王浩

【摘 要】本文介绍了欧洲宇航局的前轮转弯系统的适航条款，分析了条款内容，根据适航要求，提出了前轮转弯系统设计时应考虑的方面，给出了建议的符合性验证方法，对民用飞机适航取证具有指导意义。

【关键词】前轮转弯系统；适航；符合性验证

前轮转弯系统是飞机起落架系统的组成部分，是飞机主要的地面方向控制系统，是影响飞机安全起降的重要系统。美国民航局（FAA）和中国民航局（CAAC）的适航规章目前没有前轮转弯系统的条款，欧洲宇航局（EASA）发布的运输类飞机审定规范（CS-25）第25.745条是针对前轮转弯系统的条款，本文以此为基础，讨论大型民用飞机前轮转弯系统的适航考虑。

1 前轮转弯系统简介

大型民用飞机的前轮转弯系统一般采用电传-液压或者机械-液压两种控制方式，主要有三种工作状态：

1）低速滑行时，提供大角度转向；

2）高速滑行时辅助方向舵进行小角度航向修正；

3）自由转向状态。

低速时，通过设置在驾驶舱的1个或2个转弯手轮提供输入信号，高速纠偏时，转弯角度较小，一般采用脚蹬信号作为输入，当系统出现故障或者地面牵引时，可以通过设置在驾驶舱开关或者起落架上的液压装置，使转弯系统内部液压压力油路和回油油路接通，解除对前轮的控制，同时提供前轮减摆功能。

2 前轮转弯系统的适航条款

CS 25.745前轮转弯的条款如下：

（a）除非限制在低速情况使用，前轮转向系统必须设计成在起飞和着陆使用时不需要特殊技巧，包括在起飞滑跑的任何阶段出现侧风和动力装置突然失效的情况。这一点必须用试验来表明。

（b）必须表明在任何实际环境下飞行员的转向控制运动（包括在起落架收放过程中和在起落架收起后的运动）不得与起落架的收放运动干涉。

（c）在失效情况下系统必须符合CCAR25.1309或其等效安全判定的要求。系统的布置必须是：单个失效将不会导致前轮处于会产生危害影响的位置。前轮转向系统在需要表明符合CCAR25.233的地方，必须表明符合CCAR25.1309 或其等效安全判定的要求。

（d）前轮转向系统、牵引装置以及相关部件必须设计成或必须通过适当的方法对它们进行保护，以独立于飞机的方式操作飞机地面运行时：

1）不会产生影响前轮转向系统安全运行的损伤；或

2）如果可能产生损伤，则必须在飞机开始滑行之前向机组提供警告。

（e）当放下时，除非前轮能自动地处于纵向姿态（自动对中），否则就必须验证前轮在所有可能偏离中心的初始位置情况能成功着陆。

3 适航条款的解读、对设计的影响及适航符合性考虑

下面逐条对上述条款内容分析解讀，并结合条款要求考虑对转弯系统设计的影响，给出建议的条款符合性验证方法。

3.1 CS25.745（a）

条款理解

（a）条要求明确前轮转弯系统的使用条件，是否只在低速情况下使用。如果在高速情况下使用，起飞和着陆阶段“不需要特殊技巧”，即不需要使用专用设备——转弯手轮。本条特别提到，在起飞滑跑时出现“侧风”和“动力装置突然失效”的情况，这两种情况都会导致飞机会出现航向偏离，也就是说，在纠偏时也不可以使用转弯手轮。

本条明确要求需要通过试验验证。

条款相关的设计考虑

起飞和着陆这两个阶段飞机都是沿直线行驶，正常情况下无需转弯，但如果出现侧风，不对称推力等情况，则需要纠偏功能（小角度转弯）。高速时，为了应对航向偏离，飞行会操作方向舵实现纠偏功能，此时前轮转弯系统如果需要工作，并且不能转弯手轮，通常飞机设计成通过方向舵脚蹬信号作为前轮转弯系统小角度转弯（纠偏）的输入信号。

符合性验证方法

MOC1：通过系统设描述文件，说明转弯系统的设计具有高速时方向舵脚蹬控制方向的功能，或者表明前轮转弯系统高速时不具备转弯功能。

MOC6：通过飞行试验验证可以在不使用转弯手轮的情况下完成起飞和着陆；试验条件为：侧风起飞/着陆；单发失效时，起飞/着陆。

其中，单发失效时，前轮转弯系统要提供持续正常转弯能力。为了证明转弯系统满足要求，需要通过下面两种情况说明：

a）起飞时，一个动力装置失效，前轮转弯系统在剩余动力装置地面慢车时，支持飞机完成加速停止滑行；

b）在起飞或者任何后续飞行阶段发生一个动力装置失效，前轮转弯系统在剩余动力装置慢车时，完成一次着陆滑行。

3.2 CS25.745（b）

条款理解

（b）条要求很明确，前轮转弯运动不得与起落架收放运动干涉。由于前起落架参与了收放运动和转弯运动，从设计及安全性出发，要求转弯运动不能干涉收放运动，尤其是收放过程中及收上以后。

条款相关的设计考虑

起落架有4个状态：收上状态，放下状态，收上过程中，放下过程中。条款明确要求的是，收放过程中或收上后，前轮转弯运动不能与收放运动干涉。考虑飞机实际运行情况，当飞机进行收放运动或收上后，飞机是在空中的，此时进行前轮转弯是没有意义的，因为飞机在空，前轮的偏转无法改变飞机航向。

