中俄運輸類旋翼航空器適航標(biāo)準(zhǔn)比較研究

陳舒文，葛紅娟，張　璐，趙　權(quán)，劉天新

（南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院，南京　211106）

中俄運輸類旋翼航空器適航標(biāo)準(zhǔn)比較研究

陳舒文，葛紅娟，張璐，趙權(quán)，劉天新

（南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院，南京211106）

為提高中俄兩國直升機(jī)研制的安全技術(shù)水平，盡早開展兩國的雙邊適航，選擇俄羅斯旋翼航空器適航標(biāo)準(zhǔn)AΠ-29（R2003）作為研究對象，分別從AΠ-29（R2003）的結(jié)構(gòu)、條款編號、內(nèi)容等方面與CCAR-29進(jìn)行比較。以差異較大的自然結(jié)冰試飛天氣的審定條件為例，對雙方的結(jié)冰條件及云層水含量進(jìn)行了詳細(xì)解算及差異性分析，為其他條款的比較研究做出了示范。研究結(jié)果表明，中俄兩國旋翼航空器適航標(biāo)準(zhǔn)在閾值、條款內(nèi)容等方面存在較大差異。根據(jù)研究結(jié)果，對中俄兩國適航標(biāo)準(zhǔn)及體系的建立提出了相關(guān)建議。

適航標(biāo)準(zhǔn)；AΠ-29；CCAR-29；旋翼航空器；比較研究

前蘇聯(lián)于1926年成立了專門研制直升機(jī)的小組，至今，俄羅斯擁有兩個70年以上歷史的直升機(jī)設(shè)計局，即М·Л·米里設(shè)計局和Н·И·卡莫夫設(shè)計局。在全球武裝直升機(jī)中，俄羅斯在機(jī)動性能、防護(hù)系統(tǒng)、綜合擊打能力等方面具有顯著的優(yōu)勢，并在重型直升機(jī)研制方面具有豐富的經(jīng)驗，但也存在機(jī)型老化、電子技術(shù)落后等問題。中國的直升機(jī)工業(yè)開展較晚，由最初的仿制開始到自主研制，中國直升機(jī)的研發(fā)、試制和生產(chǎn)水平已日益與世界接軌，現(xiàn)役機(jī)型也較為豐富。自2008年以來，中俄兩國已開始商討聯(lián)合開發(fā)和生產(chǎn)重型直升機(jī)[1]，合作研制重型直升機(jī)是互利的，對兩國直升機(jī)研發(fā)水平的提升具有重要意義。

在重型直升機(jī)設(shè)計制作過程中，直升機(jī)的適航安全至關(guān)重要，其貫穿航空器設(shè)計、制造、運行、維護(hù)等整個生命周期。1971年，前蘇聯(lián)出版了《蘇聯(lián)民用直升機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》，并于1987年進(jìn)行修訂，在前蘇聯(lián)解體之前，已擁有獨立完善的適航標(biāo)準(zhǔn)和體系。隨著航空器發(fā)展全球化，俄羅斯旋翼航空器適航標(biāo)準(zhǔn)先后進(jìn)行了3次較大的修訂，現(xiàn)行版本為《運輸類旋翼航空器適航標(biāo)準(zhǔn)》（AΠ-29，R2003）[2]。中國僅在這幾年才開始重視適航研究，之前的適航標(biāo)準(zhǔn)和體系主要參照歐美的進(jìn)行。為了兩國重型直升機(jī)設(shè)計與審定，筆者認(rèn)為，對中俄兩國的適航標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較研究是非常重要的。本文選取AΠ-29（R2003）與CCAR-29《運輸類旋翼航空器適航標(biāo)準(zhǔn)》[3]進(jìn)行分析，將能較全面地認(rèn)識兩國在旋翼航空器適航標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)中存在的差異并有所借鑒，有利于中俄兩國重型直升機(jī)的雙邊適航審定工作和研制生產(chǎn)。

1　AΠ-29與CCAR-29結(jié)構(gòu)及差異概述

俄羅斯航空規(guī)章AΠ-29從1971年《蘇聯(lián)民用直升機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》至現(xiàn)行使用的《運輸類旋翼航空器適航標(biāo)準(zhǔn)》（AΠ-29，R2003）經(jīng)歷了3次大的修訂。AΠ-29（R2003）版目前尚未有中文翻譯稿，這是我們目前的主要工作之一。AΠ-29（R2003）與CCAR-29的整體結(jié)構(gòu)類似，均包括A～G分部、附錄兩部分；而CCAR-29中未包含臨時補充以及術(shù)語和縮略語定義兩部分。對于A～G分部及附錄部分，AΠ-29（R2003）與CCAR-29的標(biāo)題名稱、條款劃分、編號方式基本相同，對AΠ-29（R2003）與CCAR-29的結(jié)構(gòu)及每部分存在的區(qū)別進(jìn)行了概述，如圖1所示。

