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大飞机适航的那些事

日期:2018-03-14 来源:北京日报 护眼模式:
 

    图-154飞机

    波音737飞机

 

    创造了“哈德逊河奇迹”的A320飞机

    被鸟撞后的飞机发动机

 

    在全国“两会”上,国产C919大飞机是人们关心的一个热点话题。今年是C919适航取证的关键一年,将在阎良和东营进行适航取证试验飞行。而截至目前,还未正式投入商用的C919订单总数已达815架。

 

    飞机适航也有正反面典型

    俗话说,民用航空产品有两条腿,市场和适航。市场大家都懂得,那么适航是什么?适航就像人们的户口,如果没有户口,就是一个黑户。一个拿不到适航证的民用航空产品,就是航空界的黑户,是绝对不允许上天的!

    众所周知,飞机失事的生还率极低,一架现代大型客机的失事往往就意味着上百条生命在瞬间同时凋零。因此,对于民航业来说,安全永远是头等大事,也是运营的底线,而适航,正是确保飞行安全的基础。

    适航(Airworthiness),即适航性的简称,是表征民用航空器一种属性的专用技术名词。牛津字典里对它的解释是“fit to fly”,也就是“适宜飞行”的意思。众所周知,人类对未知世界的探索是从航海开始的,随着海运的蓬勃发展,人们对航海的安全性有了一定要求,因此应运而生了“适宜海上航行”的概念,即“Seaworthiness”。伴随着民用航空产业的出现,公众开始要求民用航空器的安全,于是有了适航的概念。

    航空器的适航性是贯穿产品全寿命周期的一项属性,它首先是由航空器制造方通过设计和制造赋予,其次由航空器制造方通过适航符合性验证表明,接下来由民航当局通过适航审定确认,最后由航空公司通过合适的维修予以保持。简言之,制造商、民航当局和航空公司三方在航空器全寿命周期的不同阶段承担着不同的角色,共同努力保证了航空器在预期的运行环境和全寿命周期内持续保持着安全的品质。

    2010年4月10日,波兰总统莱赫·卡钦斯基的专机在位于俄罗斯斯摩棱斯克机场附近坠毁,卡钦斯基失事身亡,同行的另外95人同样遇难,包括他的夫人和诸多波兰高官。当时波兰总统乘坐的正是被称为世界航空史上“死亡航班”的图-154飞机。它是苏联图波列夫设计局设计的“图”系列经典机型。飞机在1966年开始设计,1972年获得许可投入运行,之后共生产了1000余架。中国曾经也有多达30余架图-154飞机在运营。然而几十年来有数千名乘客和机组人员因为这个型号的飞机失事而遇难,包括中国最著名的空难之一“西安空难”。1994年6月,中国西北航空公司的图-154飞机在西安附近坠毁,造成160人丧生,事故原因是自动驾驶仪安装座上有两个插头相互插错。其背后的根源是多方面的,既有维修人员的违规操作,也有飞机防错设计的缺失。

    由于图-154飞机的“劣迹斑斑”,目前大部分飞机已经陆续退役,几乎全面退出民用航空市场。而与之形成对比的是一款大家熟知的飞机——波音737,它与图-154几乎是同时期研制的。在当时美国与苏联航空工业基础基本接近的情况下,波音737飞机获得了巨大的商业成功。波音737飞机是美国波音公司于1964年严格按照美国的适航标准研制的,并在1967年获得美国联邦航空局(FAA)颁发的型号合格证。该型飞机具有良好的安全性和市场表现。时至今日,其产量超过9000架,成为民机市场上的常青树,被誉为民航客机的典范。分析这两款飞机商业表现背后的差异,很大原因是苏联当时没有成体系的民用飞机适航标准,仍沿用军用飞机型号定型要求,也不重视运营阶段的保养和维修,产品从研发到使用均处于一个相对较低的安全水平,最终导致产品的商业失败。

 

    适航标准现有两大体系

    追溯适航标准的发展历史,可以看到人类对飞行安全的认识经历了一个长期的演进过程。

    从1903年莱特兄弟首次航空飞行开始,越来越多的飞行活动出现在公众的上空。这些时不时掉落的飞机严重损害了乘客安全以及公众的安全感,公众强烈要求政府出面对空中飞行活动进行管理。因此,自1926年起美国航空管理部门颁布了涉及飞行员、航图、导航等多方面的适航标准,以对航空活动进行监管。伴随着航空工业的进步发展,美国联邦航空局FAA和欧洲航空安全局EASA应运而生,并建立了一系列更加完善和完备的适航标准,大到飞机的整体设计构造,小到一根螺丝钉的配置,既包括飞机的设计、制造,也包括运行和维护。在20世纪70年代末,中国民航局CAAC也开始着手适航审定,并在80年代参照美国的民航标准逐步建立了我国的适航审定规章体系。

    目前世界上的适航标准主要包括美国和欧洲两大体系,其余各国都以此为基础加上各国附加要求建立自己的适航标准体系。例如,俄罗斯的适航标准是以美国适航标准为基础,附加诸如西伯利亚高寒气候条件下的运行、粗糙跑道运行等特殊要求。加拿大、巴西则以直接采纳美国的适航标准的形式确定其适航标准体系。中国的适航标准主要参考和翻译了美国的适航标准,但同时又借鉴了欧洲适航标准的部分内容,例如设计保证系统的要求。

    适航标准是对航空器的强约束条件,通常以国家法律法规的形式发布,具有强制的法律效力。整个适航法规体系覆盖了航空器的设计、制造、使用和维修的多个方面,涉及航空活动相关的各个专业领域。

