赵晓军 史继斌 许梦丽

运输类飞机试飞安全保障技术研究
——ARJ21-700飞机适航审定试飞空中应急离机系统

赵晓军 史继斌 许梦丽

运输类飞机适航审定试飞期间的安全保证受到前所未有的重视，本文以ARJ21-700飞机为例介绍了运输类飞机的试飞安全技术措施，总结了试飞安全保障意义。

运输类飞机主要包括民航飞机、军用运输机、预警机以及其他一些特种飞机（如侦察机、反潜机、心理战飞机等）。近些年来，运输类飞机的安全保证受到前所未有的重视，军用运输类飞机上的救生设备日益完善，这些飞机在试飞阶段救生设备也比较完善；民航飞机在交付后的航线运营中是不配备空中救生设备的，然而民机在试飞阶段仍存在着相当大的风险，尤其是进行边界科目和风险科目的试飞，所以非常有必要为民机在试飞过程中提供救生设备以及其他应急离机所需设施。本文以ARJ21-700飞机适航审定试飞中的安全保障措施为例解析运输类飞机的试飞安全保障技术。

ARJ21-700型涡扇支线飞机是我国自行设计的中、短程运输类飞机，该机要取得中国民用航空局（CAAC）和美国联邦航空局（FAA）颁发的飞机型号合格证，就必须对包括风险科目和边界科目在内的所有科目进行试飞，如颤振试飞、失速试飞和尾旋试飞等。这些风险科目的实施，飞机随时会处于危险状态，所以为保证试飞员和试飞工程师的安全，采取空中应急离机安全措施是非常必要的。在适航合格审定试飞期间，为防止因飞机故障使机舱内产生烟雾或座舱泄密等对上机工作人员的安全造成的影响，还需要给试飞员和试飞工程师配备便携式应急供氧装备。

空中应急离机基本要求

运输类飞机在进行型号合格审定试飞时，要保证机上参试人员在空中应急离机时顺利跳伞离机，需要满足以下要求：

在飞机发生危险需要空中应急离机时，试飞员在启动空中应急离机程序后，应将飞行速度控制在360 km/h以下、飞行高度控制在200m以上，尽量保持飞机稳定平飞30s以上，为机上乘员应急离机赢得重要时间；

参试人员必须经过专业的跳伞培训、升空作业培训、空中应急离机地面演练等培训，并取得相关的培训结业证书，掌握空中应急离机的动作要领。

空中应急离机系统

空中应急离机系统基本要求

要满足空中应急离机的需要，空中应急离机系统的设计应满足以下要求：

应急释压系统工作有效，在紧急情况下能够快速释压；

应急离机舱门应保证乘员离机跳伞后与飞机不干涉，避免乘员跳伞后受到伤害；

应急离机通道应畅通无阻，设置通道扶手和应急照明系统，以协助机上乘员在紧急情况下顺利到达应急离机出口；

声光告警指示系统应确保机上每一位乘员在紧急情况下及时接收机长命令；

机上应配置足够数理的应急离机救生装备，能够为每一位参试人员提供安全保障。

系统设计

应急释压

一般运输类飞机都是增压座舱，在高空飞行中有可能因意外进行应急释压（也称应急泄压），比如飞机舱内产生烟雾。应急释压时间一般都在40s～100s左右，这个时间显然影响了机上人员的逃生离机，有可能错失最佳离机时机。ARJ21-700飞机作为民用客机，为保证乘员的舒适性，采用的是高余压座舱压力制度。

的座舱最大设计压力高度为3780m，通过座舱压力控制系统应急释压，最大释压时间为1min40s，这一时间不能满足空中应急离机的要求。为了减少应急释压时间，在客舱后段采取爆破切割蒙皮的方法进行快速释压，释压口面积为0.055m²。计算结果表明，爆破切割蒙皮的开口面积为0.055m²时，释压时间为12.2s（飞行高度为10000m时），能够满足应急离机的要求，同时对试飞组成员的身体不会造成损伤。

应急释压系统的操作控制与客舱服务门开启系统同在驾驶舱顶部的同一顶板上，见图1。

应急离机舱门

空中应急离机舱门一般是从飞机的登机舱门、侧舱门、尾舱门等现有舱门中选取一个，选取的最重要原则是从该舱门离机跳伞后不会与飞机发生干涉。其他原则就是离乘员距离最近，以保证乘员在最短的时间内快速离机跳伞。舱门的尺寸一般不小于1000mm×700 mm（高×宽）。如果确实没有适合做应急舱门的，应该考虑专门安装应急离机出口（舱门）。

