高清可复制 HB 7084-2014(2017) 民用飞机结构抗鸟撞设计与试验通用要求

　　ICS 49.020 V 36

　　民用飞机结构抗鸟撞设计与试验通用要求

　　General requirements for civil airplane bird-strike design and test

　　2014-05-19 发布 2014-10-01 实施

　　中华人民共和国工业和信息化部 发 布

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。

　　本标准代替 HB 7084-1994《民用飞机结构抗鸟撞设计与试验要求》。

　　本标准与 HB 7084-1994 相比技术内容变化如下：

　　——新编制了试验测量设备要求等;

　　——增加了试验单位资质要求和验证试验一般要求等;

　　——增加了适航要求和适航验证;

　　——修改了试验件安装等;

　　——增加了人工鸟弹等内容;

　　——对原稿标准中部分表达不确切、不便理解的内容进行了修订;

　　——对原标准早期的事例和数据不再采纳;

　　——重新编写了飞机结构抗鸟撞设计要求和飞机结构抗鸟撞设计目标及抗鸟撞能力分析。本标准由中国航空综合技术研究所归口。

　　本标准起草单位：中国飞机强度研究所、中国航空综合技术研究所。

　　本标准起草人：刘小川、贾 晓、郭 军、马君峰、李旭东。

　　本标准于 1994 年首次发布。

　　民用飞机结构抗鸟撞设计与试验通用要求

　　1 范围

　　本标准规定了民用飞机结构抗鸟撞设计一般要求、抗鸟撞能力分析要求、验证试验要求及技术文件等通用技术要求。

　　本标准适用于民用飞机，其他飞机可参考使用。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件， 仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　《中国民用航空规章第 25 部〈运输类飞机适航标准〉》(CCAR-25-R4) 中国民用航空局 2011年 11 月 7 日 中国民用航空局令第 209 号

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　撞击点 impact point

　　飞鸟质心前进轨迹与前进中飞机的结构表面的交会点。

　　3.2

　　空气炮 gas gun

　　由储气罐、发射机构、炮管等组成，用于发射鸟弹撞击试验件。

　　4 飞机结构抗鸟撞设计一般要求

　　4.1 概述

　　正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航规定中对风挡及其支撑结构提出了抗鸟撞设计要求， 运输类飞机适航标准则对风挡及其支撑结构、前缘结构及短舱等其他结构提出了抗鸟撞设计要求。

　　飞机总体设计应考虑飞鸟对结构撞击的影响，座舱和翼面前缘内的设备布置应考虑遭鸟撞击后可能发生的变形和破坏。

　　对飞鸟撞击后损坏可能会危及飞行安全的系统和设备，其安装位置应避开易受撞击部位。由于某些原因而不得不布置时，应采用保护装置(如隔板和吸能材料)，将该系统和设备置于受保护部位。

　　4.2 风挡及其支撑结构

　　风挡及其支撑结构应满足如下抗鸟撞设计要求：

　　a) 内层玻璃必须用非碎裂性材料制成;

　　b) 风挡及其支撑结构应能承受鸟撞载荷。

　　注：本条要求同 CCAR-25-R4§23.775(a)、(h)和 CCAR-25-R4§25.775(a)、(b)要求。

　　4.3 前缘及其他结构

　　其他结构包括通风窗、雷达罩、发动机短舱、发动机吊挂等。

　　前缘和其他结构应满足如下抗鸟撞设计要求：

　　a) 前缘蒙皮厚度最小为 1.2 mm，在鸟撞载荷引起的结构变形不应造成空气动力特性的严重变坏，不应影响结构总体强度;

　　b) 雷达罩结构经受鸟撞后，不应破坏气密端框;

　　c) 短舱前缘结构应具有与 1.5 mm 铝合金板材相当的抗鸟撞能力。

　　5 飞机结构抗鸟撞设计目标及抗鸟撞分析

　　5.1 设计目标

　　5.1.1 风挡及其支撑结构

　　除非能用分析或试验表明发生风挡破碎临界情况的概率很低，否则飞机必须有措施将鸟撞引起的风挡玻璃碎片伤害驾驶员的危险减至最小，必须表明驾驶舱内下列每块透明玻璃都能满足上述要求：

　　a) 位于飞机正面的;

　　b) 对飞机纵轴倾斜 15˚或更大的;

　　c) 其某一部分的位置会导致碎片伤害驾驶员的。

　　注：本条要求同 CCAR-25-R4§25.775(c)要求。

　　5.1.2 尾翼前缘

　　当运输类飞机尾翼前缘或翼盒内装有液压、操纵系统元件而没有保护装置时， 则前缘和前梁设计必须保证飞机以 CCAR-25-R4§25.335(a)选定的海平面巡航速度 Vc 飞行时，飞机与 3.6kg(81b)的飞鸟相撞，前缘或前梁不得穿透。

