中图分类号：V215 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）32-0019-02
辅助动力装置（APU）是民用飞机上用于启动发动机、向环控系统提供引气和驱动交流发电机提供电力的装置。APU一般被固定在独立的APU舱中，由于飞机和APU本体的振动或其他因素，可能导致APU的燃油、滑油接口松动，可燃液体可能泄露到APU舱中。适航条款CCAR25.1187要求尽可能地降低可燃液体的点火概率，减少点火后造成的危害。
为了满足适航要求，从飞机设计入手，常用的手段有：（1）分割舱室使可燃液体和点火火源隔离；（2）设计通风通道保证可燃液体泄露区的通风，防止可燃液体和蒸汽的聚积；（3）加强高温部件的冷却；（4）设计液体排放路径促使可燃液体迅速排出飞机且不沾染或侵入飞机其他高温区域；（5）采用防火材料。对于第四条，适航当局（以下简称局方）要求通过地面试验和飞行试验的方法来验证设计的合理性。本文介绍民用飞机APU液体排放试验技术。
1 排液区域及排液要求
1.1 排液区域
火区的定义是任何同时包含有可燃液体泄露源和点火火源的舱室。APU舱中既有可燃液体泄露源，同时存在高温部件，可能点燃泄露的可燃液体，符合火区的定义。某型飞机的APU表面温度限制值为232℃，环境温度限制值为160℃，超过了燃油的闪点温度37℃。
1.2 排液要求
适航条款指出，指定火区的每个部位必须能完全排放积存的油液，使容有可燃液体的任何组件失效或故障而引起的危险减至最小。排放措施应满足当需要排放时，在预期液体会存在的各种情况下，必须是有效的且必须布置成使放出的液体不会增加着火危险。这表明局方不仅要求APU舱内的可燃液体泄露后能够排出APU舱，并且要求APU舱排出的可燃液体不会沾染或侵入飞机其他的高温区域。
2 排液方案分析
2.1 APU舱内排液方案分析
由于APU舱的设计制造必须保证可燃液体安全排出且无积存，设计与制造需遵循以下原则：（1）不能存在一些几何形状留存可燃液体，且应当考虑到飞机的姿态；（2）APU舱门隔框上及APU舱最低处开孔以将可燃液体及时排出机外；（3）APU舱必须有效密封，使可燃液体不会侵入其他舱室。
2.2 APU舱外排液方案分析
APU舱内的可燃液体向外排液，APU排液杆应当伸长出飞机机体。当飞机静止时，可燃液体依靠重力作用不受干扰地直接流向地面。在飞行中可燃液体流出排液杆后，受到气流作用，液体可能被雾化后重新被吹到机身上。排液杆的位置应使排出的液体避免这种现象的发生。
2.3 APU舱外排液流场分析
图1 APU排液流场示意图
某型飞机通过CFD方法模拟试验结果，模拟试验结果示意图可见图1。由图1可知，APU排液杆排出的可燃液体由于来流作用，被吹向了APU尾喷口，由于尾喷口是高温区域，可燃液体在尾喷口可能燃烧。该结果无法满足适航条款要求，应当通过更改排液杆长度、增加整流罩等方法调整设计。
3 APU液体排放试验系统
经过APU排液方案分析后，可以进行地面试验与飞行试验。地面试验和飞行试验均需要着色水喷射系统喷射着色水，模拟可燃液体在APU舱内部泄露。
着色水喷射系统一般包括控制面板、着色水、水箱、水泵、管路。控制面板用于控制着色水的流量与时间。着色水由乙二醇与水配制成的防冻液和不同颜色的色浆组成。水箱存储着色水，通常水箱至少有两个，分别储存不同颜色的着色水。水泵和管路负责将着色水通过一根总管，再分成几路支管向APU舱内喷射着色水。
着色水喷射系统的设计根据具体的机型不同而不同。通常而言，一套着色水系统应当具有可靠性高、操作简单、易于维护等特点。其中由于着色水在飞机上留下痕迹，选择色浆时应同时考虑方便工作人员清洗，减少因清洗飞机对试飞效率的影响。
4 APU液体排放地面试验