圖1　AΠ-29與CCAR-29的結(jié)構(gòu)及主要差異Fig.1　Structure and main differences between AΠ-29 and CCAR-29

在A～G分部，僅包含于AΠ-29的3條條款分別與旋翼航空器的著陸表面電接觸措施、閃電防護(hù)系統(tǒng)以及長期停放溫度限制相關(guān)。F分部設(shè)備方面包含的差異條款居多，其中對駕駛艙內(nèi)的綜合顯示系統(tǒng)、航行燈光強(qiáng)度以及隨機(jī)錄音機(jī)等設(shè)備的要求均有不同。在附錄部分，AΠ-29與CCAR-29的附錄C為對自然結(jié)冰試飛所需的極端自然結(jié)冰天氣的要求，但其中結(jié)冰天氣的確定方式及高度-溫度包線存在較大差異。AΠ-29臨時補充是29部相關(guān)要求的補充說明，其與CCAR-91《一般運行和飛行規(guī)則》[4]和CCAR-135《小型航空器商業(yè)運輸運營人運行合格審定規(guī)則》[5]中的條款相對應(yīng)，所含差異較小，在文中不進(jìn)行詳細(xì)分析。

2　中俄旋翼航空器適航標(biāo)準(zhǔn)主要差異

對AΠ-29與CCAR-29逐條比較發(fā)現(xiàn)，其中主要存在兩類差異：

1）大部分閾值精度和單位的選擇存在細(xì)微差異。例如，第29.81與29.83條中有關(guān)水面著陸距離確定中，航空器的速度：AΠ中為6 km/h，CCAR中為5.5 km/h；第29.562條中規(guī)定的應(yīng)急著陸時撞擊期間的速度變化值：AΠ中規(guī)定其不小于9.15 m/s，CCAR中規(guī)定其不小于9.14 m/s，地板出現(xiàn)峰值載荷的時間：AΠ中規(guī)定為在撞擊后0.074 s內(nèi)達(dá)到，CCAR中規(guī)定為撞擊后0.071 s內(nèi)達(dá)到；第29.631條旋翼航空器鳥擊后仍能安全飛行和著陸的飛行高度值：AΠ中為2 400 m，CCAR中為2 440 m；第29.785條座椅的頭部重量設(shè)定；第29.809條應(yīng)急救援時滑梯展開的臨界風(fēng)速等。

2）少數(shù)旋翼航空器適航條款內(nèi)容上也存在較大差異。結(jié)合中國旋翼航空器的研制和使用情況，針對主要差異條款進(jìn)行分析比較，對其中存在主要差異的9條條款進(jìn)行了列舉[6-12]，如表1所示。另外，AΠ與CCAR的附錄C有關(guān)旋翼航空器自然結(jié)冰試飛天氣條件的適航要求存在極大差異，在第3節(jié)中進(jìn)行詳細(xì)討論。

俄羅斯與中國在直升機(jī)機(jī)型設(shè)計、人體功效學(xué)研究等方面存在較大差異，導(dǎo)致了雙方對操縱系統(tǒng)固定載荷、操縱系統(tǒng)限制載荷、飛行儀表位置等方面的規(guī)定不同。俄羅斯對于旋翼機(jī)重心位置、發(fā)動機(jī)的輸油供油、電子/電氣系統(tǒng)閃電防護(hù)符合性等級劃分、音頻記錄器等的規(guī)定較詳細(xì)，對于座椅安全帶、材料特性依據(jù)等的規(guī)定較為粗略。由此可見，中俄兩國對于旋翼航空器的設(shè)備/系統(tǒng)研制以及相關(guān)領(lǐng)域的研究中各有側(cè)重，導(dǎo)致旋翼航空器的適航標(biāo)準(zhǔn)制定中存在較多差異。中俄兩國應(yīng)針對這些不同進(jìn)行詳細(xì)的討論及分析試驗，進(jìn)一步明確旋翼航空器的適航條款要求，也更有利于中俄兩國重型直升機(jī)的研制和發(fā)展。

表1　AΠ-29與CCAR-29較大差異條款示例Tab.1　Main differences between regulations of AΠ-29 and CCAR-29

3　自然結(jié)冰天氣條件適航要求差異性

在AΠ-29與CCAR-29附錄C中規(guī)定了旋翼航空器進(jìn)行自然結(jié)冰試飛所需的天氣條件要求，包括連續(xù)最大結(jié)冰及間斷最大結(jié)冰兩種極端天氣條件。本文以這兩種自然結(jié)冰天氣的適航要求為例，對中俄兩國自然結(jié)冰天氣的影響因素、參數(shù)關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)比較及解算，為中俄兩國適航條款的差異性研究進(jìn)行示例。

