張健

摘 要：飛機(jī)增壓艙在高空受非包容轉(zhuǎn)子碎片撞擊受損后，會(huì)出現(xiàn)高空釋壓的問題，客艙內(nèi)的壓力會(huì)迅速減小。飛機(jī)增壓艙發(fā)生破損后，飛機(jī)結(jié)構(gòu)能夠承受的載荷將發(fā)生變化，若要以最大速度下降可能會(huì)發(fā)生機(jī)體結(jié)構(gòu)二次破壞的危險(xiǎn)。因此，本文通過理論計(jì)算得出不同等效泄漏面積的釋壓率；根據(jù)不同的釋壓率，計(jì)算得出飛機(jī)緊急下降的安全速率。

關(guān)鍵詞：非包容轉(zhuǎn)子爆破；飛機(jī)增壓艙；釋壓率

中圖分類號(hào)： V215.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）35-162-2

2 簡化釋壓過程的數(shù)值仿真

根據(jù)上一小節(jié)得到的理論公式，利用Mathematica軟件對(duì)飛機(jī)增壓客艙突然釋壓過程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。

2.1 數(shù)值仿真

飛機(jī)在巡航高度發(fā)生意外釋壓時(shí)，飛行機(jī)組人員要按照標(biāo)準(zhǔn)程序操作進(jìn)行緊急下降，緊急下降的速度是飛機(jī)結(jié)構(gòu)能承受的最大速度，最大速率約為每分鐘4000到5000英尺。但若飛機(jī)發(fā)生非包容事故，并且增壓座艙發(fā)生破損后，飛機(jī)能夠承受的極限載荷將發(fā)生變化。因此，根據(jù)適航規(guī)章的規(guī)定，本文將計(jì)算得出不同下降速率對(duì)應(yīng)的臨界釋壓等效面積。

根據(jù)分析的可知，飛機(jī)發(fā)生突然快速釋壓前22s為機(jī)組人員的反應(yīng)時(shí)間。因此，飛機(jī)下降的過程為：0—22s為機(jī)組準(zhǔn)備下降過程，22s后為飛機(jī)緊急下降過程。

飛機(jī)的巡航高度為12500米，飛機(jī)下降速率為20m/s，規(guī)章要求的臨界高度為7620米，臨界時(shí)間長為120秒，如圖1（a）所示。

圖1（a）中，橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為高度。A-B為前22秒機(jī)組的反應(yīng)時(shí)間，此時(shí)飛機(jī)仍在巡航高度飛行且沒有下降，但此時(shí)客艙內(nèi)壓力高度已經(jīng)開始上升；C點(diǎn)為飛機(jī)的實(shí)際高度的與飛機(jī)增壓艙內(nèi)的壓力高度相等的時(shí)刻；D-E的時(shí)間長為120秒，即飛機(jī)座艙壓力高度大于7620m的時(shí)長為120秒；從C時(shí)刻開始，飛機(jī)客艙內(nèi)的壓力高度將隨飛機(jī)實(shí)際高度降低而降低，但受破損洞口面積大小的限制，客艙內(nèi)壓力高度沒有飛機(jī)下降的高度快，因此存在延遲現(xiàn)象。

經(jīng)過計(jì)算得出，飛機(jī)的巡航高度為12500米，飛機(jī)下降速率為20m/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的臨界等效面積為0.014平方米，對(duì)應(yīng)的前22秒的飛機(jī)客艙壓力高度的上升速率為24.85m/s。

如圖1（b）所示，飛機(jī)的巡航高度為12500米，飛機(jī)下降速率為15m/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的臨界等效面積為0.00988平方米，對(duì)應(yīng)的前20秒的飛機(jī)客艙壓力高度的上升速率為17.5m/s。

如圖1（c）所示，飛機(jī)的巡航高度為12500米，飛機(jī)下降速率為10m/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的臨界等效面積為0.00632平方米，對(duì)應(yīng)的前20秒的飛機(jī)客艙壓力高度的上升速率為10.75m/s。

如圖1（d）所示，飛機(jī)的巡航高度為12500米，飛機(jī)下降速率為5m/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的臨界等效面積為0.00311平方米。

利用上面的方法，對(duì)不同巡航高度的飛機(jī)，分別使飛機(jī)下降速率為20m/s、15m/s、10m/s和5m/s時(shí)進(jìn)行仿真計(jì)算，得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)上面計(jì)算得出的數(shù)據(jù)，繪制出飛機(jī)下降速率—等效泄漏面積的曲線圖，如圖2所示。

根據(jù)計(jì)算后的結(jié)果可得2的曲線圖，曲線的橫坐標(biāo)代表飛機(jī)的等效泄漏面積，縱坐標(biāo)代表飛機(jī)下降速率，曲線代表某一等效泄漏面積下的臨界下降速率。在某一等效泄漏面積下，飛機(jī)的下降速率應(yīng)在圖2臨界曲線的上方，但應(yīng)小于飛機(jī)結(jié)構(gòu)能夠承受的最大下降速率。

飛機(jī)增壓艙破損后，飛行人員并不知道增壓艙受損的泄漏面積，而僅僅可以根據(jù)飛機(jī)座艙高度儀表知道飛機(jī)座艙高度的變化率。因此，根據(jù)理論推導(dǎo)公式，求出前22秒的平均座艙壓力高度變化率，將等效泄漏面積轉(zhuǎn)化為座艙高度的變化率。根據(jù)假設(shè)我們知道，飛機(jī)的前22秒還沒有進(jìn)行緊急下降，所以可以將等效泄壓面積變換為前22秒的平均座艙壓力高度變化率。轉(zhuǎn)化后如圖3所示，曲線代表飛機(jī)下降速率的臨界下降速率。飛機(jī)下降速率大于該臨界的下降速率，才能滿足適航規(guī)章的要求，即飛機(jī)的下降速率應(yīng)在臨界曲線的右側(cè)。

圖3 飛機(jī)安全下降速率的臨界曲線

3 結(jié)論

①本文通過理論分析對(duì)釋壓率的公式進(jìn)行了簡化公式推導(dǎo)，得到座艙壓力高度隨飛機(jī)下降的時(shí)間函數(shù)；然后對(duì)增壓艙泄漏量的計(jì)算公式進(jìn)行了分析。②本文根據(jù)所推導(dǎo)出來的理論公式，依據(jù)CCAR25.841中客艙壓力高度為7620米時(shí)不能超過2分鐘的要求，利用Mathematica軟件對(duì)飛機(jī)增壓客艙突然釋壓過程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得到不同等效面積對(duì)應(yīng)的釋壓速率；再分別計(jì)算不同飛行高度下的釋壓率，進(jìn)而得到飛機(jī)相應(yīng)的臨界下降速率，最后得到飛機(jī)安全下降速率的臨界曲線。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 中國民用航空總局.CCAR-25-R3中國民用航空規(guī)章第25部[S].北京：中國民用航空總局，2001.

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