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时刻小站 59

2014年3月8日,马来西亚航空的一架执行MH370航班的B777飞机坠毁于南印度洋。

2014年7月17日,马来西亚航空的一架执行MH17航班的B777飞机被导弹击落,机上298人全部遇难。

2014年7月23日,台湾复兴航空的一架执行GE222航班的ATR 72-500飞机,坠毁于马公机场附近,48人死亡10人受伤。

2014年07月24日,阿尔及利亚航的一架执行5017号航班的麦道MD83飞机起飞50分钟后失联,随后确定坠毁于尼日尔首都尼亚美,机上116人全部遇难。

2014年8月10日,伊朗塞伯汉航空公司的一架IrAn-141小型客机,从德黑兰西部的机场起飞不久,坠落于一个住宅区,机上40多人遇难。

2014年12年28日,马来西亚的亚洲航空的一架执行QZ8501航班的飞机从印尼泗水起飞,起飞42分钟后失联,机上162人全部遇难。

2015年3月24日,德国之翼航空的一架执行4U9525航班的飞机在法国南部阿尔卑斯坠毁,150名乘客和机组人员无一生还。

2015年10月31日,俄罗斯科加雷姆航空公司的一架执行9268航班的空客A321飞机在西奈半岛坠毁,机上224名乘客和机组人员全部遇难。

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频发的空难触动着人们的神经

飞机还安全吗?飞机是最安全的交通工具这个广为流传的说法难道是骗人的?

图1 2015年10月31日俄罗斯空难现场

今天,航佳技术从最专业的角度为您带来深度揭秘:为何在中国,飞机绝对是最安全的交通工具。当然这是与汽车,火车等现代交通工具相比。

什么是安全?安全是在人类生产过程中,将系统的运行状态对人类的生命、财产,环境可能产生的损害控制在人类能接受水平以下的状态。安全是相对的,不存在绝对的安全。要保证产品足够的安全就必须从设计,制造,使用和维护等多个方面入手。

民机产业与其他产业不同。

首先,飞机是一个高科技,涉及学科范围广,零部件数量庞大的机,电,液一体化产品。在经济全球化的今天,为了提高生产效率,各民机制造厂商纷纷采用飞机零部件外包,然后再统一装配的制造方法,民机制造业已经是全球合作的产业。要保证飞机的质量就必须为全球的供应商制定一个统一的质量标准并严格执行。

图2 遍及全球的波音787供应商

其次是民机不同于军机。

为了完成某个战略战术目的,设计一款军机可以甚至完全可以不考虑设计,生产,制造使用的成本问题,舒适度问题,军机只要能用即可。由于大多数军机只是为了满足本国的军事需求,完全可以不考虑相关的国际公约。

但对于民机,我们就必须考虑飞机的研发,设计,生产,制造,使用成本问题和舒适度问题。没有任何一家航空公司愿意购买一款经济性能差的飞机———赔本的买卖不干;没有任何一个乘客愿意乘坐舒适性差的飞机———花钱买不爽。

为了使民机能够获得更大的市场,民机的生产必须面向世界,严格遵循各种国际公约,并取得权威部门的认证。目前世界民机领域最权威的部门就是FAA(美国联邦航空局)和EASA(欧洲航空安全局)。当然,现在我们的CAAC(中国民航总局)在国际的地位也会节节高升。

图3 难产的ARJ21飞机

我们就以我国的歼15与ARJ21飞机为例,谈谈二者的区别。2002年,国务院批准ARJ21飞机项目立项,2008年11月28日,ARJ21首飞成功,至今ARJ21仍未投入商业运营。7年时间已经快过去了,为何ARJ21仍未投入商业运营?用官方的话说,它在艰难地进行取证和各种严格的试验。民机要投入市场就必须取得相关部门的安全认可证明。AR21是我国第一款按照国际标准制造的飞机,也就必须满足国内和国际的各种标准。