因此，通常飞机设计的前轮转弯系统激活的条件之一就是“飞机在地”。飞机在地有两层含义：1.前起落架放下并锁定；2.前起落架有轮载信号。

要满足上述两条，可以通过控制器逻辑实现，有的飞机则通过在前起落架转轴处设置液压控制装置，设计成只有前起落架放下转弯系统才能获得液压源。

符合性验证方法

MOC1：设计说明。描述前轮转弯系统的架构，说明只有起落架放下后，前轮转弯系统才能工作，两种运动时序不一样，不会干涉。

MOC5：机上地面试验。在起落架收、放过程中和起落架收上后，操作转弯系统，没有相应的前轮偏转。

3.3 CS25.745（c）

条款理解

（c）条为系统安全性要求，有3句话，第1句要求系统满足CCAR25.1309条要求，25.1309条是对机载系统通用安全性要求，在此不展开说明，简言之，本句要求前轮转弯系统也要像其他机载系统一样，进行安全性分析和验证。第2句是更细致的安全性要求，“单个失效不会导致前轮处于产生危害影响的位置”。考虑单个失效时，对于已经证明完整性的零件，如简单的插头或者单向阀，可以不用考虑其失效或未连接上。第3句，也是對第1句的补充，在表明飞机满足航向稳定性时，必须表明系统的安全性。

条款相关的设计考虑

为了防止单个失效时前轮在危害影响的位置，设计上要充分考虑冗余备份，转弯指令的输入要冗余备份，系统通常设置两个转弯手轮、两个转弯角度测量传感器，控制器也冗余备份，控制器需要监控系统的工作状态。

系统在设计过程中要贯穿着安全性的要求。在评估单点故障引起的前轮偏转导致危险情形时，应该考虑飞行员的对故障现象的本能反应，由于提供给飞行员的故障提醒比较紧急快速，还应考虑飞行员在采取应对措施的反应时间。

符合性验证方法

MOC3：对前轮转弯系统进行安全性分析，说明系统达到25.1309条要求的安全性要求。逐个分析可能的单个失效，证明不会导致前轮处于危害影响的位置。

3.4 CS25.745（d）

条款理解

“以独立于飞机的方式操作飞机地面运行”主要指的是“牵引”，飞机在航线运营时，经常要被牵引或者拖拽，除了常规的使用牵引杆拖拽飞机的方式外，无杆牵引车逐渐被航空公司采用，无杆牵引车采用抬起前起落架、捆绑或者箍住轮胎的方式牵引飞机，没有了牵引杆的限制，无杆牵引的角度大为增加，可以实现360°牵引。另外，无杆牵引对前轮转弯系统乃至前起落架的载荷输入都与有杆牵引完全不同。本条要求在各种形式的牵引时，前轮转弯系统不会损坏；如果可能产生损坏，需要在开始牵引前向机组提供告警信息。

条款相关的设计考虑

d（1）和d（2）是“或”的关系，满足对于d（1），就是要考虑到所有可能遇到的各种牵引形式和载荷，设计思路有：

a）转弯系统设计成能够承受任何牵引载荷；

b）转弯系统设计成允许360°牵引；

c）转弯系统可以被人工或者自动断开；

d）转弯系统在前起落架上装有过载保护装置。

如果d（1）较难实现，可以采用d（2）的要求，即牵引时可能会损伤转弯系统，但是滑行前会向机组人员提供告警信息。这条可以通过在前起落架上设置牵引指示灯实现，控制盒通过对飞机状态的判断，确定是否可以牵引飞机，通过指示灯传递给地面人员。

如果d（2）也无法满足，还可以有如下方法：

1）在飞机飞行手册，在限制章节中，应该声明“不允许使用无杆牵引”；

2）在飞机飞行手册，在限制章节中，应该声明“不允许使用无杆牵引，除非按特定的无杆牵引车的操作程序牵引，使用的无杆牵引车不会损伤转向系统或者当转弯系统损伤时，可以提供可靠告警信息”， 并且要在持续适航文件中要提供适用于机型的无杆牵引车型号目录；

符合性验证方法

MOC1：通过说明前轮转弯系统的设计时，考虑了各种牵引飞机的情况，系统不会在无杆牵引时受到损伤，或者说明前轮转弯系统具备损伤告警功能，还可以直接通过飞行手册限制飞机的无杆牵引。

MOC2：分析计算无杆牵引转弯系统的载荷，证明前轮转弯系统不会受到损伤。

MOC4：通过试验验证前轮转弯的损伤告警功能。

3.5 CS25.745（e）

条款理解

（e）条要求前轮转弯具备自动对中功能，否则需要验证飞机能在前轮在任何可能偏转角度下成功着陆。

条款相关的设计考虑

无论从对飞机的设计本身，还是从适航工作量来说，自动对中功能是必须的。

通常情况下，前起落架可以通过设置凸轮机构实现自动对中，当缓冲器压缩时，上下回中凸轮脱开，前轮可以自由转向；当飞机离地时，前起落架缓冲器伸长，上下凸轮啮合，使前轮回到中立位置。另外，在前起落架放下后着陆前，可以通过转弯转反馈传感器监测前轮偏转角度，或者设置如果偏角超出误差范围，自动通过液压驱动前轮回到中立位。

符合性验证方法

MOC1：通过前起落架的转弯机构的设计图纸或者控制系统设计原理图说明前轮转弯系统具备自动对中功能。

MOC5：机上地面试验，通过试验来验证前起落架放下后的前轮可以实现自动对中。

4 总结

本文介绍了欧洲宇航局的CS25.745条款，对条款进行了解读，针对条款要求，提出前轮转弯系统的设计上应该考虑的问题，提供了条款的符合性验证思路，对大型民用飞机的适航取证具有的指导意义。最后，祝愿中国的民用飞机能在欧洲的天空翱翔。

【参考文献】

[1]CS-25：Certification Specifications and Acceptable Means of Compliance for Large Aeroplanes.

[2]A320 Flight Crew Operation Manual.

[责任编辑：田吉捷]