技术研究 Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ 民用飞机ＥＷＩＳ对Ｃ Ｃ ＡＲ２５．１ ７０９ 的符合性设计与分析研究 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ ｏｆ ＣＣＡＲ２５．１ ７０９ ｆｏｒ ＥＷＩＳ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ａｉｒｃｒａｆｔ 肖乾／Ｘｉａｏ Ｑｉａｎ （上海飞机设计研究院，上海２０１２１０） （Ｓｈａｎｇｈａｉ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１２１０，Ｃｈｉｎａ） 摘要： ２０１１年底中国民航局新发布的ＣＣＡＲ２５．１７０９对于电气线路互联系统（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｗｉｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓ— ｔｅｒｎ，简称ＥＷＩＳ）安全性提出了更完全和结构化的评估要求。分析了原规章条款２５．１３０９对于ＥＷＩＳ安全性 评估的不足和对新规章条款２５．１７０９的要求及其理解，并结合具体的民用飞机设计经验．分别从ＥＷＩＳ失效 产生的功能性和物理性两方面安全性影响，探讨了ＥＷＩＳ对于２５．１７０９的符合性设计和分析的过程与方法。 关键词：民用飞机；ＥＷＩＳ；安全性；可靠性；ＣＣＡＲ２５．１７０９ 中图分类号：Ｖ２４２．４ 文献标识码：Ａ ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ＣＣＡＲ２５．１７０９ ｉｓ ｉｓｓｕｅｄ ｂｙ ＣＡＡＣ ａｔ ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ２０１１，ｗｈｉｃｈ ｒｅｑｕｉｒｅｓ ａ ｔｈｏｒｏｕｇｈ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ａｎａｌｙ－ ｓｉｓ ｏｆ ＥＷＩＳ ｓａｆｅｔｙ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｉｎａｄｅｑｕａｃｉｅｓ ｏｆ ｏｒｉｇｉｎａｌ ２５．１ ３０９ ｉｎ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｏ ＥＷＩＳ ｓａｆｅｔｙ ａｓｓｅｓｓ— ｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆ ｎｅｗ ２５．１７０９ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ ｏｆ ２５．１７０９ ａｎｄ ｔｈｅ ＥＷＩＳ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｅｆｆｅｃｔｓ ｂｏｔｈ ＥＷＩＳ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｆａｉｌｕｒｅ ａｎｄ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｆａｉｌｕｒｅ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］Ｃｉｖｉｌ Ａｉｒｃｒａｆｔ；Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ Ｗｉｉｒｎｇ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ；Ｓａｆｅｔｙ；Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；ＣＣＡＲ２５．１ ７０９ 飞机线缆系统提出了彻底地和结构化地分析要求． 可以确保线缆问题在型号初始审定（ＴＣ）阶段就进 ０ 引言 电气线路互联系统（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｗｉｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｃｏｎ． ｎｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ，简称ＥＷＩＳ），即传统的线缆系统，指 安装在飞机任何区域的各种电线、端接器件、布线 器件，或它们的组合．用来在两个或多个端接点之 间传输电能（包括数据和信号）。 