ARJ21-700型飞机是下单翼、尾吊式发动机布局结构，前机身有登机门和服务门，后机身有两个应急舱门（图2）。

根据该飞机的现有舱门以及可能开口的情况，考虑登机门口安置的是地面（水上）应急撤离设备，后机身两个应急舱门离发动机进气口太近，因而决定采用服务门作为试飞员和试飞工程师应急离机出口。服务门高1220.68mm，宽691.14mm，基本符合空中应急离机要求。服务门为堵塞设计，开启方向为向外开启，开启前需先操作手柄收回堵塞装置，在飞行过程中由于气动载荷的作用无法正常向外打开。为实现空中快速开启服务门，经过多次论证和试验，决定采用定向爆破的办法快速开启服务门，就是先将服务门的铰链和卡扣锁利用爆破切割的方法解除约束，再利用定向爆破的方式向内打开。服务门开启系统控制面板位于驾驶舱顶部板上，见图1。

图1　应急泄压、服务门开启系统、应急跳伞指示灯等系统控制面板位置

图2　ARJ21-700飞机应急舱门布局

应急通道

根据选定的应急离机舱门和驾乘人员的座位位置确定出应急离机通道，通道沿途所有带有棱角、尖锐的物品，能拆除的拆除，无法拆除的应采用柔软物包裹，避免乘员离机时受到意外伤害。机上人员需要应急离机时，飞机可能处于不稳定飞行状态，为了帮助机上人员尽快从工作位置跑到应急离机口离机，通道应设置扶手，配置应急照明，以帮助乘员在紧急情况下到达应急离机口。ARJ飞机在驾驶舱通往应急离机口的通道和客舱通往应急离机口的通道均安装了通道扶手，对通道沿途所有棱角、尖锐物品进行了拆除、包裹处理。

声光告警系统

为了在应急情况下保证机上人员在第一时间得到机长指令，使应急离机更加迅速，机上应设置声光告警系统。声光告警系统一般有三种形式：灯光告警信号（也称应急跳伞指示灯）、声音警报信号和语音提示信号。

灯光警报信号即灯光信号牌，在驾驶舱、工作舱/客舱比较显著的位置均应安装，能够保证机上人员都可以观察到。灯光信号牌通常有三种颜色，其中黄色表示“准备跳伞”；绿色表示“跳伞”；红色表示“停止跳伞”。

声音警报信号既电喇叭，安装在工作舱/客舱比较显著位置的附近。通常长音表示“准备跳伞”；短音表示“跳伞”。

语音提示信号直接由机长通过机内通话发出命令。

声光告警系统一般安装一至两种就可以， ARJ21飞机安装了应急跳伞指示灯和语音提示信号两种声光告警。机上的应急跳伞指示灯的三种颜色在应急离机时必须是一种颜色的指示灯亮，其他颜色的指示灯处于熄灭状态，防止误导机上人员。为了提高警示作用，黄色的指示灯应为闪烁灯。两套灯光警报信号，分别安装于服务门上方和客舱中段SD351框处。语音提示信号在应急离机时，机长也可以通过语音广播系统向客舱的成员发布命令。该系统可以在空中应急释压、舱门打开后仍能让客舱内成员清楚地听见机长命令。语音提示信号由一个旅客广播话筒、驾驶员手持话筒、驾驶盘PTT按钮、悬臂式话筒耳机组、氧气面罩麦克风、音频控制板和客舱扬声器组成。 客舱广播扬声器位于机柜1、机柜2、机柜3位置后的面板上。

救生装备

救生伞

目前我国在运输类飞机上，为空勤人员配置的是JSS-19A救生伞，它是一种座式伞；为战勤人员配置的是JSS-19B救生伞，它是一种背式伞；这两种伞工作性能基本一样，只是外包装结构有所区别。

JSS-19B救生伞的主要性能：

开伞高度：7000m

开伞速度：＜360km/h

垂直着陆速度：＜6m/s

重量：＜14kg

体积：530mm×395mm×330mm（长×宽×厚）

ARJ21-700飞机在执行风险科目试飞时，需全程配戴救生伞。该飞机与运8系统飞机的驾驶舱座椅不同：运8飞机驾驶舱座椅本身带椅盆，可将座式JSS-19A救生伞直接放入椅盆；而ARJ21飞机驾驶舱座椅不带椅盆，无法装配座式伞，而背式JSS-19B救生伞的厚度达330mm，飞行员如果试飞过程全程配戴该伞，将无法正常工作。为了保证试飞员的正常工作，我们选用了重量轻、体积小的美国的TR-281伞供试飞员使用。该伞的主要性能：

开伞高度：500m～7620m

开伞速度：368km/h

下降速度：4.2～5.4m/s

重量：≤ 7.7kg

体积：584mm×368mm×76mm（长×宽×厚）

保护头盔

运输类飞机一般是不配备头盔的，考虑试飞的特殊性，配置头盔一是为了离机逃生时对头部的保护，防止碰撞；二是为了防气流吹袭和保护眼睛免受眩光的影响。ARJ21-700飞机在适航审定试飞期间为试飞员、试飞工程师配备的头盔是TK-11B型保护盔，该型保护盔重量不会超过0.8kg。

