毛旭明

【摘 要】DO-160《機載設備環(huán)境條件和試驗方法》是由美國航空無線電委員會發(fā)布的航空規(guī)范，其定義了一系列最低標準環(huán)境試驗條件和相應的試驗方法。目前DO-160已被廣泛應用于民用飛機環(huán)境設計中。本文以DO-160G中溫度環(huán)境為例，研究如何根據(jù)民用飛機環(huán)境特點，選取合適的環(huán)境條件，為飛機系統(tǒng)設備提供相應的設計輸入，給民用飛機環(huán)境設計提供借鑒和指導意義。

【關鍵詞】民用飛機；環(huán)境條件；環(huán)境試驗

0 引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，運輸類民用飛機作為主要的公眾交通工具之一，扮演著越來越重要的角色。飛機的安全運行一直是民用飛機設計的首要關注點。民用飛機的安全性離不開全機性能結構及其組成的各個系統(tǒng)的正常工作，這與其運行所經(jīng)歷的環(huán)境密不可分。環(huán)境對飛機及其機載設備的壽命和性能有重要的影響，甚至會影響飛機的安全。據(jù)統(tǒng)計，機載設備故障和失效中有52%是由環(huán)境引起的，而飛機本體所誘發(fā)的振動、沖擊、溫度、濕熱環(huán)境因素引起的故障占74%。在這些因素中，溫度對飛機的影響最為嚴重。尤其是民用飛機在高溫、低溫和溫度急劇變化時，往往引起結構變形，非金屬材料老化、硬化、彈性消失，潤滑油凝固或流失，燃油穩(wěn)定性下降，金屬腐蝕加速，燃料、冷氣系統(tǒng)結冰和管路堵塞，電氣性能下降等，從而引起各種故障。此外溫度因素還會和其他環(huán)境因素一起作用，對飛機產(chǎn)生更為嚴重的綜合性影響[1-4]。因此在民用飛機設計過程中，考慮飛機溫度環(huán)境變得十分重要，加上民用飛機由于涉及公眾安全，及其必須取得適航型號合格證才能投入市場運行的特點，如何表明其對溫度環(huán)境的適應性顯得十分必要。

本文通過對DO-160G版研究，根據(jù)民用飛機的特點，針對溫度和高度章節(jié)，研究各項試驗條件和程序，給出選取合適的系統(tǒng)工作環(huán)境等級方法和原則，給飛機設計提供輸入，為民用飛機環(huán)境工程設計提供參考和借鑒。

1 DO-160標準介紹

DO-160[5]《機載設備環(huán)境條件和試驗方法》是由美國航空無線電技術委員會（RTCA）制定，于2010年發(fā)布，作為民用飛機環(huán)境試驗標準之一，目前最新版為G版，并被FAA作為航空規(guī)范推薦使用[6]。在國內(nèi)，最新版HB6167[7]《民用飛機機載設備環(huán)境條件和試驗方法》也于2014年發(fā)布，基本與DO-160G等效，現(xiàn)階段國內(nèi)民用飛機環(huán)境試驗的通用性標準已與國外標準接軌，為了民用飛機適航取證的順利進行，有必要對最新版的內(nèi)容進行研究。

DO-160G中為機載設備定義了一系列最低標準環(huán)境試驗條件（類別）和相應的試驗程序方法，這些試驗的目的是為了確定機載設備在使用過程中會遇到的典型環(huán)境條件下的性能特性提供試驗室方法[8]。對于民用飛機來說，根據(jù)環(huán)境試驗標準選取合適的試驗等級，對于系統(tǒng)設備設計至關重要，同時試驗等級也代表了機載設備所在飛機各艙室中的環(huán)境條件，換言之，DO-160G不僅提供了環(huán)境試驗方法，同時也反映了飛機內(nèi)部的不同環(huán)境條件。

下面將以溫度和高度章節(jié)為例，詳述DO-160在民用飛機設計中是如何使用的。

2 溫度和高度試驗介紹

DO-160G中溫度和高度試驗主要是考核設備在標準中所規(guī)定的溫度和壓力條件下的性能特性。由于該項中，類別是溫度條件和壓力條件的組合，因此溫度和高度應放在一起綜合考慮。試驗內(nèi)容共劃分了20種設備類別，根據(jù)機載設備在飛機的安裝位置來選取合適的類別。

2.1 溫度試驗

溫度試驗共分為7項子實驗，分別為低溫工作溫度試驗、高溫工作溫度試驗、低溫短時工作溫度試驗、高溫短時工作溫度試驗、地面耐受低溫試驗和地面耐受高溫試驗、飛行中冷卻能力損失試驗。

地面耐受低溫試驗和地面耐受高溫試驗均是考核機載設備在不工作情況能夠經(jīng)歷較為極端的高低溫度不損壞，并在恢復至正常工作溫度環(huán)境范圍后是否仍能正常工作。

地面低溫短時工作溫度試驗和高溫短時工作溫度試驗是考核設備在未上電工作時處于規(guī)定的高低溫度條件下上電工作是否正常。

低溫工作溫度試驗和高溫工作溫度試驗程序是考核機載設備工作穩(wěn)定狀態(tài)下，在規(guī)定的高低溫度環(huán)境中能否正常工作。

飛行中冷卻能力損失試驗程序，是針對需要額外供電或配備的冷卻源進行冷卻才能正常工作的機載設備，考核其在冷卻源喪失的情況下仍能在一段時間內(nèi)正常工作。

2.2 高度試驗

高度試驗共分為3項子實驗，分別為高度試驗、減壓試驗和過壓試驗。

高度試驗程序，是考核機載設備在民用飛機飛行過程中所經(jīng)歷的最高的高度環(huán)境，即最低的壓力條件下，是否能夠正常工作。

減壓試驗，是考核機載設備經(jīng)歷壓力以較快速度降低后設備是否能夠正常工作，這通常是針對增壓艙在意外失壓情況下，安裝在艙內(nèi)的機載設備仍能在一段時間內(nèi)正常工作。