2009年8月,歼十五进行了首次的陆基飞行测试,2013年12月初,歼15正式服役。从试飞到投入运营,只用了4年4个月。从这个角度讲,制造出一架成功的客机甚至比军机还要艰难,它需要要考虑更多的问题,满足更多的要求。

正如上文所说,为保证飞机质量就必须为各供应商制定一个统一的标准,这个标准必须具有足够的权威性,可执行性。为此各组织都设立了专门的部门来制定,修改标准并且监督检查并确保各标准严格执行。我国设立相关机构叫CAAC(中国民用航空局)。由于我国的航空工业比较落后,为了尽快与国际标准接轨,提高我国民航产品的安全水平。中国民航局以美国联邦航空管理条例为蓝本,结合我国的具体国情制定了CAAR(中国民用航空管理规章)。

图4 专门管理我国民航事务的中国民航局

基于民机产业以上两点原因,人们提出了适航性的概念。适航性是飞机安全性与经济性的一个平衡。它指民用航空器包括其部件及子系统整体性能在预期运行环境和使用限制下保持安全性和物理完整性的一种品质。这种品质要求航空器应该始终符合其型号设计并始终处于安全运行状态。民机的安全性的管理就是指民机的适航性管理。

从飞机的生命周期出发,为了研究方便,人们把飞机的适航管理分为初始适航管理,持续适航管理。初始适航管理是对民航航空器设计,制造适航性的控制;持续适航管理是对民用航空器的使用,维修适航性的控制。

图5 ARJ21型号合格证颁证仪式

先来讲讲初始适航管理,初始适航管理涉及对航空器及其零部件,设计,制造的管理。《中华人民共和国适航管理条例》规定设计民用航空器及其发动机,螺旋桨和民用航空器上相关的设备,应向中国民航局申请型号合格证书。型号合格证书是局方(中国民用航空局)对产品设计方案满足适航要求的一种认证,是产品设计安全的保证。对于用于民用航空器的进口产品必须取得民航局颁布的型号认可证和补充型号认可证。也就是说与民用航空器有关的零部件的设计必须安全,必须取得局方的认证。

这里谈几点飞机设计中与飞机安全有关的几个重要的概念及设计思想:安全系数,损伤容限设计思想,时寿件,缓慢裂纹拓展结构,破损安全结构,破损安全止裂结构。

为了保证飞机结构具有足够的强度和刚度,CAAR-25部(《运输类飞机适航标准》)规定:除非另有规定,否则使用载荷作为结构的外载荷时,飞机的刚度和强度必有1.5倍的安全系数。飞机的安全系数是飞机设计载荷与使用载荷的比值。使用载荷是飞机使用过程中预期的最大载荷。在设计飞机时,通常采用一个比使用载荷大适当倍数的载荷来进行强度,刚度设计,这个载荷就称为设计载荷。

飞机设计过程中,除了考虑飞机结构静强度和刚度外,还必须考虑飞机的抗疲劳性能。抗疲劳性能是飞机抵抗循环载荷对飞机造成破坏的性能。与飞机抗疲劳性能有关的设计思想有安全寿命设计思想和损伤容限设计思想。安全寿命设计设计就是用数理统计的方法,通过设计试验和分析来确定飞机零部件的安全寿命,保证在安全寿命的期内,其发生疲劳破坏的概率最小。简单地说就是给零部件一个寿命,寿命截止时及更换或者检修。(通常我们称这种零部件叫时寿件)这个寿命可以以日历年限来计算,也可以用飞行循环数,起落次数来计算。虽然这种思想具有一定的局限性,但在一些零部件中仍然采用。例如飞机机轮,刹车等等。

损伤容限设计思想是承认结构在使用前就带有初始缺陷,但必须把这些缺陷在规定的未修使用期的增长控制在一定范围内,使结构满足规定的剩余强度要求,以保证飞机的安全性和可靠性。损伤容限设计结构应该是缓慢裂纹拓展结构或者是破损安全结构,或者是二者的组合形式。

