张 龙 张 昭

（中航工业综合技术研究所，北京 100028）

浅析民用飞机ETOPS批准

张 龙 张 昭

（中航工业综合技术研究所，北京 100028）

介绍了飞机延程运行（ETOPS）的发展历程，对比分析了ICAO、FAA和EASA对于ETOPS的不同要求，概述了FAA对ETOPS型号设计批准的合格审定要求，最后研究了波音787飞机ETOPS的型号设计要求，为国产飞机的ETOPS设计和审定提供参考。

民用飞机；ETOPS；型号设计；适航

延程运行在不同的国家或组织机构的定义略有不同，美国联邦航空局（Federal Aviation Administration，FAA）对ETOPS的定义为Extended Operations。欧洲航空安全局（European Aviation Safety Agency，EASA）对ETOPS的定义只针对双发飞机，即Extended Twin Operations。ICAO对延程运行采用了不同的叫法—EDTO（Extended Diversion Time Operations），包括双发，三发和四发飞机。

ETOPS最早的概念是由国际民用航空组织（International Civil Aviation Organization，ICAO）提出，专门为了保证双发飞机安全飞行而提出的一项特别的要求。当双发飞机的一台发动机或主要系统发生故障时，要求飞机能在剩余一台发动机工作的情况下，在规定时间内飞抵最近的备降机场。这就是通常所说的ETOPS要求。比如，“180 min ETOPS”就是指飞机单发失效的情况下飞往备降机场所需时间不能超过180 min。

ETOPS规则主要应用在跨洋飞行，因为此时可选择的备降机场较少，如果没有ETOPS能力，意味着飞机需要选择尽量靠海岸线的航路飞行，以确保安全。ETOPS能力越强，意味着航空公司可以利用双发飞机开辟更多的直飞航线。

1 ETOPS概述

1.1 ETOPS的发展历程

ETOPS最早的规则建立于1936年，当时为了飞行安全，FAA制定了飞行航线上任意一点都必须在距一个合格机场100 mile以内的区域，即为现行运行规章FAR 121.161条“飞机限制：航线类型”要求的雏形。1953年，以当时活塞发动机的可靠性数据为基础，FAA规定，不允许双发或三发飞机在距备降机场单发飞行时间超过60 min的航线上飞行，ICAO随后采取了类似的规定。

随着发动机的可靠性逐步提高，涡喷发动机逐渐取代了活塞发动机用于客机。1964年，FAA取消了对三发飞机的60 min限制，这也就让三发飞机进行跨大西洋飞行成为可能。此后，“60 min限制”就只针对双发飞机。1977年，FAA颁发了对FAR 121.161条的首次偏离，允许在加勒比海地区的75 min ETOPS运行。1983年，ICAO和FAA认为良好设计的双发飞机进行洲际飞行、跨洋飞行是很安全的，并提出了部分指导方针，这也就形成了最初的ETOPS概念。随着过去30年飞机发动机可靠性的不断增强，航空业要求FAA认识到技术的发展并允许FAR 121双发飞机飞得比FAR 121.161条规定得更远，FAA于1985年颁布了咨询通告AC 120-42《双发飞机延程运行》，详细说明了120 min ETOPS改航批准程序，为FAR 121双发飞机超越规章限制的运行提供指南。

1988年，120 min ETOPS运行的经验促使AC 120-42修订为AC 120-42A“双发飞机延程运行”，将最大改航时间延长至不超过180 min，AC120-42A中包含了75 min、120 min及180 min ETOPS改航时间的设计和运行批准指南。该咨询通告要求积累25万发动机小时的服役经历。

随着波音777型飞机的出现，FAA引入了一种新方法，使申请人可以不具备25万发动机小时的服

役经历就能够获得ETOPS型号设计批准。这种方法被称为“早期ETOPS”批准流程。

随着ETOPS的逐步发展，在20世纪90年代末期，FAA认为不能再继续通过运行法规的特殊批准来管理ETOPS。2000年6月，FAA要求航空立法咨询委员会（Aviation Rulemaking Advisory Committee, ARAC）将现行的政策和措施法律化，同时要求ARAC制定ETOPS改航时间大于180 min至任何适当范围的运行要求。

2003年11月14日，FAA将ARAC ETOPS工作组报告作为建议立法通告（Notice of Proposed Rulemaking，NPRM）发布。2007年1月16日，FAA正式颁布了FAR 25第120号修正案“多发飞机延程运行”，即新的延程运行规章，有关的规则被重新定义为延程运行，涵盖所有具有两台或以上涡轮发动机的飞机。随后，FAA于2008年再次修订AC120-42A为AC120-42B “延程运行”。

1.2 ICAO、FAA和EASA关于ETOPS要求的主要区别

表1对比分析给出了ICAO、FAA和EASA关于ETOPS要求的异同点。

2 航空发动机的可靠性发展

1985年制定ETOPS规则最初的目的是：双发飞机运行安全的整体水平能够与三发或四发飞机一致。当双发飞机具备ETOPS能力时，效率优势将会增强，更高的燃油效率，更少的燃油排放，更多的点对点城市群运行，更高的可靠性以及更低的维修成本。

表1 ICAO、FAA和EASA对于ETOPS要求的异同分析

图1（1953年ICAO报告）给出了活塞发动机在1 000 rpm的条件下的失效概率，可以看出随着发动机马力的增强，发动机的失效概率也在随之增加。

图1 活塞发动机的失效概率

多于40年的涡轮发动机运行经验表明，不同于活塞发动机，涡轮发动机的失效概率不受推力或尺寸的影响。图2分别以JT8D、V2500、RB211、CF6-80、PW4000和Trent700为例，表明了在不同推力条件下每1 000发动机小时的发动机失效概率。

