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1、中国的大飞机计划一：飞机安全设计中国的大飞机的梦想，从运十到干线，从干线到0从到，再到现在的,算是走了一个半径不小的螺旋式上升的过程。这几个项目，有着几代工程师的辛劳甚至血汗，更有着他们当年梦想的生成，破灭，重生，再破灭和再重生。这当中的辛酸和喜乐，痛苦和绝望，是局外人很难体会的。如今项目在收尾，刚开始，笔者想以一个局外人的观点，分析一下中国的大飞机计划中做得成功或是不成功的地方。同时，以借此机会分析一下波音和空客各自的成功之处，来和中国的大飞机计划比较一下，看看能不能对现在也好，将来也好的中国民机工业有所帮助。本人将以讨论重点的形式分题展开。因为时间有限，只能一个星期写一点，所以将会以分题更
2、新帖子的形式发表，还请有兴趣的同好耐心等候文章的写完。分题一：安全看到过很多人说过坚决不会坐中国设计生产的飞机，认为那是不安全的。虽然本人和大多数人一样，对这种思维嗤之以鼻，但不同的是，我在这里要告诉有这种思维的人，你们的这种想法错在哪里。不是因为你是否爱国或是否爱自己，而是告诉你们，什么才是真正安全的飞机，还有他们的设计方法。稍微懂行一点的军友，应该都知道部这个设计指导规范。但是我想可能这里没有谁有这个耐心和毅力把他看完的，所以可能也就没有多少人知道这个指导规范是怎么来的。所以在谈民用客机的安全性之前，让我们先来谈谈什么是部。规定，任何想得到或是认证的新设计的大型客机（不包括空乘人员的乘客人
3、数在19人以上的螺旋桨推进的飞机，或是10人以上的喷气推进的飞机。想想为什么运十二的载客量是19座而不是20座），都要符合部的设计规范。小于座的要符合部的设计规范。现在我们来看看什么是部以及得到部认证的意义是什么。那什么是部呢2有人说这是民用客机设计的圣经，但我觉得它更象是如来佛的手心。因为如果你至少稍微看过它，就会发现它里面虽然有时也会有公式和具体的数字，但更多的时候，它都只是在说的设计，要保证不会因为单一的故障（）而产生“严重”（）的后果。为什么这样做，是有原因的。这当中有很深远的背景，考虑到本文的篇幅，我们就不扯远了。简单来说，和只是对设计提出要求,具体怎么设计，和并不想捆住设计厂家的手
4、脚，而影响对新设计和新材料的引入。也就是说他们对于孙猴子们怎么翻跟头并不感兴趣，因为这样一来会限制创新。但对于孙猴子不能翻出他们的手心，他们可是看得非常非常的紧的。很多人说FAAEASA会卡中国人的脖子，其实他们不光是卡中国人的，他们卡所有人的。但这是后话，我先按下不表。民用航空发展到现在，可以说有了非常详细和大规模的样本空间。对于飞机的结构来说，一般民用飞机的飞行包线都是约定俗成的。所以25部会有具体的设计要求。比如大家熟悉的全机静力，起落架落震，环境，寿命等等。但对于飞机的系统，就不一样了。我这里重点讨论一下系统的设计。统计显示，对一个新设计的飞机来说，一般在一千万个飞行小时左右，会出现一
5、次“灾难性”事故，（比如波音777在伦敦的那次事故，虽然没有死人，但飞机毁了，没死人只是运气，所以算是一次CATASTROHIC的事故），或者说，架新设计的整机，平均来说，不管是否经过FARCS认证过的，它出现严重飞行事故的几率是在左右。因此，FARCS部的对于系统的最终要求，也可以说是唯一的要示，就是看你新设计的飞机系统，是不是能达到这个“灾难性故障”率的要求。这个要求分到各个系统，也就因此会更苛刻。为了简单起见，25部中，假设一架飞机会有一百个系统（实际上要少得多），因此各个系统的设计，也就是要求出现“灾难性”故障的几率在10-以9下。具体到各个厂家，他们都有一套和这个25部相对应的设计规