根据适航当局以及飞机运营的历史经验．在 ＥＷＩＳ相关适航条款发布前线缆相关的事故症候及 行全方位的考虑和解决。 本文针对ＣＣＡＲ２５．１７０９条款的要求．结合我国 民用飞机ＥＷＩＳ设计经验．提出了一套工程化的符 合性设计和分析的过程与方法。 １ ＣＣＡＲ ２５．１７０９规章要求及理解 １．１规章要求 ＣＣＡＲ第２５．１７０９条款的题目是“系统安全： ＥＷＩＳ”，内容为“每个ＥＷＩＳ的设计和安装必须使 事故频发，仅从１９９８年到２００５年，美国联邦航空局 （ＦＡＡ）就发布了１００余份线缆安全性相关的适航指 令（ＡＤ）。这和原有的２５．１３０９条款对于线缆安全 性评估的要求并不具有很充分的关系，造成飞机在 得：灾难性失效状态是极不可能的．和不会因单个 失效而引起。每个危险失效状况是极小的。” １．２规章理解 原有的２５．１３０９对ＥＷＩＳ的安全性评估而言是 交付时便存在诸多的线缆问题，并在后期运营及改 装过程中会持续带来新的线缆安全性问题。２００７ 年ＦＡＡ新发布了ＥＷＩＳ适航规章，２０１１年ＣＡＡＣ也 发布了等效规章，其中的核心条款：勾２５．１７０９，它对 不充分明确的．以往的实践表明由于不同理解的差 异。它并没有能够确保影响飞机安全的ＥＷＩＳ失效 民用飞机设计与研究 Ｃｉｖｉｌ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ 状态都被考虑到。具体体现在以下三个方面。 （１）原有的２５．１３０９条款在安全性评估过程中 忽视了对非重要系统线缆的安全性评估．甚至对于 影响。 对于ＥＷＩＳ失效功能性影响的设计及分析，应 包含以下三个过程。 其他系统，安全性评估的要求也往往没有落实到其 相关的线缆上，造成评估过程不充分和不协调。以 （１）系统线路功能要求确认和分配过程。 （２）ＥＷＩＳ线路与安装设计和验证过程。 （３）系统综合验证过程。 往人们普遍认为像机载娱乐这样的系统．由于其提 供的功能并不是飞机安全所必须的，所以其失效不 会导致飞机的安全性影响。但事实证明，不论系统 重要与否，其相关线缆的失效都可能引起功能性和 ２．１ 系统线路功能要求确认和分配过程 该过程的主要工作内容包括： （１）按２５．１３０９的要求，开展飞机级功能危险 物理性的损害，从而导致飞机危险性甚至灾难性的 性评估（ＡＦＨＡ）和系统级功能危险性评估（ＳＦＨＡ）， 影响。比如，无论哪个系统的线缆，只要是功率负 对于评估后为非灾难性（Ｉ类）和危险性（ＩＩ类）影响 载线，都应当认为可能会由于短路产生电弧而损坏 的失效状态，无后续线路分析工作。 相邻系统部件及结构，如果断路器没有跳开，线缆 （２）对于评估后为Ｉ类和ＩＩ类影响的失效状 产生的持续电弧还可能会导致整个线束的失效、 态，开展初步系统安全性评估（ＰＳＳＡ）以明确该失效 火灾。 状态对应的线路单元，并明确这些线路单元定性以 （２）原有的２５．１３０９条款的安全性评估主要考 及定量的安全性要求；要注意合理的线路单元应是 虑了线缆失效后对其所承载的系统功能产生的影 一组ＥＷＩＳ部件．而不是单个的电线电缆或连接器。 响，而常常忽略了其也会对周边其他线缆、机体结 （３）对于线路的定量要求（即可靠性要求）开展 构等产生物理性的影响。 确认和验证工作。由于ＥＷＩＳ部件一般都为标准器 （３）原有的２５．１３０９条款在评估过程中只注重 件，所以其预计可靠性数据（即基础失效数据）相对 ＥＷＩＳ系统外部因素造成的线缆失效。如转子爆破、 固定。因此在ＰＳＳＡ阶段就应将分解来的线路定量 闪电、液压管破裂等。而往往忽视了ＥＷＩＳ系统内部 要求和线路预计可靠性进行对比确认，如不满足应 因素也会造成线缆失效，如线缆自身的磨损或电弧。 修改系统构架后重新开展ＰＳＳＡ，并在后期ＳＳＡ阶段 而２５．１７０９的目的是明确使用２５．１３０９的理念 设计数据完善后完成验证。线路预计可靠性数据 对飞机ＥＷＩＳ系统进行完全和结构化分析，这样可 的获得可来源于经验统计数据，或理论分析和数学 以对那些使用传统２５．１３０９评估方法无法识别的 建模获得的数据。如电线电缆可靠性可参考ＤＯＴ／ ＥＷＩＳ失效进行有效识别并开展定性的安全性评估 ＦＡＡ／ＡＲ一０９／４７．连接器等可靠性可参考ＭＩＬ—ＨＤ— 工作，从而弥补２５．１３０９的不足。在评估方法上， ＢＫ－２１７Ｆ。 ２５．１７０９更多的是强调采用基于定性的分析方法而 （４）对于线路的定性要求（即余度和性要 不是基于数字概率基础的定量分析。在评估方面， 求）开展分配工作。线路的余度和性要求用于 ２５．１７０９要求对ＥＷＩＳ失效后产生的以下两种影响 后期ＥＷＩＳ线路和安装设计，用以避免单个共因故 分别进行考虑，注意评估时应仅考虑单个共因故障 障造成不可接受的系统余度或性的同时丧失。 