    适航规章读起来冷冰冰的像法律条文,但每一条每一款都有其相对应的来源。飞行时的设备故障,抑或是机毁人亡的重大事故,都写进了适航规章中的法律条文,以避免类似事故的再次发生。可以说,每一条适航条款背后都是血的教训,是生命的代价。因此,在航空器的设计、制造、维修、运行过程中,但凡涉及适航规章的要求,没有任何商量余地,必须严格执行。

 

    通过适航标准飞机有多安全

    具有适航性的航空器到底有多安全呢?一旦飞机按照适航标准取得了型号合格证,按照适航规章的标准和程序对飞机进行维护和运营,它将处在持续适航的状态。这样的安全水平将保证每百万飞行小时发生机毁人亡事故的概率小于一次。说得更通俗一些,这相当于人不幸遇到喝水呛死、走路摔死、洗澡淹死等自然意外死亡的概率。相比于我国每年因车祸丧生近十万人这一数字而言,飞机作为大众交通工具的安全系数是非常高的。相比于飞机的安全性,乘坐汽车简直就是与死神赛跑了:每次乘飞机出行,最危险的过程其实是你去往机场的路上。

    事实上,随着航空工业技术能力的进步,适航标准所代表的安全性要求只是航空器安全性要求的最低标准。现在,北美的安全标准为每百万飞行小时发生0.2次严重事故,中国和欧洲的安全标准为每百万飞行小时发生0.3次严重事故。

    当前民用航空飞机的安全水平早已超过了适航标准的要求。比如通常适航标准的要求是,“对客座量大于44座的飞机,必须表明其最大乘坐量的乘员能在90秒钟内在模拟的应急情况下从飞机撤离至地面。”而2005年8月2日,法国航空公司一架由巴黎飞往多伦多的空客A340,在加拿大多伦多皮尔逊国际机场着陆时冲出机场跑道并起火燃烧。机上共有297名乘客和12名机组成员,客机冲出跑道大约200米远。据事后调查,绝大多数的乘客在飞机失事后52秒便已经被疏散。

    ETOPS,是双发飞机延伸航程运行性能标准的缩写。有了ETOPS的保驾护航,双发的飞机一旦遇到一台发动机停止工作的情况,另一台发动机也能凭借足够高的可靠性,确保飞机只靠一台发动机即可飞抵备降机场。申请人通常可申请60、120、180分钟甚至更长时间ETOPS限制时间。时间越长,所要求的发动机的可靠性越高,同时也意味着航空公司可以开辟更多的直飞跨洋航线,而不用小心翼翼地在海岸线上方飞行以便随时找就近的机场迫降。像早期波音727系列、737系列的ETOPS限制时间是60分钟,到后来像波音757、波音767、空客300等双发飞机的ETOPS限制时间已经变成120分钟,波音777系列飞机则具备了180分钟甚至更多时间的ETOPS能力。最厉害的当属A350XWB飞机,已经在向适航当局申请420分钟ETOPS了!

 

    适航标准还在不断演进

    适航标准是基于在某一个阶段人们对航空技术的认知程度,所能掌握的科学规律,以及结合航空产品在运行实践中所发生的各种事故、事件而制定的,其关注点是最低安全。因此,伴随着航空技术的发展,以及实际运行中发生的安全事故,适航规章也在不断地修订和完善。比如,美国适航标准FAR-33部第33.76条款,它规定了发动机在遭遇到条款规定的鸟或鸟群后仍然能保持在条款要求的安全状态。这一条款正是为了应对飞机在运行过程中遇到的那些平时看起来很无害的“鸟类杀手”。

    回顾看这一条款的发展历史,就像一部飞机撞鸟事故史。根据美国空军的统计,自1956-1973年间发生了发动机鸟撞事件多达112次。自上世纪50年代起喷气式飞机逐步大范围使用,相比于螺旋桨飞机,喷气式飞机的速度大幅增加更让鸟儿无从避让,时不时撞到飞机或发动机上。

    1960年,一架洛克希德公司的Electra飞机在波士顿机场起飞时,发动机吸入一群燕子被迫停车,飞机失速并坠毁,造成62人死亡。这是第一次因鸟撞击飞机涡扇发动机引起的机毁人亡事故,自此发动机必须通过吸鸟试验的要求被列入发动机的适航规章,但仅要求发动机具有在飞机起飞过程中吸入一只小鸟而不造成严重事故的能力。

    两年后,联合航空公司一架Viscount飞机在飞往华盛顿的途中遭到天鹅的撞击,飞机坠毁,全部乘客及机组人员无一生还。这起事故后,适航当局要求进行发动机具有在巡航状态下吸入大鸟(4磅)而不发生灾难性事故的能力。在六十年代至七十年代初,适航当局又分别增加了1.5磅重的中鸟撞击适航验证要求。至此,发动机必须经过大、中、小三种不同重量的吸鸟验证试验,并一直延续至今。

    1975年11月12日,一架DC-10飞机在纽约肯尼迪国际机场离场滑跑时,1号发动机吸入海鸥导致发动机起火,在这起事故后民航当局修改了鸟撞试验中试验用鸟的重量要求,要求试验时“中鸟”的质量从1.5磅增加到2.5磅。

    2009年1月15日全美航空一架载有155人的A320飞机从纽约拉瓜迪亚机场起飞,不料刚起飞就遭遇密集的鸟群来不及回避,两台发动机因为吸入飞鸟而同时停车,飞机完全失去动力。所幸最后飞机奇迹般地迫降在纽约哈德逊河上。这起无人遇难的“空难”事件被称为“哈德逊河奇迹”,电影《萨利机长》就是以这起事故为原型的。同时,这起事件也正在促使着飞机适航标准发生新的变化。

    (作者单位:中国航发商用航空发动机有限责任公司)

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