缓慢裂纹拓展结构的裂纹以稳定、缓慢速率拓展,以保证在规定的检查周期内,在使用载荷作用下,结构内的初始缺陷不至于拓展到临界裂纹的尺寸。破损安全结构又分为破损安全多路传力结构和破损安全止裂结构。破损安全多路传力结构是指具有两条或者两条以上的传力路线,当一条传力路线由于遭到破坏后载荷仍然可以通过其他路径传递下去。飞机上重要的系统都采用了多套传力路线,例如飞机起落架的收放系统,操纵系统等等。破损安全结构是指飞机结构通过止裂孔,止裂带,蒙皮分块等使已产生的裂纹停留在所设计的止裂区域内不再向前发展。

为保证航空器发生意外情况时造成的损失最小,FAA要求客机迫降必须有90s以上的安全时间,飞上所有的乘客和机组人员都能够在90s内撤离飞机;飞机必须携带救生筏,救生衣,信号发射器,手电筒,灭火瓶等应急救援设备,并且定期对这些设备进行检查确保它们安全有效。同时飞机必须有相应的ETOPS功能。

ETOPS是什么,具体可参考:

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5MDI3MjUwOQ==&mid=400020163&idx=1&sn=a34d679088b2acc6059697d540451861&3rd=MzA3MDU4NTYzMw==&scene=6rd

图6 目前民航领域数量最多的CFM56系列发动机

《中华人民共和国民用航空法》规定:民用航空器及其发动机、螺旋桨和民用航空器上的设备,取得型号合格证书,并且符合《民用航空产品和零部件和审定规定》的相关要求后,才能够取得生产许可证并进行生产。除局方要求检查产品是否符合批准的型号设计并处于安全可用状态外,生产许可证持有人无需进一步证明即可获得航空器的适航证或发动机、螺旋桨的适航批准书并将其安装在经过合格审定的航空器上。

与此同时民航局也规定了某些材料,零部件或机载设备的最低性能标准。所有的相关产品必须满足该标准。局方以颁发技术标准规定项目批准书的形式来表明对规定项目的制造人设计和生产的认可。但按照技术标准规定项目批准书制造的项目,如果要安装到航空器上使用,还必须取得局方的装机批准。

在飞机出产之前,飞机制造厂商还需要编写大量的文件,来对飞机组成,原理,常见故障的处理方法,飞机可更换件,甚至是材料零部件的可选供应商厂商进行详细地说明。以上这些文件的编写都必须遵循一定的国际标准,目前广泛采用的标准是ATA2200,。

《中华人民共和国民用航空法》规定:具有中华人民共和国国籍的民用航空器,应当持有民航局颁发的适航证,方可飞行;对于租用外国的民用航空器应当持有民航局外国适航证认可书或者是重新颁发的适航证方可飞行。

航空器在获取适航证的过程要进行一系类的苛刻的实验,包括静力试验,重着陆试验,最大刹车能量终止起飞试验,大迎角起飞实验,结冰试验,失速,最小离地速度……这些实验场景在日常飞行中都是比较少见的,这样做的目的就是要保证飞机在意外的情况下仍然能够安全。取证试验是对飞机性能的综合考验,是飞机投入商业运营的最具挑战的项目。至此初始适航的相关工作已经接近尾声。

图7 ARJ21应急撤离演示试验

颁发生产许可证和材料,零部件,机载设备的批准,以及适航证,适航批准书,外国适航证认可书是局方对所生产的航空产品满足适航要求的一种认证,是对生产,制造安全的保证。

下面开始对持续适航的介绍,为了保证民用航空活动安全有秩序的进行,《中华人民共和国民用航空法》对于航空有关的航空器,航营运人,维修单位,航空人员,机场,空中航行等方面都做了原则性的规定。这些规定涉及到所用的民航单位和个人。