的情形。 应特别注意线路的余度和性要求不仅包括线 （１）功能性影响：即其所承载的系统功能丧失 路之间的配置要求，也应包括线路和管路等系统件 或异常的影响。 之间的配置要求。线路的余度和性要求应分 （２）物理性影响：即对周边其他线缆、系统、机 配到系统原理图或系统布线要求文件中，传递到 体、人员等产生物理性损伤的影响。 ＥｗＩＳ设计部门 ２ ＥＷＩＳ失效功能性影响的设计及 ２．２ ＥＷＩＳ线路与安装设计和验证过程 分析 该过程的主要工作内容包括： （１）具有安全性要求的系统线路布局设计和初 ＥＷＩＳ中的电线电缆、端接器件等承担着在系 步验证工作。系统线路布局设计的一种实现方式 统设备间传输电能、数据和信号的功能，因此其失 是在三维的简化线路网格内（注：该网格应和ＥＷＩＳ 效可能会导致系统功能丧失或异常等功能降级的 初步数字样机设计的主要通路的数量和大体位置 民用飞机设计与研究 Ｃｉｖｉｌ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ 椅，ＦＡＡ也在相关研究报告中给出了以下结论：经 济舱头排旅客座椅的ＨＩＣ值与头部撞击壁板的刚 度成正比，与座椅头排距成反比。并建议在头排距 为３３ｉｎ时壁板的刚度控制在４８０１ｂ／ｉｎ以下或头排 ５ 结论 本文从ＦＡＡ的公开资料中分析和总结出了经 济舱头排旅客座椅ＨＩＣ值的影响因素，有助于加深 国内民用飞机设计人员、航空公司对头部损伤判据 ＨＩＣ的了解。虽然无法直接作为适航验证的依据， 距为３５ｉｎ时控制在７０９１ｂ／ｉｎ以下。而且作为一个 理想的吸能头部撞击壁板，仿真试验假人头部与其 撞击时至少要有２ｉｎ以上的塑性变形，或有３．５ｉｎ以 但可以为国内民用飞机制造商、航空公司等在飞机 客舱布置以及与头排旅客座椅ＨＩＣ密切相关的客 舱分舱板、端板、厨房、盥洗室、衣帽间和储藏室的 设计提供参考。也可以为国内民用飞机制造商和 上的弹性变形。在模拟头部撞击载荷作用下，能符 合ＨＩＣ的壁板通常需要有２ｉｎ～４ｉｎ的永久变形。 为确保能满足ＨＩＣ的要求，建议经济舱旅客座椅头 排距应不小于３７ｉｎ。 航空公司在进行软件建模分析时提供参考。 参考文献： 『１ １ ＦＡＡ．Ｔｉｔｌｅ １４ Ｃｏｄｅ ｏｆ Ｆｅｄｅｒａｌ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ，Ｐａｒｔ ２５，Ａ— ｍｅｎｄｍｅｎｔ ２５—６４，Ｓｅｃｔｉｏｎ ５６２ ｌ Ｓ １．Ｆｅｄｅｒａｌ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ．１９８８． （３）从ＦＡＡ试验和ＭＡＤＹＭＯ程序分析也可以 得出，头排距在３２ｉｎ～３６ｉｎ时，仅通过在撞击壁面上 包覆一层厚度为２ｉｎ一６ｉｎ的、在座椅垫和易碎品包 装上常用的聚氨酯泡沫层是无法保证满足ＨＩＣ的 要求。不同密度和厚度泡沫层组合以及在泡沫层 上钻孔也起不到明显的作用。 ４．２安全带和乘坐摩擦系数的影响 （１）从ＦＡＡ试验和ＭＡＤＹＭＯ程序分析也可以 得出，虽然从吸能的角度看。选择伸长率比聚酯安 『２］中国民用航空局．ＣＣＡＲ一２５ Ｒ４中民用航空规章第２５ 部：运输类飞机适航标准ｆｓ１．北京：中国民用航空局，２０１１． 『３］ＥＡＳＡ．ＣＳ２５ Ａｍｅｎｄｍｅｎｔ １２．Ｃｅｒｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ａｃｃｅｐｔａｂｌｅ Ｍｅａｎｓ ｏｆ Ｃｏｍｐｌｉｎｃｅａ ｆｏｒ Ｌａｒｇｅ Ａｅｒｏｐｌｎｅｓ［Ｓ］．２ａ０１２． 『４］Ｈ．Ｍ．Ｌａｎｋａｒａｎｉ ａｎｄ Ｍ．Ｇ．Ｍｉｒｚａ．ＤＯＴ／ＦＡＡ／ＡＲ一０２／ １０３．Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｙ Ｂｕｌｋｈｅａｄ Ｄｅｓｉｇｎｓ ＩＲ １． Ｕ．Ｓ．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｆｅｄｅｒａｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａ— ｔｉｏｎ Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ．２００２． 全带大的尼龙织带有利于降低ＨＩＣ值，但由于空间 的如头排距为３２ｉｎ或３４ｉｎ时，尼龙带无法在假 人撞击壁板时吸收足够的能量使ＨＩＣ值减到规定 值以下，反而因伸长率大，使假人在碰撞时Ｈ点更 靠近壁面从而增大ＨＩＣ值。因此，选用什么材质带 的安全带需和头排距、壁面刚度结合起来考虑。