結(jié)冰氣象條件主要由結(jié)冰云層范圍、液態(tài)水含量（LWC）、過冷水滴平均有效直徑（MVD）和空氣溫度（T）等參數(shù)確定[13]。AΠ-29與CCAR-29中對自然結(jié)冰天氣條件相關(guān)參數(shù)的要求存在較大差異，以下分別對連續(xù)最大結(jié)冰與間斷最大結(jié)冰條件進(jìn)行比較分析。

1）連續(xù)最大結(jié)冰條件

CCAR-29中規(guī)定的天氣條件參數(shù)關(guān)系為：①在氣壓高度海平面6 700 m以上、結(jié)冰區(qū)最大垂直長度1 980 m及水平長度32 km條件下，云層液態(tài)水含量、云層水滴平均有效直徑和周圍空氣溫度的關(guān)系；②在相同高度和結(jié)冰區(qū)最大垂直長度條件下，結(jié)冰區(qū)水平長度與水含量系數(shù)的關(guān)系；③高度-溫度結(jié)冰限制包線。

AΠ-29中規(guī)定的天氣條件參數(shù)關(guān)系為：①在氣壓海拔高度1 200～9 500 m、結(jié)冰區(qū)最大垂直長度2 000 m及水滴平均直徑20 μm條件下，云層液態(tài)水含量（海拔高度1 200～9 500 m中最大值）與結(jié)冰區(qū)水平長度關(guān)系；②水滴平均直徑20 μm條件下，結(jié)冰區(qū)水平長度分別為32 km和200 km時，結(jié)冰區(qū)垂直長度與水含量的關(guān)系；③高度-溫度結(jié)冰限制包線。

以上關(guān)系詳見CCAR-29、AΠ-29的附錄C，首先對云層選取范圍及水滴直徑進(jìn)行比較，如表2所示。AΠ-29中僅制定了水滴直徑20 μm的水含量曲線，為將其與CCAR中制定的水含量進(jìn)行比較，需對CCAR中相應(yīng)水滴直徑的水含量及水含量系數(shù)進(jìn)行選取，計算得到水滴直徑為20 μm時，結(jié)冰區(qū)水平長度分別為32 km及200 km的水含量，如表3所示。

表2　連續(xù)最大結(jié)冰條件參數(shù)選取區(qū)別Tab.2　Differences in selection of continuous maximum icing parameters

表3　連續(xù)最大結(jié)冰條件CCAR與AΠ水含量比較Tab.3　Water content comparison of CCAR and AΠ

對于連續(xù)最大結(jié)冰天氣，CCAR與AΠ中的水含量相差較大。對于連續(xù)最大結(jié)冰天氣條件，CCAR與AΠ中確定天氣條件的參數(shù)存在2處主要差異：①層云氣壓高度；②結(jié)冰區(qū)最大垂直長度。在AΠ中有關(guān)結(jié)冰區(qū)垂直長度與水含量的關(guān)系可知，當(dāng)結(jié)冰區(qū)垂直長度大于1 200 m后，液態(tài)水含量基本不變，即以上兩點差異中，引起CCAR與AΠ中水含量不同的主要原因為層云氣壓高度范圍不同。由高度-溫度包線可知，CCAR與AΠ中認(rèn)為連續(xù)最大結(jié)冰天氣可能出現(xiàn)的云層范圍不同，其中CCAR中認(rèn)為其可能出現(xiàn)在海拔高度7 km以下，而AΠ中認(rèn)為其有可能出現(xiàn)的范圍在海拔高度0～10 km。

2）間斷最大結(jié)冰

間斷最大結(jié)冰條件的確定方式與連續(xù)最大結(jié)冰相同，此處對CCAR及AΠ中的關(guān)系圖不進(jìn)行列舉。對CCAR及AΠ中結(jié)冰條件參數(shù)選取以及水滴直徑為20 μm、結(jié)冰區(qū)水平長度分別為5～10 km的水含量進(jìn)行比較，如表4和表5所示。

表4　間斷最大結(jié)冰條件參數(shù)選取區(qū)別Tab.4　Difference in selection of intermittent maximum icing parameters

在水含量的計算中會由于參數(shù)曲線上數(shù)值的選取而產(chǎn)生誤差。因此，在一定誤差范圍內(nèi)可認(rèn)為表5中CCAR與AΠ中不同結(jié)冰區(qū)水平長度對應(yīng)的水含量相等，即在層云氣壓高度1 200～6 700 m與層云氣壓高度1 200～11 000 m中水含量的最大值相同。由間斷最大結(jié)冰天氣條件下高度-溫度包線可知，AΠ較CCAR中認(rèn)為間斷最大結(jié)冰天氣的云層可能出現(xiàn)的范圍大，CCAR中認(rèn)為此云層可能在海拔高度9 km以下出現(xiàn)，而AΠ中認(rèn)為可能在海拔高度11 km以下出現(xiàn)。