APU液体排放地面试验首先向局方演示不会有危害量的液体，由于舱室的几何形状被截留在APU舱内，内部排液路径能够有效地将液体排出APU舱，外部排液路径不会沾染或侵入其他高温区域。飞机应当处于正常的地面姿态，由于坡度、起落架液压杆长度和轮胎气压等问题，不仅可能增加试验难度，还可能不被局方所认可。使用着色水喷射系统向APU舱内喷射1～2加仑的着色水，在APU舱排液管处使用量杯接收。
由于着色水有一定粘性，会粘附在APU舱部件表面和内表面上，同时APU舱内表面有一些几何形状截留了部分着色水，所以局方要求地面试验排出液体应当不少于总量的90%，且被截留在单个几何形状内着色水应当不超过42.5克。如果试验不成功，必须重新设计来提高APU舱的排液能力；如果试验成功，在局方认可后，可以进行飞行试验。
5 APU液体排放飞行试验
飞行试验是演示APU舱内部排液路径和舱室密封在任何飞行情况下均有效，且排出的液体不沾染或侵入飞机其他高温区域。飞行试验是耗费大量人力、物力和财力的过程，保障试飞的有效是试飞部门的重要工作
5.1 试验点选取
着色水喷射点由申请人和局方共同协商选取，这些点通常是潜在的泄漏源，如接口、可能的破损点等。喷射流量和时间应由泄露源分析结果确定，如无高压泄漏源，典型的流量为1加仑/分钟，时间为30秒到120秒。
具体的着色水流量与时间需与局方讨论。另外可采用不同颜色来模拟不同喷射点的排液路径。
试验在每个典型的飞行剖面上喷射选定量定时的着色水，包括地面滑行、起飞、爬升、巡航、侧滑、下降、进近、着陆。如反推对排液路径有影响，则应当增加反推着陆试验点。喷射着色水的时间能够覆盖试验点的整个状态。如着陆试验点，喷射着色水的起始时间应在飞机离地35英尺之前，结束时间应在飞机空速小于滑行试验点速度之后。
5.2 试验风险分析
高空气温较低，低温可能使着色水喷射系统失去功能，着色水在APU舱内或飞机表面结冰。解决措施有：（1）保证空调系统正常，使着色水喷射系统在合适的温度下工作；（2）采用乙二醇溶液配比的防冻液，使防冻液的熔点达到最低的-45℃。
5.3 飞行前准备
良好的飞行前准备是试验成功的关键因素，以下准备工作是不可或缺的：（1）着色水喷射系统通常被布置在客舱内，需专业人员控制该
系统的运作。试飞员与着色水喷射系统操作员熟悉试验点和试验程序；（2）高空气温较低，即使是防冻液，仍可能有结冰风险。试验人员需关注气象变化，如地面温度过低，则不应开始飞行试验；（3）细致检查着色水喷射系统工作状态，加注着色水。
5.4 飞行试验过程
飞行试验从地面滑行开始，试飞员通过内话设备通知操作员在每个试验点时喷射定时定量的着色水。
5.5 飞行后工作
试飞结束后，地面人员检查与APU舱相邻的舱室内部，检查着色水流经区域的舱室，拍摄所有被着色水沾染区域的照片。全部完成后及时清洗飞机，避免着色水无法清洗干净。
某型飞机APU舱排液杆位于机尾底部，着色水通过排液杆排出APU舱后受到来流作用，通过格栅侵入了尾锥，这是不被允许的。设计部门应该更改采取如延长排液杆、加装排液杆整流罩、更改后设备舱通风格栅位置，增加导流条等措施后，再次进行飞行试验，获得满意的试验结果使局方认可。
6 结语
辅助动力装置液体排放是试飞取证中的重要环节，顺利通过辅助动力装置排液试验，可以为试飞取证提供重要保障。本文所介绍的辅助动力装置排液验证要求、排液方案分析、排液试验系统、地面试验方法及飞行试验方法，可为今后机型顺利通过辅助动力装置液体排放试验提供参考。
参考文献
[1] 中国民用航空规章（CCAR-25）[S].中国民用航空总局，2001.
[2] Minimization of Flammable Fluid Fire Hazards（Flammable Fluid Fire Protection）.AC25.1187-1.Federal Aviation Administration.
作者简介：王嘉一（1986-），男，上海人，中国商飞民用飞机试飞中心试飞工程师，研究方向：动力燃油防火系统试飞。