6、范策略，以确保他们设计的飞机能够通过认证。而这个内部的设计规范，则是各个厂家经验的集成，可以说在各方面又会比25部的要求来得苛刻和具体。根据故障后果的不同，故障也分为几级，“灾难性”以下，还有“有害HAZADUS”，“严重MAJOR”，“轻微MINOR”有及“无安全隐患NOSAFETYEFFECT”四级，他们可以发生的几率也以100为单位上升，分别是3和但这样问题就来了。怎么验证一个系统或是整机设计在出现“灾难性”故障的几率能符合这个要求呢？简单的想法就是实验，用实验的数据证明这一点。有些系统，因为在设计上的继承性，在现役的飞机上已经服役多年，用实际应用的具体统计数字是最有说服力的。但这里有一
7、个鸡和蛋的问题。对于中国商飞，以及中国的系统供应商来说，他们旗下没有任何的已通过认证装机的例子可言，所以这个办法行不通。（题外话，这也是为什么和一开始会选用国外成熟供应商的产品的一个主要原因，如果全用中国自己的供应商，先不说能否提供两机所需要性能的系统，就算可以，他们因为没有任何已经认证产品，在系统认证方面，他们就不得不花很大的精力和金钱来补这个不足。问题是即使它们有时间和财力补上这个不足，也好，也好，他们可能都到了退役的时代了。所以先不说有没有必要全用中国的产品，就是你想要这样，也是有很长的一个过程的。）而另一个方法，就是对于一个新设计的飞机来说，他们的系统，在设计之初，就进行安全分析，以理
8、论的形式，证明这个设计能达到这个要求。任何机械电子系统，他们如何运作都是可以推断的。同时如果他们失效，失效的后果也在绝大多数情况下是可以预料的。（为什么说绝大多数？因为总有误判的时候。但如果真的出现了，代价是巨大的，比如丰田的刹车系统。这是后话）这就引出了一个（损伤容限）或是（破损安全）的设计方法。部的一个首要要求，就是不能因为一个系统，或是一个系统内的某个设备的单一故障，而直接或连带影响其它设备故障并最终导致飞机出现“灾难性”故障。所以当今新设计的飞机，在系统是有备份的，根据系统重要性的不同有的甚至是多重备份的，比如飞机的操控系统。因为系统出故障在所难免，要的是出了故障，飞机还能安全落地。（
9、比如澳航的发动机出了那么大的故障，这在以前几乎肯定是机毁人亡，但就是因为有备份,加上好的,安全着陆，无人伤亡）。具体到实施这样的设计，就是在系统，以及系统内的每一个设备，在他们正常工作的条件下/也们的故障率都是经过分析研究甚至实验过，以至于和有足够的信心这些设计是能达到要求的。这种分析的细致达到什么程度？就是飞机每一根导线，接头的针脚，铆钉，螺丝，连杆，以及逐层向上组成的所有系统，全部有故障分析和后果分析以及也们可能发生的几率。为了在整机这一级能达到10-，7在设计之初，各个系统在各种飞行状态下可能发生的故障，都会有分级，以至于当把这些故障综合考虑以后的飞机总的出现“灾难性”的后果的故障几率在
10、10-以7下。10-，7或者说一千万飞行小时是什么概念？对于一架飞机，那是一千一百四十一年半。如果一架飞机的产量和保有量是一千多架以上，一年可能才能摊上一次“灾难性”的后果。这是对所有的经过认证飞机而言。特殊案例安全分析上面我们谈到了飞机的系统安全分析。这种分析虽然已经非常的细致，但还不全面。航空安全分析，一般都是基于一个常用的模型。是什么呢，就是这几十年的客运经验下来，一般的系统会出什么问题，在多大的程度上会出问题，这些东西业内的人都是非常的清楚了。所以在做安全分析的时候，会有一些基本的假设，那就是一个系统内，一般只会同时出现一个故障，个别情况两个或是三个。这个很好理解，因为如果假设所有的故
11、障全是同时出来，那也就不用搞设计了，因为这是不可能。可以说，这个假设虽然看上去过于乐观，但实际上和实际飞行中曾经出过故障的故障率还是非常吻合的。（懂行的人可能这时候会想到或是,这个我们暂时不表，容我以后再说。）所以说这个假设还是科学的，但有一些特殊（有的其实还相当的常见）的情况下，这个假设不成立。对于这些“特殊”的案例，设计部门还要进行所谓的特殊案例安全分析。一般案例主要有如下几种：1鸟撞，也有称是“鸟袭”2非包容性主发动机故障3非包容性辅发动机故障4高压容器破裂5螺浆破裂故障6个别起落架为收起状态时降落7擦尾8系统生存9后承压壁穿孔这九个是比较常见的，但肯定不止这些。有些可能还不能公开。当这
