高昊潼

【摘 要】民用飞机飞行必须保证飞机符合最低安全要求，即适航标准。对飞行载荷专业来说，进行载荷设计计算以表明对适航标准的符合性，是一个极其重大的课题。飞行载荷设计人员要表明对适航标准的符合性，顺利地通过适航取证，需要对适航技术进行仔细研究。本文选取了偏航机动适航条款为研究对象，对其条款的理解和符合性验证方法进行了深入的研究和探讨。

【关键词】民用飞机；飞行载荷；偏航机动；适航取证

Analysis and Research on the Airworthiness Technology of the Yawing Maneuver of Flight Load for Civil Aircraft

GAO Hao-tong

（General Configuration and Aerodynamics Department of Shanghai Aircraft Design and Research Institute of COMAC，Shanghai 201210，China）

【Abstract】It must be ensured the minimum safety demand namely the airworthiness regulation for civil aircraft.It is a greatly important project to indicate the compliance with the airworthiness regulation for the flight load group，who need pay much and deep attention to the airworthiness technology finally to succeed obtaining the airworthiness certificate.This paper puts forward much and deep research to the compliance with the airworthiness regulation according with the selected object of the yawing maneuver as the airworthiness item.

【Key words】Civil aircraft；Flight load；Yawing maneuver；Airworthiness certificate

0 引言

適航性[1]是按公众批准的最低安全要求继续飞行的航空器固有品质，公众要求设计人员严格按照适航要求设计飞机，保证飞机符合最低安全要求，并向局方（国内局方是指中国民航总局及其地方管理局）表明其符合性。公众还要求局方确认设计人的设计确实符合最低安全要求。适航审定的宗旨是：维护公众利益，保证航空安全，促进航空工业的发展。但是飞机的安全性是设计制造出来的，不是审查出来的，审查是公众派来的“第三只眼”，通过运用适航标准进行审查。

适航标准[2]是一类特殊的技术性标准，是民用飞机设计、研制、生产及使用维护中必须满足的最低安全标准。适航标准与其他标准不同，是国家法规的一部分，必须严格执行。同时适航标准又是通过几十年来世界运输类飞机研制、生产及其使用维护经验的总结，吸取了历次飞行事故的教训，是用生命和鲜血换来的，是没有知识产权限制的民机产业宝贵知识，是我国民机产业走向世界的重要知识源泉之一，是民用航空产业可持续发展的基石。

目前，各国适航标准中较有影响的是美国的FAR、英国的BCAR、欧洲联合航空局的CS。我国主要参考了国际上应用最广泛的美国适航标准，结合实际国情，于1985年颁布了运输类飞机适航标准（CCAR25）。

1 适航符合性验证方法

适航符合性验证方法[3]，是指申请人为表明对适航标准的符合性，所采用的各种验证方法。符合性验证方法主要有十种：符合性声明（MOC0），图样/说明（MOC1），计算和分析（MOC2），安全性评估（MOC3），实验室试验（MOC4），地面试验（MOC5），飞行试验（MOC6），航空器检查（MOC7），模拟器试验（MOC8）和设备合格性证明文件（MOC9）。

2 飞行载荷适航技术

我国民用飞机设计起步晚，经验不足，对飞行载荷专业而言，如何进行载荷设计计算以表明对适航标准的符合性，是一个极其重大的课题。通过适航取证过程，我们感觉到，要表明对适航标准的符合性，顺利地通过适航取证，还需要大力的提高我们的适航技术水平。而飞行载荷适航取证中存在着两大主要技术难点是：1）对适航条款的理解；2）如何验证和表明对条款的符合性。

本文选取了飞行载荷专业一个非常重要的适航条款为研究对象，即偏航机动，对其条款的理解和符合性验证方法进行了深入的研究和探讨，希望能对民用飞机航取证及飞行载荷适航技术的未来提供一些参考。

3 偏航机动

3.1 CCAR25.351条款规定

飞机必须按本条（a）到（d）规定的偏航机动[4]情况引起的载荷进行设计，速度范围从VMC到VD。对重心的不平衡气动力矩必须以合理或保守的方式予以平衡，并考虑飞机惯性力。在计算尾翼载荷时，可以假定偏航速度为零。

（a）当飞机以零偏航角非加速飞行时，假定方向舵操纵器件突然移动使方向舵偏转到受下列条件限制的偏转量；

（1）操纵面止动器；或

（2）驾驶员作用力的限制值，从VMC到VA为1330牛（136公斤，300磅），从VC/MC到VD/MD为890牛（90.7公斤，200磅），在VA与VC/MC之间按线性变化。endprint

