民用飞机风挡鸟撞适航符合性验证综述

兰星海

【摘 要】飞机风挡作为机体结构的一部分，参与承受气密载荷，并起到为驾驶员提供视野和保护驾驶员的作用。CCAR-25部中多个条款对风挡的可靠性和安全性进行了规定。本文归纳了当前民用飞机常见的风挡形式，并简析飞机风挡鸟撞的适航要求及验证思路。

【关键词】风挡；鸟撞；验证

中图分类号： V271.2 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）18-0029-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.18.012

【Abstract】As part of aircraft structure，windshield participates in the airtight load and serves to provide the pilot with a view and protect the pilot.Several provisions of the CCAR-25 regulate the reliability and safety of the windshield.This paper summarizes the common windshield forms of current civil aircraft，and analyzes the airworthiness requirements and certification ideas of aircraft windshield birdstrike.

【Key words】Windshield；Birdstrike；Certification

0 引言

鸟撞是指飞机等飞行器与空中飞行的鸟类相撞造成的飞行事故，鸟撞是目前民航运输安全的重要威胁之一。在鸟撞击飞机的事故中，由于风挡位于机头正前方，迎风面积最大，它们与鸟相撞的机率相应也增加，据FAA 从1990 年到2006 年的统计资料表明，客机机头结构遭受鸟撞的概率为整个飞机遭受鸟撞事故的44%。因此，机头风挡的抗鸟撞作用对于民用飞机的设计尤为重要。

1 风挡结构形式

飞机风挡作为机体结构的一部分，参与承受舱内的气密载荷，并起到提供驾驶员视野和保护驾驶员的作用。根据风挡与周围窗框的连接和受力情况，其安装形式主要分为三类：第一类是风挡不直接与周围窗框结构连接的形式，称之为“压板式”；第二类是风挡通过螺栓与窗框结构连接，但不传递面内载荷，称之为“非承载螺接式”。第三类是风挡与窗框结构直接连接，且传递面内载荷，称之为“承载螺接式”。三类风挡的安装形式如图1所示。

相比于非承载式风挡（含压板式风挡和非承载螺接式风挡），承载螺接式风挡具有下列优点：

（1）承载螺接式风挡可传递面内载荷，在机体结构设计时可以不按照大开口的设计原则进行加强，有效减轻结构重量。同时也可降低窗框刚度和减小窗框结构的截面高度，增加驾驶舱内空间；

（2）承载螺接式风挡通过螺栓与周围结构直接连接， 在出现风挡破损时，可以依靠周边螺栓将风挡拉住，提高了结构设计的可靠性。

在支线飞机中，由于风挡开口相对于整个飞机机头尺寸较大，承载螺接式风挡有较多的应用，如ERJ和CRJ的飞机。空客系列的飞机基本采用了压板式的设计安裝方式，包括空中巨无霸A380和最新研制中的A350飞机。而波音系列的飞机从B707到B787均采用了非承载螺接式。

2 风挡鸟撞的适航要求和符合性验证

鸟撞作为一种离散源和特定风险，必须在型号合格审定中进行符合性验证，目的是保证飞机遭受鸟撞后能够继续安全飞行和着陆。当前的运输类飞机适航标准CCAR-25、FAR-25和EASA CS-25对风挡鸟撞都有相应的规章要求—第25.775条（b）款和（c），其对风挡鸟撞的区域、鸟撞速度和鸟体重量等都做了明确的规定。

2.1 CCAR25部对风挡鸟撞的要求

第25.775 条风挡和窗户

（b）位于正常执行职责的驾驶员正前方的风挡玻璃及其支承结构，必须能经受住1.8 公斤（4 磅）的飞鸟撞击而不被击穿，此时飞机的速度（沿飞机航迹相对于飞鸟）等于按第25.335（a）条选定的海平面Vc 值。

（c）除非能用分析或试验表明发生风挡破碎临界情况的概率很低，否则飞机必须有措施将鸟撞引起的风挡玻璃飞散碎片伤害驾驶员的危险减至最小，必须表明驾驶舱内的下列每块透明玻璃都能满足上述要求：

（1）位于飞机正面的；

（2）对飞机纵轴倾斜15度或更大的；

（3）其某一部分的位置会导致碎片伤害驾驶员的。

2.2 符合性验证思路

第25.775条旨在确保飞机在各种运行条件下，风挡能够保持结构完整性，并将因鸟撞引起的风挡碎裂导致驾驶员遭受伤害的风险降至最小。对于本条，通常采用试验室试验的方法进行符合性验证。在符合性验证时，重点从鸟撞区域、鸟撞选点、鸟撞速度、试验室环境条件和风挡的传载形式等方面考虑。

（1）理论上飞机正前方能看到的部位都有可能被鸟撞，基于实际情况，当鸟撞发生在与飞机纵轴角度较小的区域时，鸟体将会滑出，对机体结构影响较小。因此，本条c款规定的鸟撞验证区域为“对飞机纵轴倾斜15 度或更大的”。通常情况下，民用飞机的主风挡和侧风挡均在该验证区域范围内。

（2）考虑到风挡玻璃的动力学性能参数极为复杂，当前的风挡鸟撞试验选点通常未开展动力学分析，主要从风挡的结构形式、周边结构支持刚度、系统安全性分析、风挡玻璃与航向角度、风挡加温接线盒位置等方面进行定性分析判断。

风挡中心区域为自由度最大的位置，该区域在遭受鸟撞时会大变形和弯曲，因此该位置通常为鸟撞考核点。风挡的角部位置与窗框相连，在遭受鸟撞时容易产生刚度突变，不利于鸟撞能量的扩散和传导，因此对风挡支持刚度最强的角部位置应为鸟撞考核点。此外，在筛选角部鸟撞点时，还应结合撞击角度、加温接线盒在风挡上的穿孔因素等综合考虑。

（3）FAA和CAAC要求风挡的鸟撞速度为海平面Vc值，EASA则要求取海平面Vc值及8000英尺0.85Vc两者之间较严酷者。这是中美欧归章的一处差异，因此，在符合性验证时，应具体考虑所验证的规章条款要求。

（4）在实际服役条件下，风挡外层玻璃会在高温及低温条件下工作，内层玻璃则为常温条件。风挡通常为无机玻璃或有机玻璃材料，且内部布有夹胶层，在高低温条件下性能有较明显的差异。因此，鸟撞试验时应充分模拟飞机实际运行的环境条件。

（5）对于非承载式风挡，在符合性验证时通常不考虑风挡的增压及气动载荷因素，这是被各国局方所接受的方法。对于承载式风挡，由于其起到了传递机身载荷的作用，因此应分析未增压对承载式风挡鸟撞验证是否是保守的。

2.3 符合性判据

对于风挡所有可能遭受鸟撞的部位，应当表明鸟撞不会击穿驾驶员正前方的风挡玻璃及其支承结构，驾驶舱内层玻璃不会产生碎裂，以避免鸟撞事件造成飞行机组的失能或受伤，保证飞机能继续安全飞行和着陆。

【参考文献】

[1]中国民用航空规章第25部运输类飞机适航标准，2011.

[2]徐丽娜.驾驶舱透明件安装形式分析[J].民用飞机设计与研究， 2015 No.1，68-71.

[3]ASTM F330 Standard Test Method for Bird Impact Testing of Aerospace Transparent Enclosures.