通過以上分析可知，對附錄C“旋翼航空器自然結(jié)冰試飛所需的自然結(jié)冰天氣條件”來說，中俄兩國主要需對以下3點進(jìn)行討論和試驗：

1）確定兩種極端結(jié)冰天氣條件的云層可能出現(xiàn)的高度范圍。由于中俄兩國地理位置、天氣條件的差異，CCAR與AΠ中認(rèn)為兩種極端天氣云層可能出現(xiàn)的范圍均不相同，而云層的出現(xiàn)范圍直接影響了水含量曲線的制定。因此，中俄雙方應(yīng)結(jié)合自身天氣條件的基礎(chǔ)上，重新確認(rèn)此范圍，將云層出現(xiàn)范圍進(jìn)行統(tǒng)一或根據(jù)不同的地理位置選取不同的云層高度。只有確定了云層可能出現(xiàn)的范圍，才能制定不同結(jié)冰天氣的水含量標(biāo)準(zhǔn)。

表5　間斷最大結(jié)冰條件CCAR與AΠ水含量比較Tab.5　Water content comparison between CCAR and AΠ

2）確定水滴直徑范圍[13]。水滴直徑對旋翼航空器結(jié)冰部位及快慢程度有很大影響，在結(jié)冰特性分析中制定多種水滴直徑對應(yīng)的水滴分布十分重要。而AΠ中選取的水滴直徑較單一，無法具體描述結(jié)冰天氣要求。因此，中俄雙方首先應(yīng)確定會影響自然結(jié)冰試飛的水滴直徑范圍，之后通過仿真分析、風(fēng)洞試驗等多種方式對不同水滴直徑對應(yīng)的水含量進(jìn)行確定[14]。

3）確定應(yīng)制定的水含量關(guān)系圖種類。CCAR與AΠ中制定水含量關(guān)系圖所選擇的變量及因變量存在較大差異。若要進(jìn)行逐點換算，工作量極大且存在較大的人為誤差，不利于雙方的溝通和交流。

4　結(jié)語

CCAR-29與AΠ-29在閾值精度、條款內(nèi)容等方面仍存在較多不同，在合作研制重型直升機(jī)之前，雙方仍有極多的工作需要完成。在29部適航條款差異性分析的基礎(chǔ)上，為中俄兩國適航標(biāo)準(zhǔn)及體系的建立提出以下建議：

1）對中俄兩國旋翼航空器相關(guān)的適航標(biāo)準(zhǔn)、通告、試驗方法等規(guī)章進(jìn)行全面系統(tǒng)的整理及確認(rèn)，并比較航空器系統(tǒng)、機(jī)載設(shè)備的試驗方法、流程及試驗環(huán)境等；

2）結(jié)合本國研究和使用環(huán)境，確定重力加速度等基本參數(shù)，選取適宜的統(tǒng)一的計算精度及單位，對中俄兩國適航規(guī)章中的閾值參數(shù)進(jìn)行逐個比較及核實；

3）以自然結(jié)冰天氣條件的適航要求為例，對較大差異的適航條款進(jìn)行詳細(xì)的差異性分析；通過確認(rèn)的試驗流程對機(jī)載設(shè)備、飛行模式進(jìn)行反復(fù)多次的模擬及試驗；

4）結(jié)合歐美等國的適航規(guī)章及以往的審定經(jīng)驗，不斷完善中俄兩國的適航審定體系。

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（責(zé)任編輯：楊媛媛）

Comparative study on airworthiness standards of transport rotorcrafts in China and Russia

CHEN Shuwen,GE Hongjuan,ZHANG Lu,ZHAO Quan,LIU Tianxin
（College of Civil Aviation,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 211106,China）

To improve the helicopter safety standards and to promote bilateral airworthiness between Russia and China,a comparative study from structure,regulation code and content in AΠ-29（R2003）and CCAR-29 is made.Taking weather conditions of natural icing test flight as an example,the difference analysis of weather condition and cloud water content is made between AΠ and CCAR,providing foundation for other regulation researches.Results show that there are some differences in threshold and regulation content between China and Russia.Some suggestions about establishing China's and Russia's airworthiness standards and system are given.

airworthiness standard;AΠ-29;CCAR-29;rotorcraft;comparative study

V328

A

1674-5590（2016）04-0006-05

2015-11-04；

2016-01-06基金項目：中國民航局安全能力建設(shè)基金項目（AADSA0013）

陳舒文（1990—），女，浙江衢州人，博士研究生，研究方向為適航技術(shù)與管理.