2009年7月18日 星期六

航空漫談:飛機認證的費用有多貴

特此致謝邢有光將軍撰文並允發布

前言

在上一篇「飛機空中解體的可能性有多高」文章裡,曾提到美國聯邦航空法規第23、25、27、29、33章為航空器及發動機設計時的適航標準。但是它們真正的涵意不僅僅是一個「標準」而已,更深一層的意思是在航空器及發動機設計上最起碼的安全要求。在「FAA三大認證」文章裡,則提到所設計的航空器必須在滿足法規的要求後,也就是展現對法規的順從美國聯邦航空總署才會頒給你一張具有價值也能出售的型別認證。這些需要滿足、順從的法規則見於第23、25、27、29、33、34、36章。本文則由透過「適航驗證企畫書」來介紹如何編寫一套計畫,向美國聯邦航空總署說明要用何種方法來證明你所設計的飛機能達到了這些法規的基本安全要求,再從這本企畫書來窺視一下,要通過美國聯邦航空總署的認證系統,研發一架新的小型噴射商務飛機所需的經費有多貴。

註:「適航驗證企畫書」的英文直譯為「符合方法」或「順從方法」。

認證法規

當然在編寫適航驗證企畫書之前,首先一定要清楚地瞭解自已的航空器(飛機或旋翼機)是要符合、順從美國聯邦航空法規的哪一章節,也就是說要依據哪一個章節來執行認證工作,這有點像是自已出了個申論證明題的題目,然後自已列舉各種方法證明自已是正確的,不過最後的核准權是在老師–美國聯邦航空總署手裡。舉例而言,你若是設計一架小型的噴射商務飛機,例如西斯那公司的CJ3或華揚史威靈飛機公司的SJ30,就必須依照下列美國聯邦航空法規章節以及可能涉及到的特殊要求來執行認證:

  1. 第23章,增修第23~53節,小飛機及通勤類飛機適航標準
  2. 第34章,飛機燃油排放及廢氣排放標準
  3. 第36章,噪音標準
  4. 豁免條款
  5. 特殊條款
  6. 對等安全條款

前三項法規就清楚的規定在飛機設計上、在發動機餘油排放及發動機廢氣排放標準上、以及在噪音標準設計上應該滿足或順從之基本要求,因為內容繁多且涉太多專業知識無法在本文內一一詳述。不過第一項著重在飛機設計時的適航標準,第二項及第三項則偏重在環保上之要求。

依據美國聯邦航空法規第11.25章節的法規制定程序的內容,任何人均可以向美國聯邦航空總署請求發佈一個新規定、或者修正、廢止一條已有的規定,同時也可以請求排除適用已有的某一規定的要求。美國聯邦航空總署稱呼排除適用的要求為豁免,舉個例子,在美國聯邦航空法規第23章中規定,你所設計的飛機要是屬於通勤類的話,則必須是螺旋槳飛機,如果你要用噴射發動機的話,就需要向美國聯邦航空總署申請排除適用螺旋槳的規定。

依據美國聯邦航空法規第11.16章節的航空器、發動機及螺旋槳認證程序的內容,一架新設計的航空器由於應用新觀念和特殊設計方式,以致在現有的法規內沒有適當的條文來規範適航標準時,則美國聯邦航空總署可以發佈特殊條款來作為認證的準則。例如,你設計的飛機飛行高度在45,000英呎以上,但現有的第23章法規中沒有條文來規範45,000英呎以上時所必須滿足之基本安全要求,美國聯邦航空總署就會用特殊條款的方式清楚的寫出你必須遵守的新規定,作為未來認認的依據。

此外,依據美國聯邦航空法規第21.21章節的內容,若一架新航空器之設計雖有不符適航標準已有條文之情形,但是若能說服美國聯邦航空總署的專家,你目前的設計雖與已有條文不符,但是的確能滿足安全之需求時,則美國聯邦航空總署可用對等安全條款的方式,同意你的設計作為未來認證的依據。例如在第23.807章節中己明白規定小型飛機逃生門的長寬之最小尺寸,若你所設計的逃生門比較寬但比較短,雖與已有條文不符但能證明是安全的,美國聯邦航空總署即可引用你的設計尺寸大小為未來驗證的依據。