鉴于专业和篇幅本文就以航空承运人为主线,挑选几点来说明航空器的持续适航管理问题。持续适航管理是对民用航空器使用,维护安全性的保证。

图8 中国国际航空公司

航空承运人对飞机的持续适航负责。航空承运人要想取得承运资格就必须按照相应的规章的要求和局方的规定提交申请书及材料,局方按照相应规章中条款规定的期限、步骤和做法对其进行受理和和审查,经审查满足要求后承运人才能够取得相应的运行合格证。

航空承运人雇用的直接参与航空器运营的各种人员,也必须满足相应规章制度的要求。这些规章制度有《民用航空器驾驶员和地面教员合格审定规则》,《民用航空器维修人员执照管理规则》,《航空安全员合格审定规则》,《民用航空飞行签派员执照管理规则》……为保证运营,参与航空器运营的核心人员满足相应要求,局方会对各类人员的资质进行审查和监管,若不满足规章要求,局方会要求营运人作出整改,直到满足要求。

为保证飞机始终处于适航状态,营运人必须根据相关的要求建立自己的维修工程管理体系,该维修体系通常包括以下四个部门,工程技术部,质量部,维修计划科控制部以及培训部。局方也会对这个体系进行审查,监督,确保各项规定严格执行。

图9 中国南方航空的维修工程管理体系主体

综上所述,为保证民航飞机的安全,我们做到了设计,制造,生产,运营,维护,360度无死角的全方位防护,同时我们也有一套完整严格的管理体系。试问,在世界范围内,哪一款产品可以做到像民航飞机这样?因此,可以自信得说,飞机绝对是最安全的交通工具。

民航飞机的硬件安全性已经远远超出人们的预期。借用原美国联邦航空局局长1986年的著名结论我们花了50年的时间在飞的硬件上,现在硬件已经非常可靠了,如今该是与人打交道的时候了。没错,所用空难的事故调查结果显示,目前几乎所有的空难都是人为因素造成的。具体案例与细节参考纪录片《空中浩劫》。

再看一组数据。根据民航资源网统计,截止2014年9月底,空客和波音两大飞机制造商的飞机数量占据中国内地运营飞机总数的93.36%。

图10 中国内地运营客机制造商比例分布

也就是说你在中国乘坐飞机有93.36%概率乘坐的是波音,空客制造的飞机。波音,空客制造的飞机必须分别满足FAA,EASA相应的适航标准体系,而这两种适航体系是当今世界上最为安全和严格的,被各国认可的适航标准体系。要知道我们的ARJ21为了取得CAAC的认证花了7年时间仍然没有走到尽头。将来我们的C919想要走向世界,就必须取得FAA,EASA的认证,这必将是艰难的旅程,从这个角度讲,c919的下线是它走向世界万里长征的一小步一点也不为过。

还有一点需要注意,为保证飞机运营的安全,我国飞机承运人普遍采取了保守的做法:使用新飞机。对于一些老旧飞机飞机要么卖掉,要么改为货机。从下图中我们就可以看出,我国现运营飞机绝大多数都是新型的飞机,机龄都不长。

图11 中国内地运营客机机型数量排行TOP10

有人说会问汽车如果出现设计,使用类问题会有安全召回,飞机有吗?遗憾地回答是没有。但飞机有更为严格的监管,对于出现的无法解决的问题承运人需要提交使用困难报告;对于超出手册的任何维修与改动需要提交有关部门备案;对于出现安全性问题,厂家会颁发服务通告,这些通告有些是建议性质的,但只要涉及安全问题,中国民航局会要求承运人严格执行服务通告的相应操作程序。

文章中谈及飞机安全时,我借用了FAA和CAAC的相关条例进行说明,可能有点混乱。但又一点可以肯定,在中国运营的绝大多数飞机都是严格遵循上述管理局的安全规定的。FAR和CAAR很多时候是保持一致的。