　　当运输类飞机尾翼前缘或盒翼内不含液压、操纵系统的元件时， 允许前缘的穿透速度低于海平面巡航速度 Vc，但由于鸟撞引起的结构变形、凹陷、穿孔等应不会导致飞行性能严重变坏及不影响结构总体强度，保证飞机继续安全飞行和着陆。

　　注：本条要求同 CCAR-25-R4§25.631 要求。

　　5.1.3 机翼前缘及其他结构

　　运输类飞机机翼前缘和其他结构经受 1.8 kg(4 1b)飞鸟的撞击后，飞机必须能够成功完成该次飞行。

　　鸟撞后的结构应能承受合理预期出现的静载荷，无需考虑这些载荷的动态影响，允许驾驶员采取纠正动作，如限制机动、避开紊流及降低速度。

　　注：本条要求同 CCAR-25-R4§25.571(e)要求。

　　5.2 抗鸟撞分析

　　可采用数值仿真方法分析结构的鸟撞问题，但分析方法和采用的程序应经过试验验证。

　　6 验证试验

　　6.1 总则

　　对于验证试验，试验大纲应经适航审定部门的批准。试验单位的相关试验设施需经过适航审定部门认证，或在试验前向适航审定部门提交试验设施的制造符合性声明，并通过适航审定部门对试验设施的制造符合性检查。试验件应有适航审定部门颁发的适航批准标签。试验过程应接受适航审查代表目击监控。

　　6.2 试验单位资质

　　试验承担单位应满足以下要求：

　　a) 经国家职能部门授权承担飞机结构强度鉴定与验证地面试验;

　　b) 按照国家有关标准建立了适用于飞机结构强度地面验证试验的质量管理体系，并通过国家授权机构审核认证。

　　6.3 试验方法与试验程序

　　6.3.1 试验方法与要求

　　采用空气炮按预定的压力发射鸟弹，撞击安装于试验夹具上的试验件。

　　鸟撞试验技术要求主要有：

　　a) 在鸟弹发射过程中，在不过度约束鸟体的前提下包装鸟体，并应配备用以保护和支持鸟弹的保护套，以防止鸟体破裂;

　　b) 在炮管末端，应有阻止保护套前进的分离装置，仅让鸟弹撞击试验件;

　　c) 鸟弹离开炮口后，应保持自由飞行。

　　6.3.2 试验程序

　　鸟撞试验可按以下程序进行：

　　a) 校准空气炮。正式撞击试验之前，必须采用与当次试验要求一致的鸟弹撞击模拟靶校准空气炮，以确定正式试验所需的压力。

　　b) 安装试验件并对试验件姿态进行检查。可使用激光瞄准装置校准预定弹着点的位置， 如果需要模拟平视显示器、飞行员/空勤组，则按其在飞机上的相应位置装好模拟件。

　　c) 安装并检查所有传感器和测试设备。

　　d) 按试验大纲要求值调节试验件的温度。

　　e) 制作鸟弹，记录质量。

　　f) 确认气炮系统及测量系统工作状态正常，进入发射程序。

　　g) 进行试验。

　　h) 试验后，保存试验数据;检查所有测试设备、仪器状态;记录试验件、模拟件损伤程度。

　　6.4 试验设备

　　6.4.1 试验设备组成

　　鸟撞试验设备主要包括空气炮、测量设备、高速摄像机、照相机等。

　　6.4.2 空气炮

　　在试验大纲要求的试验环境条件下，发射压力相同时空气炮的速度误差应小于 2%。

　　6.4.3 测量设备

　　6.4.3.1 测量设备要求

　　测量设备应能满足鸟撞试验测试的需要，所有计量仪器必须经计量检定/校准合格、且在有效期内，

　　并应提供相应的报告或检定/校准合格证书。

　　6.4.3.2 精度要求

　　测量设备精度要求为：

　　a) 质量测量设备精度不低于 1 g;

　　b) 试验件安装角度(俯仰角、偏航角)测量精度为 0.25˚ ;

　　c) 温度控制系统精度为±3℃;

　　d) 速度测量系统精度为±1%;

　　e) 位移测量系统精度为±2%(建议使用非接触方法测试动态变形);

　　f) 撞击力、应力/应变测量设备的采样率应不低于 100 kHz，系统精度为±3%。

　　6.4.4 高速摄影机

　　鸟撞试验过程中，建议使用三台高速摄影机，一台用于监控鸟弹飞行轨迹，另两台用于记录鸟撞击结构的全过程。高速摄影机应置于有利于清晰拍摄的位置， 并选择合适的镜头;试验场地有适合的光源布置。高速摄影机的最低拍摄速度按照下式选定：