通 常只有头排距在３７ｉｎ及以上时，选用聚酯安全带才 更有助于满足ＨＩＣ的要求。 『５］Ｇｈａｎａｓｈｙａｍ Ｐｒａｂｈｕ．Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｈｅａｄ Ｐａｔｈｓ ａｎｄ ＨＩＣ Ｄａｔａ Ｆｏｒ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｓｅａｔ ａｎｄ Ｃａｂｉｎ Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ【Ｄ Ｉ． Ｗｉｃｈｉｔａ Ｓｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｋａｎｓａｓ．２００６． ｆ６］Ｈａｎ￣ｄ Ｉ丑ｒ】ｋａｒｄ！】ｉ．Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ＨＩＣ Ｃｏｒｒｏｌｉａｎｔ Ｂｕｌｋ— ｈｅａｄ［Ｚ］．Ｐｒｆｅｓｓｏｒ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ嘲 ｎｇ ａｎｄ ＮＩＡＲ Ｓｅｎｉｏｒ Ｆｅｌｌｏｗ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｖｄｃｈｉｔａ Ｓｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．加哐 『７］ＦＡＡ ＡＮＭ一１１０．ＡＣ ２５．５６２—１Ｂ．Ｄｙｎａｍｉｃ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｅａｔ Ｒｅｓｔｒａｉｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｏｃｃｕｐａｎｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ （２）从ＦＡＡ的研究也可以看出乘坐摩擦系数对 ＨＩＣ值的影响不大，通常可以不考虑。 （上接第２４页） Ａｉｒｐｌａｎｅｓｌ Ｓ １．２００６． 性设计和分析过程与方法，对于我国民用飞机 ＥＷＩＳ设计与验证具有工程化的指导意义。 参考文献： 『１］ＡＣ ２５．１７０１—１．Ｃｅｒｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｉｃａｌ Ｗｉｒｉｎｇ Ｉｎｔｒｅｒｅｏｎ． ｎｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｃａｔｅｇｏｒｙ Ａｉｒｐｌａｎｅｓ，１２／４／０７． ４ 结论 原２５．１３０９条款对于ＥＷＩＳ安全性评估而言是 不充分的，而２５．１７０９条款的发布，对于ＥＷＩＳ安全 性提出了更完全和结构化的评估要求，它并不要求 于２５．１３０９开发出一套全新的评估体系。而是 借鉴了２５．１３０９的评估理念，结合和利用了２５． １３０９的评估结果，有机地融合人２５．１３０９评估过程 ［２］ＤＯＴ／ＦＡ＿ＡＪＡＲ一０９／４７．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ Ｗｉｉｒｎｇ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｒｉｓｋ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｔｏｏｌ，Ｊａｎｕａｒｙ ２０１０． 『３］ＳＡＥ ＡＲＰ４７５４Ａ．Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ ｆｏｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ａｉｒ— ｃｒａｆｔ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２０１０，１２． 中。本文针对２５．１７０９的条款要求。结合我国具体 的民用飞机设计过程经验，从ＥＷＩＳ失效产生的功 能性影响和物理性影响两方面，探讨了ＥＷＩＳ符合 ［４］ＳＡＥ ＡＳ５０８８１Ｄ．Ｗｉｒｉｎｇ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｖｅｈｉｃｌｅ，２０１０，０７． ［５］ＭＩＬ－ＨＤＢＫ一２１７Ｆ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅ— ｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １９９１．