12、些特殊事件发生时，因为受到损坏而不能工作的系统设备可能就不只是一两个了。这时候就要以最坏的情况估计可能的故障，让飞机在这种情况下还能安全降落。非包容性发动机故障因为最近还真出了几件大事，所以我们不妨从头条新闻的澳航事故说起。也就是第二条，非包容性主发动机故障。（第三条其实和这个很相似，但一般所在的位置比较敏感，所以要单独分析。）这种事故发生的频率并不高，远小于1还有6和7出现的可能性。但在所有的特殊案例中，这种事故是最难分析和预测的。因为发动机内部件的动能和压力巨大，一旦转子部件破裂，以现在的材料和技术，尚不具备在商业上可行的方案有可能包住破片。风扇做为转速最低的转子，在应用新材料和新的制造工
13、艺以后，已经做到可以包容了。但核心机还不行。忘了在哪里看过了，大推力转子发动机的破片的最大能量，和刚出炮口的三十多毫米的加农炮弹相当。大家可以想一下，民用飞机上有什么地方能抗住这样的冲击。所以在分析这种故障的时候，都把破片当成是无限能量，所经之处，一率被毁。所以在飞机上的设备，一般都不会放在转子盘破片路径上的。如果不考虑操控的影响，飞机的发动机甚至都不应该对称分布（当然这是不可能的了）。另外布线设计，有专门避开这种故障的设计，避不开的地方，系统和备份系统的线路要保证不被同一块碎片击中。被击中的线束中也不能有相同系统，相同设备的线路。线束间也要有足够的间隔。能看到飞机布线图的，有时可能会不明白为
14、什么在对重量非常敏感的飞机上，有些线路却是绕着圈走。不用问，就是防着这个的。所以这次出了这样的事，还能安全的降落,并不奇怪。这次损坏的系统包括一套液压系统，前缘襟翼驱动轴和控制电路，两个油箱穿孔，后缘襟翼穿孔，同边另一发动机的部份操控电路，燃油横向输送阀的操控等等。未经证实的消息还有声称另一套液压系统也有部分损坏。这些故障加起来，这在以前是足够让飞机摔下来的。但经过当年那些血的教训，都陆续在部内有针对性地提出设计要求，让飞机在这些情况下还能安全降落。比如当年的事件，虽然有四套液压系统，但不幸都通过同一个区域而同时失效，酿成惨剐。那以后FA引入了“相同模式分析”“非相似性设计”等等，以图解决这个
15、问题。同时工业界也发明了液压“保险丝”，以及现在最新的电液伺服系统，彻底把这种危险减到了最低限度。但是能做到所有成员没有伤亡，还是需要一点人品的。网上有的一些这方面的照片，可以看出这个事故可能造成的影响。鸟撞这个案例非常的常见。前年也出过一个这样的事故，而且是双发失效。但飞行员以非凡的技术和胆识，把飞行安全地降在了水面上。这件事当然让飞行员出了名，但当事的飞机制造商也没有闲着，在各种场合也多方面展示飞机在这件事中的表现，比如飞控的,应急电源系统，还机体的强度等等。另外大家非常熟悉的就是飞机发动机在认证以前，都要做吞鸟试验等等。但大家可能不知道的是，在设计一架新客机的时候，所有可能被鸟撞上的地方（系统），都要做分析，确保没有系统的损失会导致飞机无法安全降落。网上也有不少这样方面的照片。特别要提到的是，鸟撞到飞机的发动机，也是有可能造成前面所说的发动机非包容性故障的。所以在这次事故初期,权威机构并不排除有可能是鸟撞的原因。鸟撞对于飞机的机头，风挡，前缘襟翼，发动机，发动机吊架，尾翼前缘，起落架等等，都提出了专门的要求。这方面25部都有相应的要求。而且鸟撞也不局限于低空的起飞降落阶段，有在万米高空撞上过老鹰的。BIRDSTRIKESMusic:AndreBrasseur-EarlyBirdBirdstrikeonHarrierJ