　　F=1000+16.393V…………………………………………(1)

　　式中：

　　F ——拍摄速度，单位为帧每秒(帧/秒);

　　V ——鸟撞速度值，单位为米每秒(m/s)。

　　6.4.5 照相机

　　用于记录撞击前及撞击后的试验件状态，应能获得高质量的清晰照片。

　　6.5 试验环境

　　6.5.1 试验件的环境条件

　　试验件的环境应符合飞机型号设计规范，或由试验任务书规定。

　　6.5.2 试验件的温度控制

　　使用环境控制设备对试验件的温度进行调节,试验件上温度分布应均匀，不允许出现“冷点”或“热点”，可在试验件典型位置安装热电偶或使用红外摄像法进行监测。

　　6.6 试验件

　　6.6.1 试验件和支持结构

　　试验件及其支持结构，应是符合构件生产图样和专用技术要求的合格的全尺寸装机生产件，透明件可不考虑光学性能要求。

　　适航验证试验件必须通过适航审定部门的制造符合性检查，并取得适航批准标签。

　　6.6.2 试验件安装

　　一般假定炮管轴线为顺气流方向，地面为水平面，试验件的姿态在此坐标系内进行调整。

　　试验件安装要尽可能地模拟真实飞机的结构支持刚度、连接情况和与飞机的相对位置。风挡可安装在真实的或模拟的机身结构上，也可安装在试验台架上，座舱内可安放空勤组人体模型。机、尾翼前缘应带有一段相邻结构。

　　试验件上撞击点到炮口末端的距离应大于 10 倍炮口直径。

　　试验件安装时，应对撞击瞄准点进行下沉修正，即瞄准点相对撞击点应上移。下沉修正量可通过公

　　式(2)计算：

　　h …………………………………………………(2)

　　式中：

　　h ——瞄准点下沉修正量，单位为米(m);

　　g ——重力加速度值，单位为米每秒平方(m/s2);

　　s ——炮口距预计撞击点距离，单位为米(m);

　　v ——试验大纲规定的鸟撞速度，单位为米每秒(m/s)。

　　6.6.3 试验夹具

　　试验夹具设计应便于试验件的安装、调整， 撞击过程中不干涉试验件变形，不妨碍速度测量系统和摄像系统的工作。

　　6.6.4 紧固件

　　试验件安装所用的紧固件，应与真实结构相同。

　　6.6.5 试验件数量

　　试验件数量按试验任务书规定。

　　6.7 鸟弹及保护套

　　6.7.1 鸟弹

　　鸟弹由鸟体和包装物构成，分为人工鸟弹和家禽鸟弹。

　　6.7.2 人工鸟弹

　　人工鸟弹主要成分为明胶与水，是其固态混合物，参考密度为 950 kg/m3。

　　6.7.3 家禽鸟弹

　　按鸟弹的质量要求，选择鸡、鸭、鹅等家禽，于使用前一小时内致昏或闷死。

　　6.7.4 包装物

　　包装物用于防止撞击前鸟体变形或解体。

　　包装物应柔软、有韧性， 便于把鸟包装成圆柱体，对撞击物影响小，尼龙、棉织物、聚乙烯均可做包装物。

　　6.7.5 鸟弹形状

　　家禽鸟弹应包装成近似圆柱体。

　　人工鸟弹形状为两端半球体中间圆柱体，长度/直径比等于 2。

　　6.7.6 保护套

　　保护套用以保护和支持鸟弹，它需与鸟弹及炮管贴紧。

　　保护套用轻质木材、聚乙烯泡沫塑料等制造。

　　6.8 撞击点选择

　　6.8.1 风挡及支撑结构

　　风挡及支撑结构上的撞击点要考虑到风挡、支撑结构及连接情况，一般从下列几点中选择：

　　a) 结构刚度的最大点;

　　b) 结构刚度的最小点;

　　c) 有代表性的边缘点;

　　d) 每块风挡支持件的中心。

　　撞击点的位置和数量由试验任务书规定。

　　6.8.2 机、尾翼前缘

　　机、尾翼前缘撞击点位置在翼型的前缘线上，展向位置从下列各点中选择：

　　a) 相邻前缘翼肋的中心点;

　　b) 两段前缘对缝处;

　　c) 前缘蒙皮与骨架连接处;

