ASTM F3316/F3316M-19
Стандартные спецификации для электрических систем самолетов с электрической или гибридно-электрической силовой установкой

Стандартный №

ASTM F3316/F3316M-19

Дата публикации

2019

Разместил

American Society for Testing and Materials (ASTM)

Последняя версия

ASTM F3316/F3316M-19

сфера применения

Обзор стандарта и техническая база

ASTM F3316/F3316M-19 — это техническая спецификация, опубликованная Американским обществом по испытаниям и материалам специально для электрических систем электрических и гибридно-электрических самолетов. Этот стандарт был разработан в критический период перехода к электрификации авиации. С быстрым развитием технологий аккумуляторных батарей, управления двигателями и силовой электроники традиционные стандарты авиационной электротехники больше не в полной мере учитывают уникальные требования этих новых двигательных систем. Этот стандарт заполняет пробел в стандартах летной годности для электрической авиации, предоставляя техническую основу для сертификации электрических двигательных установок (ЭПУ) и систем накопления энергии (ЭСЭ).

---

Область применения и позиционирование системы

Этот стандарт в первую очередь касается электрических двигательных установок для самолетов стандартной категории, уделяя особое внимание традиционной компоновке и характеристикам электрических двигательных установок. Для гибридно-электрических конфигураций (с использованием как электроприводных двигателей, так и двигателей внутреннего сгорания) он должен применяться совместно со спецификацией F3231/F3231M. Стандарт разработан на основе международного консенсуса и воплощает в себе опыт международных экспертов в области гражданской авиации.

Тип системы	Применимые стандарты	Особые требования	Сложность сертификации
Чисто электрическая силовая установка	F3316/F3316M	Упор на безопасность ESS	Средняя
Гибридная электрическая силовая установка	F3316/F3316M + F3231/F3231M	Интеграция и взаимодействие систем	Высокая
Обычный двигатель внутреннего сгорания	F3231/F3231M	Система генератора	Низкий

---

Анализ ключевой терминологии

Стандарт устанавливает всеобъемлющую систему терминологии электрической авиации с тремя основными концепциями, требующими особого внимания:

Код типа воздушного судна (ATC): система определения соответствия стандартам на основе технической конструкции и риска, определяющая уровень летной годности воздушного судна с помощью многомерной комбинации символов.

Непрерывный безопасный полет и посадка (CSFL): определяет основные требования для обеспечения безопасности воздушного судна в случае отказа системы и является основной целью безопасности при проектировании электрической системы.

Система управления батареями (BMS): любая электронная система, которая управляет перезаряжаемыми батареями, включая такие функции, как защита батарей в пределах безопасной рабочей зоны, мониторинг их Состояние, расчет вторичных данных и контроль окружающей среды.

---

Углубленный анализ требований к основным электрическим системам

Мощность и система распределения электроэнергии

В пункте 4.1 определены основные требования к мощности электрических двигательных установок. Каждый установленный элемент, необходимый для сертификации типа или соблюдения правил эксплуатации, является «базовой нагрузкой» для источника питания. Источник питания и система должны быть способны обеспечивать мощности, указанные в пунктах 4.1.1.1–4.1.1.3, для возможных комбинаций и продолжительностей работы.

Анализ ключевых требований:

• Поддержка всех подключенных нагрузок во время нормальной работы
• Поддержка всех основных нагрузок после отказа любого ESS или основного источника питания
• Поддержка всех основных нагрузок, требующих резервного питания, после отказа любой системы

Требования к продолжительности питания должны быть продемонстрированы путем испытаний или анализа и включать все основные нагрузки, необходимые для продолжения безопасного полета и посадки.

Характеристики устройств защиты цепей

В пункте 4.3 указаны подробные требования к устройствам защиты цепей:

Тип устройства защиты	Требования к установке	Характеристики сброса	Работа в полете
Основное устройство защиты цепей	Все цепи (кроме неопасных)	Требуют ручного сброса после срабатывания	Сбрасывается в полете при необходимости
Критические для безопасности полета цепи	Не должны защищать другие цепи	Конструкция со свободным срабатыванием	Должна быть сбрасываемой в полете

---

Особые требования к аккумуляторным системам

Пункт 4.9 предъявляет строгие требования к проектированию и установке аккумуляторных батарей, отражая особые соображения безопасности электрической авиации:

Управление тепловой безопасностью: Конструкция батареи должна обеспечивать поддержание безопасных температур и давлений батареи при всех возможных условиях зарядки и разрядки. Это включает зарядку при максимальном регулируемом напряжении, зарядку в течение самого длительного времени полета и сценарии зарядки в самых неблагоприятных условиях охлаждения.