適航驗證企畫書

在瞭解所依據的法規條文後,下一個步驟當然是針對條文內容,不論是在飛行操縱控制上、結構設計上、系統設計上、製造技術上、環保要求上,一一詳讀並瞭解條文的意義及內涵,(其實在設計之前即應有所瞭解,否則設計好了再來瞭解,若有不符法規的地方,修改起來不是一件簡單的事),再逐條說明自己的設計可用什麼「方法」來證明是符合法規要求的、是能達到飛行安全標準的、是滿足適航標準的。這本方法書則稱為「適航驗證企畫書」,(英文直譯為「符合方法」),其內容不但在編寫時需要與美國聯邦航空總署專家反覆討論,其最後核定權亦是操在美國聯邦航空總署手裡。

一般而言,要證明一架飛機的設計及製造成品是否滿足或順從法規的要求,其方法不外乎用理論分析以及實際測試。依據美國聯邦航空總署的定義,可以用下列四類方法來驗證自已的設計是符合法規的:

  1. 分類碼D,表示用報告、數據、設計藍圖等資料來驗證
  2. 分類碼A,表示用分析的方法來驗證
  3. 分類碼T,表示用地面測試、實驗室測試、飛行測試等測試方法來驗證
  4. 分類碼O,表示用其它的方法來驗證

例如在美國聯邦航空法規第23.803章節中規定一架通勤類的飛機緊急狀況發生時,所有機上乘員必須在90秒內逃離。這個時候只能用「實地模擬」的方法來證明機上乘員確實能在90秒內由緊急逃生路線及艙門離開飛機,而且美國聯邦航空總署還規定這個實地模擬不能事先練習呢!這便是屬於O類別–其它方法之一。

由於第23、34、36章多為條列式規定,鮮少有長篇大論的,因此依據每一條文的內涵,即可給予適合的分類碼,來說明用什麼方法來驗證自己的飛機設計是符合法規要求的。但是每一個條文並非僅需一個分類碼,經常是二個以上的!這亦表示每一條文經常需要由兩個以上的方法才能充份的證明自己的設計是滿足法規要求的。

然後,再把負責驗證的相關人員,例如美國聯邦航空總署委任工程代表列上去,根據上述準則即可編撰完成適航驗證企畫書,作為執行認證工作之依據。不過這本企畫書(方法書)僅僅是一本高層次的計畫報告而已,並非認證工作已完成,真正要大費周章努力去做的是確實的依這本企晝書去撰寫詳細的測試計畫,每一本計畫都要獲得美國聯邦航空總署委任工程代表的認可,再送美國聯邦航空總署核准。然後再依詳細的測試計畫去執行各項理論分析、地面測試、實驗室測試、以及確實的去執行最耗時耗力的飛行測試!各項分析或測試完成後,便要撰寫結果報告並送交美國聯邦航空總署核准。若在測試的過程中,數據經分析後發現有不符合法規條文之要求時,則必須將設計加以修正後再分析或測試,直到滿足或順從標準為止。這樣方可保證所設計的飛機是符合前述之法規條文,亦是滿足適航標準的飛機!通俗的說法,這樣才是一架具有「飛行安全」的商務飛機!

結語

基本上,適航驗證企畫書包括了全部相關的認證法規條文、認證方法和分類碼,同時亦將負責人員列入,當然亦可將詳細測計畫及報告的編號一一列出。有了這本計畫之後,就可以清楚地看到未來執行認證工作的全貌。適航驗證企畫書是所有認證計畫中最高層次的計畫,根據它來規劃每一個細部測試計畫,再按細部測試計晝按步就班的去執行。法規上的條文有時是簡單的一、兩句話,也不過兩、三行而已,但是其所包涵之意義內容要去執行時卻是十分耗時耗力的。根據美國商務飛機的統計資料,一架新飛機要通過美國聯邦航空總署的認證,大概要用五架原型機來執行相關的空中及地面測試,認證報告平均要撰寫600本,飛行測試平均要2000飛行小時,整個認證過程要是順利的話也要耗時兩年,再加上成立一公司來支援維持這些研發工作的費用,可以想像花費的成本有多麼貴,沒有足夠的資金是玩不起飛機的研發工作的!

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