直升机可燃液体着火风险分析方法研究

刘佩佩

（中国直升机设计研究所，天津 300300）

目前型号上最新开展特定风险分析工作的依据是CCAR 29.1309 条款及相关的适航条款，同时以AC29.1309、SAE ARP4761 和SAE ARP4754A 为指导。特定风险分析是共因分析的一部分。共因分析关注可能导致灾难性、引起危险失效状态的共因事件。引起灾难性失效状态的共因事件，在设计过程中应被排除。引起危险失效状态的共因事件，其概率应控制在给定的范围内。ARP4761 标准中定义了特定风险，包括火灾、高能装置、泄漏的流体、冰雹、冰、雪、鸟撞、轮胎爆裂、机轮轮缘释放、闪电、高强度辐射场、气流抽到轮轴。

直升机液压管路、起落架管路、燃油管路、水/废水管路和管接头破裂导致液压油、燃油、水/废水泄漏，从而可能污染电气插头、模块和电缆等；若附近存在易燃液体、热源或火源，则可能发生火灾。CCAR29.863 条款要求：凡可燃液体或蒸汽可能因液体系统渗漏而逸出的区域，必须有措施尽量减少液体和蒸汽点燃概率以及万一点燃后的危险后果。因此需对液体泄漏这一特定风险进行分析，确定液体泄漏可能给设备、系统和飞机造成的影响极其影响严重程度，从而确保液体泄漏所造成的安全性影响被消除或者被证实可接受，并向局方证明直升机的设计符合CCAR29.863 的要求，同时，必须满足CCAR29.1309 以及相关咨询通告AC29.1309的要求，即要求在系统设计、布置及安装中必须考虑可燃液体着火风险对系统及飞机的影响。

1 可燃液体着火风险分析过程

1.1 燃烧三要素

导致火情发生必需的三个基本因素是氧化剂、燃料和着火源，提供充足的能量（热能或电能）并具备以上两个要素可引起点火。燃烧三要素图如图1。

图1 燃烧三要素

在正常操作条件下和可能知道的最极端的反常事件（或故障条件）下，通过阻止燃烧三要素同一时间出现在同一地点来避免火灾。“最极端反常事件”是指氧化剂和燃料均以其最容易起火的浓度存在。

1.2 可燃液体着火风险分析流程（图2）

可燃液体着火风险分析的流程如下：

（1）确定可燃液体着火风险分析的安全性要求。可燃液体着火风险分析安全性方面的适航条款，见第1 节。

（2）确定有可燃液体系统可能泄漏的区域。存在可燃液体的系统为燃油系统、液压系统、主减滑油和发动机滑油系统，通过查询电子样机、总体布局，确定这些系统存有可燃液体的设备的安装位置。

（3）确定点火源候选项。对可燃液体附近候选项即电弧、炽热、热点、摩擦火花进行分析，分析表见表1。

（4）确定风险作用区域内受影响的系统或部件：①确定风险的影响范围：通过查询整机数模，确定位于液压管路、起落架管路、燃油管路等泄露源附近特别是下方且有点火源的区域；②确定受影响的系统/设备，列出在风险影响范围内的设备清单，见表2 第二列。

图2 有可燃液体的区域的逻辑分析流程图

（5）评估可燃液体着火风险对受影响系统/设备的安全性影响。借助在ZSA（区域安全性分析）中使用的设计和安装指南进行交叉检查，如数模检查液压管路、起落架管路、燃油管路的安装是否分别满足液体管路安装的要求，若不满足要求，则应在表2 中着重分析，考虑最严酷的情况，即影响区域内的设备全部损坏，通过检查相关设备的FMEA/FMES和FTA，结合系统SFHA、PSSA，确定设备故障是否会引起CAT、HAZ 或MAJ 的失效，是否会破坏独立性，如表2。若满足要求，适当考虑已经给出的设计防护措施给出合适的失效影响等级。

（6）确定防护措施。应对如何规避特定风险、降低风险影响后果、提高抵御风险能力等多方面进行综合考虑，对引起MAJ（严重的）及以上影响的设备应采取必要的防护措施，对于可能破坏独立性且引起CAT（灾难性的）、HAZ（危险的）影响的设备应进行隔离或分离。

（7）确定该影响是否可以接受。从飞机级的层次分析风险对飞机的影响以证明在系统设计与布置设计中所采取的各种防护措施有效性：如果风险影响可以接受，整理好理由以备审查；如果风险不可以接受，则对设计进行修改。

表1 存有可燃液体系统部件附近点火源分析

表2 可燃液体着火风险分析表

2 可燃液体着火风险分析输出

在不同阶段开展可燃液体着火风险分析，需形成相应的输出物。

（1）形成可燃液体着火风险需求的确认和传递文件。以功能危险分析（FHA）、历史经验为输入，借助于需求管理工具将所有可燃液体着火风险需求和其它活动传递给系统设计人员，参考故障模式影响及危害性分析（FMECA）和初步系统安全性评估（PSSA）涉及的分析结果，并且对需求进行确认和验证，可燃液体着火风险分析中得到的设计要求应作为区域安全性设计与安装准则的输入，并将结果涵盖在系统安全性评估（SSA）报告中。

（2）形成分析/验证符合性报告。对于可燃液体着火风险，需通过具体的试验或分析方法，确认/验证可燃液体着火风险源的影响已经在系统设计、安装中进行相应隔离或防护，并形成分析/验证符合性报告，提交适航认可和批准。具体符合性验证方法参考AC29.863 条可燃液体的防火。

3 结语

本文根据直升机的运行特点，分析了可燃液体着火风险的必要性，梳理了涉及到的适航条款要求，给出了可燃液体着火风险分析程序和分析方法，通过分析直升机遭受可燃液体着火可能出现的危险，以便后续通过设计消除这些危险，或者采取保护措施将风险降低到可接受水平，以判定直升机的系统设计和安装是否符合可燃液体着火风险的要求。