　　d) 前缘上刚度最小点。

　　其位置和数量由试验任务书规定。

　　6.8.3 其他结构

　　位置和数量由试验任务书规定。

　　6.9 鸟撞试验的质量控制

　　6.9.1 鸟弹质量

　　鸟及包装物在使用前应测定质量，鸟弹、鸟及包装物的质量及允许偏差按表 1 规定。

　　表 1 鸟弹质量及允许偏差

　　单位为千克

　　对于家禽鸟弹，为了达到规定的鸟弹质量，允许切除或修剪鸟的翅膀和腿，允许注水或含水量 98%的胶体物质。

　　6.9.2 撞击点偏差

　　实际撞击点与预计撞击点之间的偏差，在垂直于鸟弹飞行方向半径 30 mm 的圆柱内。对翼面前缘，其偏差按试验任务书规定。

　　6.9.3 试验件安装角

　　试验件相对炮管轴线安装角偏差为±0.5˚。

　　6.9.4 速度测量

　　实测速度与预计速度偏差为±2%。

　　6.10 鸟撞试验结果评定

　　6.10.1 评定目的

　　鸟撞试验结果评定的目的是通过评估飞机结构损坏情况，判定结构是否能够承受鸟撞载荷。

　　6.10.2 评定依据

　　对试验前后的试验件进行检查，并记录试验过程中试验件的变形和破坏情况，作为评定试验的依据。提供的文件包括以下内容：

　　a) 试验件目视检查记录;

　　b) 试验件无损检查报告;

　　c) 速度测量记录;

　　d) 撞击力、应力/应变测量记录;

　　e) 撞击位移测量记录;

　　f) 高速摄像记录;

　　g) 现场照片。

　　6.10.3 试验结果评定

　　鸟撞试验后，出现下列情况是不可接受的：

　　a) 风挡及其支撑结构：

　　1) 鸟部分尸体或玻璃碎片飞进座舱;

　　2) 风挡变形过大，影响空勤人员工作及损坏设备;

　　3) 风挡剩余视野低于 50%;

　　4) 风挡和座舱骨架严重破坏。

　　b) 前缘结构：

　　1) 鸟部分尸体和结构碎片飞进前缘内部，击毁装于前缘内的系统和设备或使其失效;

　　2) 前缘凹陷、变形、局部破坏，造成空气动力特性严重变坏或结构总体强度严重降低。

　　c) 其他结构：飞机其他结构受鸟撞击后，出现影响飞机继续安全飞行的损伤。

　　6.10.4 损伤容限评定

　　除 6.10.3 条的严重损伤情况外，对于由鸟撞引起的不会对飞机和空勤人员形成危险的其他损伤，应进行损伤容限评定。

　　6.11 试验安全预防措施

　　在鸟撞试验期间，试验现场应有周密的试验安全保护措施：

　　a) 在鸟撞试验期间，所有人员撤离试验现场;

　　b) 试验场内设置防护屏，以免撞击后的碎片飞出。

　　7 试验文件的编写

　　7.1 概述

　　鸟撞试验文件编写主要包括实验任务书、试验大纲和试验报告的编写， 应满足型号合格审定程序的相关要求。

　　7.2 试验任务书

　　试验委托方应向试验承担单位提供试验任务书，试验任务书由试验委托方制定，并经试验承担方确认。试验任务书的内容通常包括：

　　a) 试验目的;

　　b) 试验项目;

　　c) 试验件数量、技术状态及配套清单;

　　d) 撞击点位置及数量;

　　e) 测试要求;

　　f) 试验件安装要求;

　　g) 试验环境要求。

　　7.3 试验大纲

　　试验大纲的内容主要包括：

　　a) 试验目的、依据、名称;

　　b) 试验地点、试验人员;

　　c) 试验步骤;

　　d) 记录项目;

　　e) 试验设备清单及校验批准说明;

　　f) 测试设备及其精度;

　　g) 试验判据;

　　h) 试验前如何表明符合性的说明等，其中所引用的文件、数据资料应有明确的说明， 必要时可提供审查。

　　7.4 试验报告

　　试验报告的内容通常包括：

　　a) 试验名称、时间、地点、目的和依据;

　　b) 试验件及其支持方式;

　　c) 试验考核部位;

　　d) 试验加载、测量设备;

　　e) 试验过程及程序;

　　f) 试验中出现的试验现象描述;

　　g) 试验测量项目;

　　h) 试验检查结果;

　　i) 测量设备的标定情况，试验的测量方法;

　　j) 测量数据、数据处理方法及处理结果;

　　k) 给出应变及位移随时间变化曲线;

　　l) 试验现场问题处理的质疑单、技术单(以电子版形式作为报告附件提供);

　　m) 试验结论。

　　此外，试验承担方应同时提供重要原始记录以及照片、高速摄影录制的鸟撞试验过程的完整录像(光盘)等。