准的持续跟踪研究和修订工作。追踪美欧旋翼航空器适航标准的修订发展，适时修订我国旋翼航空器适航标准。全面梳理旋翼航空器适航标准相关的咨询通告等技术指导材料，建立制定我国自主技术指导材料和吸纳国际技术指导材料的机制，形成完整的旋翼航空器适航标准的符合性验证方法的指导材料”。CAAC必然会密切关注EASA和FAA对该条款的修订情况，跟进技术先进国家的规章修订情况。作为工业方，更需要关注国外适航标准的修订情况，尽早将之纳入到型号研制要求中考虑，才能掌握主动，做到主动适航，最终赢得市场。■

T-65

C

1003-6660（2017）03-0036-05

10.13237/j.cnki.asq.2017.03.009

[收修订稿日期] 2017-02-22

（编辑：雨晴）