Контроль выбросов газов: Взрывоопасные или токсичные газы, образующиеся при нормальной работе батареи или отказе системы зарядки, не должны накапливаться в воздушном судне до уровня, который может вызвать риск пожара/взрыва или быть вредным для пассажиров.

Защита от короткого замыкания: Установка батареи должна предусматривать меры для предотвращения максимального тепла, выделяющегося при коротком замыкании батареи или ее отдельных ячеек, от опасного воздействия на конструкцию или важные системы.

---

Руководство по внедрению матрицы соответствия УВД

Матрица соответствия УВД, представленная в Таблице 1, является ключевым инструментом для внедрения стандарта, определяя применимость конкретных требований с помощью многомерных полей символов:

Правила использования матрицы:

• Пустая ячейка: Этот подпункт применяется к воздушному судну
• Белый круг (○): Этот подпункт не применяется только тогда, когда применимы все применимые поля символов УВД
• Зачеркнутый знак (×): Если это поле символа УВД применимо, этот подпункт не применяется

Например, для воздушного судна с УВД 1SRLLDLN этот подпункт применяется, поскольку все применимые столбцы в 4.2.1 пусты; Однако если столбец скорости сваливания «L» и столбец метеорологических условий «D» в пункте 4.1.1.2 содержат белые кружки, то этот подпункт не применяется.

---

Вопросы интеграции и совместимости систем

Интеграция электрических двигательных систем требует особого внимания к электромагнитной совместимости и межсистемному взаимодействию:

Электромагнитная совместимость (ЭМС): Пункт 4.8 требует, чтобы радио- и электронное оборудование, контроллеры и проводка были установлены таким образом, чтобы работа любого блока или системы не оказывала негативного влияния на одновременную работу любого другого радио- или электронного блока или системного блока, требуемого правилами гражданской авиации.

Интеграция управления тепловым режимом: Охлаждение для системы аккумуляторных батарей, контроллеров двигателей и силовой электроники должно быть спроектировано в координации с системой контроля окружающей среды воздушного судна, чтобы гарантировать поддержание безопасных температур в самых суровых условиях.

---

Рекомендации по внедрению сертификации летной годности

Для сертификации летной годности на основе настоящего стандарта рекомендуются следующие стратегии внедрения:

Раннее Участие: Включайте требования летной годности на этапе концептуального проектирования, чтобы избежать серьезных изменений в конструкции на более поздних этапах процесса.

Анализ рисков: Используйте основанный на оценке рисков подход для определения требований проверки и методов соответствия, особенно для новых или уникальных особенностей конструкции.

Проверка испытаниями: Ключевые требования, такие как требования к продолжительности работы и термобезопасности аккумулятора, должны быть проверены путем испытаний, а анализ может использоваться только в качестве дополнительного средства.

Целостность документов: Убедитесь, что все проектные решения, аналитические расчеты и результаты испытаний полностью документированы, чтобы сформировать полную цепочку доказательств соответствия.

---

Тенденции развития технологий и эволюция стандартов

С быстрым развитием технологий электрической авиации этот стандарт будет продолжать развиваться:

Батареи высокой плотности энергии: Появление новых технологий батарей приведет к обновлению соответствующих требований безопасности, в частности, защиты от теплового разгона и локализации неисправностей.

Распределенная силовая установка: Необходимо дополнительно прояснить особые требования к многомоторным распределенным силовым установкам, включая возможности работы при неисправностях и стратегии распределения мощности.

Интеграция водородных топливных элементов: Особые требования безопасности водородно-электрических силовых установок требуют дополнительных спецификаций, особенно для систем хранения и управления безопасностью водорода.

Как базовая спецификация для электрических авиационных электрических систем, этот стандарт предоставит отрасли технический консенсус и эталонные показатели безопасности, а также будет способствовать здоровому и упорядоченному развитию технологий электрической авиации.