谈及飞机安全总会有诸多谣言,捡几点进行说明:

谣言1:飞机在空中出现故障,就会发生空难,只要发生空难飞机上人员存活几率几乎为零。

先来讲讲主最低设备清单(MMEL。主最低设备清单是航空制造厂家指定的经局方批准或者认可的在特定运行条件下可以不工作并且仍然能够保持航空器处于可接受的安全水平的清单。它规定了这些设备不工作时航空器的运行条件,限制和程序。航空营运人根据主最低设备清单结合自己实际情况制定了自己最低设备清单,最低设备清单也必须经过局方的认可。但相应有故障设备必须在局方要求的期限内修复。

局方和厂商是允许飞机带故障飞行的。即使设备清单以外的设备发生故障,大多数合格的飞行员应该能够应用自己的专业技能将飞机降落。飞行员需要定期进行各种非常状况飞行的培训。再退一步,即使飞机坠毁,只要救援及时,也还会有生还的可能。每个承运人都有自己的经过局方批准的应急预案。

辟谣2 :国产飞机不如国外飞机安全。

只要设计,制造,生产,使用,维护标准一样,就不存在国产飞机不如国外飞机安全的说法。问题是目前,我国国产在运营的客机没有一架是按照FAA,或者EASA等国际标准制造的。ARJ21是我国第一个按照国际标准制造的飞机但仍未投入运营。

回到问题开始,为什么会那么多的空难?原因不外乎,恐怖袭击,飞机老旧,飞机性能不佳,民航工作人员失职。这些因素哪些在当前中国民航界存在?针对我国的恐怖袭击?当前国际形势结合中国民航的安全措施发生的可能性不大。如果要发生恐怖袭击,即使你再音乐厅也是躲不了的。这点我们有时真的无能为力;飞机老旧,性能不佳?这种情况几乎不存在,我们用的绝大多数都是较新的较先进的飞机。可能的原因只有人为差错了。我国对民航从业的关键人员都有严格的资质要求。为了减少人为差错,每个民航关键人员都必须学习一门叫人为因素的课程,并通过相应的考核,这是法律规定。基于以上,我可以肯定地说在中国飞机绝对是最安全的交通工具。

试问当前中国,哪一个设备能保证设计,制造,运营,维护360度全方位采取严格的安全措施;哪一款设备在即使发生故障时仍能够将危害减小到最少:哪一款设备能保证只要人不出现严重差错设备就几乎不会出故障。真的好像只有飞机。

在此向那些尽职尽责的民航工作人员致敬!

我知道会有人出来喷。我只想说绝对安全是不存在的,我们不可能也没有必要做到绝对的安全。我说的绝对是最安全的也是相对其他设备的。飞行事故也不可能不发生。行走在路上都可能发生事故,何况是在乘坐交通工具。有的担心和杞人忧天是一个性质的。

中国机队规模已经连续多年位居世界第二。目前,我们能拿的出手的国产民航飞机却没有一架。在中国现运营飞机中,有99%以上都是国外的。作为民航人,作为中国人每次提及中国的民航大飞机,心中都会涌出一丝无奈。

我希望将来的国产民航客机投入运营,大家一定要支持一把。我们的飞机走的是国际化标准,我们的飞机也是最安全的。

最后强调:

有人说,用事故率,死亡率来说明飞机最安全简单又有效。真的吗?试问事故率,安全率如何统计,统计范围如何界定。这些率都是怎么得到的呢?假设,假设,还是假设,忽略,忽略还是忽略……

我们在谈论生命安全,你给我来这些,这是拿生命在开玩笑。而且以上这些只是概率,说的也只是过去,是已经发生的事,而科学技术和管理在不断地进步,飞机也在越来越安全。个人觉得唯有从适航性的角度来解释这个问题才显得严谨与科学。

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