（b）當方向舵操纵器件偏转，以始终保持在本条（a）中规定的限制值内可用的最大方向舵偏转时，假定飞机偏航到过漂侧滑角。

（c）当飞机偏航到静平衡侧滑角时，假定方向舵操纵器件保持，以获得在本条（a）中规定的限制值内最大可用方向舵偏转。

（d）当飞机偏航到本条（c）的静平衡侧滑角时，假定方向舵操纵器件突然回到中立位置。

3.2 条款解析

偏航机动是由方向舵诱发的侧向机动。机动中因飞机产生侧滑，造成飞机不对称受载，方向舵偏转和侧滑使得垂尾产生很大的载荷。

飞机结构必须按照本条款要求的偏航机动情况引起的载荷情况进行设计。偏航机动考虑的速度范围是VMCA 至VD。VMCA 为空中最小操纵速度，即临界发动机不工作时的最小操纵速度，以校正空速表示，该速度的定义可参考§25.149。

VD为设计俯冲速度，以当量空速表示，该速度的定义可参考§25.335。条款规定，计算尾翼载荷时，可假定偏航角速度为零，其意义实际上是忽略垂尾上的阻尼载荷，而阻尼载荷是减载的，所以这是种偏保守的假设。

条款规定了机动中方向舵的偏角，假定方向舵突然移动到操纵面止动器或由1330 牛的方向舵脚蹬力所限制的最大偏转，两者取小值。对于带有助力器及其它非机械操纵系统（例如增稳系统、主动控制系统等）应考虑操纵系统特性对方向舵偏度的影响。

本条（a）款中规定的限制可以认为是在两种情况下：

i.飞机在小速压情况下，偏转舵面需要的操纵力很小，很容易将舵面偏转到舵面制动器的位置（即舵面完全偏转）；

ii.飞机在大速压情况下飞行，偏转舵面需很大的操纵力，即使达到了规定的操纵力限制值也不能完全偏转舵面，则此时需按最大操纵力限制对应的舵偏来考虑。

对驾驶员操纵力的限制，规定为在VMC 至VA 之间为恒定值300 磅，在VC至Vd 间为恒定值200 磅，操纵力在VA 与VC 之间按线性关系变化。

对于电传操纵的飞机如何确定其偏转角还需要结合其实际控制律，必要时需制定专用条件。

根据上述理解再结合条款要求，在偏航机动中主要有三个设计点，见下图：

上图中的三种垂尾受载情况分别对应于下图中的三个设计点，第一设计点为方向舵偏转到限制值，第二设计点为飞机偏航到过漂侧滑角方向舵保持最大偏角，第三设计点为飞机偏航到静稳定侧滑角，方向舵回到中立位置。

静稳定侧滑角是指对应于飞机的方向舵偏角飞机能够在到达此侧滑角位置时达到气动力的平衡。过漂侧滑角是指飞机在整个过程中能够达到的最大侧滑角。

3.3 符合性验证方法

偏航机动是CCAR-25.351（a）规定的重要设计情况。机动中因飞机产生侧滑，造成飞机不对称受载，方向舵偏转和侧滑导致垂尾承受很大载荷。本情况是垂尾、后机身的主要受载情况。规范要求在VMC到VD的所有速度下考虑偏航机动。在计算垂尾载荷时可以假定偏航角速度为零。该条款还规定了最大舵偏角δr的大小及δr-t操纵规律。

按规范定义考虑偏航机动时，飞机响应可用侧滑及偏航二自由度方程描述：

式中LV为垂尾相对重心的尾力臂。

初值为：t=0时，β=ω z=0。

δrmax由CCAR-25.397（b）规定的操纵力（1330N）确定。首先，按下图（a）中的δr偏至δrmax后，保持不动，求出β的响应，从而得出稳态侧滑角βs的出现时刻ts （βs≈-）。然后，按下图（b）正式计算——δr偏至δrmax后，保持至ts开始回舵，并按方程求出整个过程的β，ωz响应，则可得垂尾载荷：

4 结论

民用飞机适航设计中，飞行载荷适航取证是一项非常重要的工作。而要顺利的获得适航证，不但要求申请人能够深刻透彻的理解相关的适航条款，还要求申请人有足够的能力和先进的手段去验证和表明对相关条款的符合性。而飞行载荷适航中，这两点恰恰是关键技术，是重中之重，也是难点所在。本文先介绍了适航相关的一些概念和基本知识，然后着重介绍了飞行载荷的一个关键条款的适航验证技术：包括对条款详细深入的理解和对条款的符合性计算方法介绍。本文的意义在于提供了一种思路和启发，抛砖引玉，为今后的民用飞机适航取证工作和相关的适航技术研究提供了有价值的参考。

【参考文献】

[1]《适航的理念与原则》，中国商飞适航基础知识系列教材第一分册.

[2]《适航标准与简介》，中国商飞适航基础知识系列教材第六分册.

[3]CCAR-25，中国民用航空规范第25部运输类飞机适航标准.中国民用航空局，2001.

[4]《飞机设计手册》第9册——载荷、强度和刚度[M] 北京：航空工业出版社，2001.

[责任编辑：田吉捷]endprint