图2 涡轮发动机的失效概率

发动机的可靠性水平直接决定了飞机ETOPS的能力，发动机可靠性水平的提升为飞机的ETOPS提供了基础。

3 FAA对ETOPS飞机的批准要求

一架飞机要能够执行ETOPS航班至少要具备2个条件，首先是制造商必须对飞机/发动机组合进行型号设计评估，并且获得适航当局的批准，以证明该架飞机已经具备ETOPS能力，能够可靠和安全飞行；然后是运营该飞机的航空公司获得适航当局的运营批准，以确保该航空公司有足够的保障能

力、ETOPS运营经验，经过这些程序之后，才会批准其执行ETOPS航班运营。

3.1 型号设计批准的适航规章要求

ETOPS型号设计与飞机多个系统相关，涉及多部规章，如FAR 21“民用航空产品和零部件合格审定规定”、FAR 25、FAR 33“航空发动机适航规定”、FAR 121等，其中民航运输类飞机的ETOPS型号设计主要考虑FAR 25部的相关要求。随着FAR 25第120号修正案的颁布，ETOPS型号设计批准的要求已经全部纳入FAR 25部规章，具体条款为25.3“ETOPS型号设计批准的专用条款”，25.1535“ETOPS批准”和附录K“延程运行”。任何飞机制造商如果其型号设计预期进行ETOPS运行都必须满足FAR 25部中的相关要求。

根据FAR 25附录K25.2条的要求，双发飞机的型号设计批准方法主要有以下3种：服役经历的方法、早期的ETOPS方法、以及服役经历和早期ETOPS方法相结合。

服役经历法是基于对候选飞机发动机组合的设计和服役经历的评估，要求飞机—发动机组合的世界机队累积至少25万发动机小时的服役经历，来确定飞机系统具有延程运行的能力和可靠性。此外，必须通过对空中停车率的测量证明推进系统的可靠性水平是可接受的。

早期ETOPS方法定义了比正常在FAR 25部下颁发新型号合格证更严格的分析和试验。

3.2 型号设计批准的设计要求

ETOPS型号设计批准要求的目的包括2方面，一是防止任何能够导致在预定的飞行中发生ETOPS改航的故障和失效；二是在改航过程中保护飞机和机上人员的安全。

3.2.1 AC 25.1535-1X的设计要求

为了满足这2个目的，FAA对飞机和发动机提出了以下几个方面设计要求：

1）设计上需要可靠地提供ETOPS安全飞行所必需的功能。

2）消除在现有或已有型号设计中发生过的飞机改航的原因。

3）地面和飞行试验。飞机飞行试验必须演示飞机有能力进行申请人选择的最大改航时间的ETOPS飞行。要求的飞行试验中有部分是演示飞机能够在更坏的运行条件下安全地进行ETOPS改航。发动机地面试验演示发动机和飞机短舱硬件在3 000循环的模拟过程中（试验中发动机不平衡需要达到能够出现任何振动导致的故障模式的程度）能够可靠地工作。

4）报告和纠正设计问题。在飞机研发和合格审定试验中发生的可能影响ETOPS安全的问题，必须在获得ETOPS批准之前证明已经解决并纳入设计。所有在飞机开始ETOPS运行之后发生的这类问题，必须立刻报告，从而使适航当局在必要时能够及时纠正。

5）可靠性演示。飞机和发动机试验过程中发生的失效和故障的类型和频度，必须与目前已获ETOPS批准的已取证飞机预期发生的失效和故障的类型和频度相一致。

3.2.2 飞机构型的设计要求

具体到飞机的构型，设计要求主要包括如下几个方面：

1）飞机/发动机组合体的安全性评估；

2）人为因素的评估；

3）推进系统的可靠性；

4）足够的防冰能力；

5）电源系统的冗余度；

6）确定时间限制系统的时间性能；

7）燃油系统设计；

8）低燃油量告警；

9）辅助动力装置（APU）系统设计；

10）飞行手册和构型维护程序（CMP）。

3.3 运营批准

为了使航空公司能获得ETOPS运行许可，航空公司必须在飞行运行和程序、飞机维修和遵守最低设备清单（Minimum Equipment List，MEL）、签派放行（飞行计划）、ETOPS培训（运行人员和飞行机组）、性能计算（ETOPS改航策略）、所需油量的政策等方面证明其能力。

表2对ETOPS飞机设计和运营批准要求进行了总结。

4 波音787的ETOPS型号设计要求

波音787是波音公司于2009年12月推出的全新机型，是航空史上首架超远程中型客机。波音787的最大特点是大量采用先进复合材料、超低燃料消耗、较低的污染排放、高效益及舒适的客舱环境。

波音787在最初投入使用时被获批了180 min的ETOPS资质，随着波音787运行能力的优异表现，

表2 设计和运营批准的要求

服役飞机的ETOPS批准早期ETOPS批准型号设计批准至少25万发动机小时的服役经历1）相关经验2）特定试验3）程序验证4）……运营批准1）120 min需要1y的服役经历；2）180 min需要1y的120 min服役经历；3）大于240 min需要2y的180 min服役经历1）补偿因素2）技术经验转移3）……注：补偿因素包括具有相似技术的其它飞机或发动机相关经验、之前的ETOPS经验、具体的ETOPS培训、ETOPS模拟等

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1003-6660（2016）05-0037-04

10.13237/j.cnki.asq.2016.05.010

[收修订稿日期]2016-07-09