面罩和氧气瓶

试飞期间飞机有可能会发生泄密或产生烟雾，此时将需要应急供氧，为机上工作人员提供供氧防护。ARJ21-700飞机配备的便携式应急供氧装备是YTQ-21A供氧装备，该供氧装备由压力表、充氧接嘴、减压机构、应急供氧机构、含氧百分比机构等组成，它既可以供纯氧也可以供混合氧。与YTQ-21A供氧装备配套的是YM-6502供氧面罩。YM-6502供氧面罩是非加压供氧面罩，YM-6502供氧面罩主要由面罩壳体、吸气活门、呼气活门、吸气波纹管、调节带等组成。

其他辅助设施

其他辅助设施有救生背心、抗浸防寒服、救生船等水上救生物品，救生绳索、应急斧等。水上救生物品功能不再详述，救生绳索用于飞机迫降地面、水面后帮助乘员跳离飞机。应急斧一是用于应急释压失效在机长命令下劈开直视窗口进行应急释压，二是用于飞机迫降后舱门由于变形而无法正常打开时强开打开舱门以便乘员逃离飞机。

ARJ21-700飞机没有水上试飞科目，所以可以不考虑水上救生装备。

图3　跳伞着陆训练

培训

理论培训

通过运输类飞机试飞中安全逃生基本知识的培训，使参试人员基本掌握：

救生装备（降落伞、头盔、面罩和供氧装备、其它辅助设施）的原理；

地面应急撤离、水上应急撤离、空中应急离机和应急供氧的基本知识；

跳伞离机动作要领；

坠落姿势及纠正方法；

降落伞的张开和操纵；

着陆动作要领；

意外情况处理。

跳伞训练

上机参试人员除了基本知识培训之外，还需要进行升空跳伞着陆训练，体验跳伞的空中感觉、掌握着陆的动作要领。为了降低培训的风险，跳伞着陆训练采用地面牵引方式，利用绞盘机的牵引拉力，借助风力将背好伞的参训人员拉升至百米左右的高度，脱掉牵引绳让参训人员依靠降落伞着陆，体验真实跳伞着陆过载的感觉，掌握着陆基本技术。图3是参训人员进行跳伞着陆训练的情况。

离机程序与地面演练结果

离机顺序

飞机试飞中出现意外紧急情况时，机上参试人员根据机长指示按以下对应程序进行准备离机工作。离机顺序为：试飞工程师首先按顺序离机，然后是试飞机组离机，一般机长最后离机。

离机程序

机长

当试飞中出现应急情况必须离机跳伞时：

机长首先下达“准备跳伞”命令；

下达“应急释压、打开服务门”命令；

发出“跳伞”命令；

当发现飞机恢复正常时，及时发出“停止跳伞”命令并打开红色信号灯；

在其他人员离机后，飞机仍无法挽救时，离位跳伞。

副驾驶

副驾驶接到机长“准备跳伞”命令后：

打开黄色“准备跳伞”信号灯；

接到机长“应急释压、打开服务门”命令后，按下启动程序按钮；

听到“跳伞”口令，打开绿色“跳伞”信号灯；

试飞工程师离机后，离开座位跳伞离机。

试飞工程师

试飞工程师在接到机长“准备跳伞”命令或看到黄色信号灯闪亮后：

穿戴好救生伞和头盔；

当看见服务门打开，按顺序到服务门附近；

听到 “跳伞”命令或看见绿色 “跳伞”信号灯亮时，按离机动作要领跳伞。

地面演练及结果

模拟真实的飞行情况，试飞员与试飞工程师们在飞机上进行了空中应急离机地面演练，参加演练的包括2名试飞员和5名试飞工程师。机上的试飞员与试飞工程师在各自岗位上工作，突然机长一声命令“准备跳伞”，机上所有成员按照各自的执行程序开始进入空中应急离机流程，经过19.3s的时间，机上所有成员完成离机。

结束语

演练结果满足应急离机系统的设计要求，因而ARJ21-700飞机型号合格审定试飞安全保障措施是可行的、有效的，能够尽最大可能的保证上机人员在发生试飞意外时的生命安全。

ARJ21-700型飞机是我国第一次按照中国民用航空局（CAAC）和美国联邦航空局（FAA）适航条例进行合格审定试飞的民用飞机，试飞期间参试人员的安全问题受到各级主管部门的高度重视。根据CCAR-21-R2的要求，采取必要的措施，是保障上机参试人员生命安全的重要手段。该机的试飞安全保障措施，为今后的运输类飞机试飞提供了借鉴，将更好地保障运输类飞机试飞上机参试人员生命安全。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.15.016