過壓試驗，是飛機在地面狀態(tài)下，考核安裝在增壓艙的機載設備不工作，經(jīng)受艙內(nèi)增壓情況下不損壞，并在恢復正常壓力條件下是否能夠正常工作。

3 溫度和高度應用

規(guī)范中溫度和高度章節(jié)內(nèi)容定義的類別，代表典型的溫度和高度組合環(huán)境條件，對應于不同飛機的不同艙室環(huán)境。

根據(jù)一般民用飛機的特點，艙室劃分通常存在增壓艙和非增壓艙兩類，增壓艙有兩類，溫度控制區(qū)和部分溫度控制區(qū)，而非增壓艙同時也是非溫度控制區(qū)，另外還有一種是較為特殊的動力艙。下面描述如何使用DO-160G并選取相應的等級。

3.1 增壓艙溫度控制區(qū)

增壓艙溫度控制區(qū)典型的艙室為駕駛艙和客艙，環(huán)控系統(tǒng)對該類艙室溫度控制較好，座艙壓力高度不超過2，438m（8，000ft）[9]。DO-160G中定義安裝在增壓艙溫度控制區(qū)設備等級為A1，正常工作范圍是-15℃至55℃，考慮艙室溫度非均勻分布，機載設備局部安裝位置會遭遇到其他發(fā)熱設備，以及環(huán)控系統(tǒng)調(diào)節(jié)艙內(nèi)環(huán)境溫度到正常范圍之前的狀態(tài)。另外因為是增壓艙，需要進行減壓和過壓試驗。

3.2 增壓艙部分溫度控制區(qū)

增壓艙部分溫度控制區(qū)典型的艙室如電子設備艙等，用于安裝飛機各系統(tǒng)主要設備等的艙室DO-160G中定義安裝在增壓艙部分溫度控制區(qū)設備等級為A2或者A3，選取等級原則需根據(jù)部分溫度控制區(qū)的環(huán)境條件確定，正常工作范圍是-15℃至70℃，增壓區(qū)各艙室連通，壓力高度相同。

3.3 非增壓艙非溫度控制區(qū)

非增壓艙非溫度控制區(qū)典型的艙室是起落架艙和尾艙，無環(huán)境控制系統(tǒng)控制溫度和進行增壓，該類區(qū)域與外部連通，最低壓力值等同于飛機升限高度壓力值。DO-160G中定義安裝在非增壓艙非溫控區(qū)設備等級為D2，正常工作范圍是-55℃-70℃，壓力高度50000ft。根據(jù)民用飛機最大使用高度在12500m附近[11]，選擇D2等級比較合理。

3.4 動力艙

動力艙是特殊的非增壓非溫度控制艙室，典型為發(fā)動機短艙以及輔助動力裝置區(qū)，該類艙室因為發(fā)動機的特性不同將影響其所在區(qū)域的環(huán)境溫度，主要是高溫極值，因此DO-160G中定義安裝在動力艙的設備等級為D3，除高溫工作溫度以及地面高溫耐受溫度不同外，均與D2等級相同，設計時需要根據(jù)發(fā)動機的特性來獲取準確的環(huán)境條件作為輸入。

對于飛機外部安裝的設備，如傳感器、探頭等，則根據(jù)飛機溫度包線來進行設計。

4 結論

本文通過對DO-160G溫度和高度章節(jié)的試驗條件和程序進行研究，結合民用飛機內(nèi)外部環(huán)境條件的一般特點，給出了現(xiàn)有民用飛機在溫度環(huán)境設計中的指導原則，在此基礎上可逐步迭代，最終設計出適應飛機環(huán)境的系統(tǒng)和機載設備等，同時也為系統(tǒng)正常工作設計相應的環(huán)境條件作為保障。當然需要指出的是，DO-160標準規(guī)范主要針對的是電子電氣設備，并不能直接拿來解決飛機所有部件的環(huán)境需求，對于某些系統(tǒng)中的結構件需要承受很高溫度的影響，如氣源管路等，這類部件就需要系統(tǒng)設計過程中，針對具體情況按照材料特性選取以滿足設計要求。對于民用飛機環(huán)境工程師，DO-160是值得深入研究的，通過積累試驗數(shù)據(jù)并結合型號經(jīng)驗來為民用飛機環(huán)境設計打下更好的基礎。

【參考文獻】

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[8]辛勃，張莎莎.DO-160E與GJB150溫度試驗對比分析[J].直升機技術，2016（01）：40-44.

[9]中國民用飛機航空局.CCAR-25-R4中國民用航空規(guī)章第25部：運輸類飛機適航標準[S].北京：中國民用航空局，2011.

[10]《飛機設計手冊》總編委會.飛機設計手冊[M].北京：航空工業(yè)出版社，2001.

[11]ARINC 600.Air Transport Avionics Equipment Interfaces AERONAUTICAL RADIO， INC. 2011.

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