民用運輸類飛機25.351條款符合性驗證

吳文龍

【摘 要】在我國民用飛機型號設(shè)計過程中，需要驗證型號設(shè)計符合中國民用航空規(guī)章CCAR25部的相關(guān)適航條款的要求，本文解析了CCAR25部第25.351條的要求并提出了建議的符合性驗證思路。

【關(guān)鍵詞】CCAR25；25.351；適航；驗證

1 適航條款CCAR25.351條款內(nèi)容

第25.351條 偏航機動情況

飛機必須按本條（a）到（d）規(guī)定的偏航機動情況引起的載荷進(jìn)行設(shè)計，速度范圍從VMC到VD。對重心的不平衡氣動力矩必須以合理或保守的方式予以平衡，并考慮飛機慣性力。在計算尾翼載荷時，可以假定偏航速度為零。

（a）當(dāng)飛機以零偏航角非加速飛行時，假定方向舵操縱器件突然移動使方向舵偏轉(zhuǎn)到受下列條件限制的偏轉(zhuǎn)量；

（1）操縱面止動器；或

（2）駕駛員作用力的限制值，從VMC到VA為1330牛（136公斤，300磅），從VC/MC到VD/MD為890牛（90.7公斤，200磅），在VA與VC/MC之間按線性變化。

（b）當(dāng)方向舵操縱器件偏轉(zhuǎn)，以始終保持在本條（a）中規(guī)定的限制）值內(nèi)可用的最大方向舵偏轉(zhuǎn)時，假定飛機偏航到過漂側(cè)滑角。

（c）當(dāng)飛機偏航到靜平衡側(cè)滑角時，假定方向舵操縱器件保持，以獲得在本條（a）中規(guī)定的限制值內(nèi)最大可用方向舵偏轉(zhuǎn)。

（d）當(dāng)飛機偏航到本條（c）的靜平衡側(cè)滑角時，假定方向舵操縱器件突然回到中立位置。

〔摘自中國民用航空規(guī)章第25部《運輸類飛機適航標(biāo)準(zhǔn)》 CCAR-25-R4〕

2 條款解讀

飛機結(jié)構(gòu)必須按照偏航機動情況引起的載荷進(jìn)行設(shè)計。偏航機動是由于方向舵偏轉(zhuǎn)誘發(fā)的側(cè)向機動。偏航機動中因飛機側(cè)滑造成飛機不對稱受載。方向舵偏轉(zhuǎn)和側(cè)滑使得垂尾產(chǎn)生較大載荷，是垂尾、后機身的主要受載情況。飛機進(jìn)行偏航機動操作可能的飛行速度范圍為VMC至VD（VMC為空中最小可操縱速度，VD為設(shè)計俯沖速度）；高度考核范圍為海平面到最大飛行高度的每一臨界高度（即為速度包線內(nèi)的每一邊界點）；重量重心考核范圍為最小飛行重量到最大飛行重量的重心前限與后限。

條款規(guī)定，計算尾翼載荷，可假定偏航角速度為零。即忽略垂尾上的阻尼載荷，而阻尼載荷是減載的，所以這是一種偏保守的假設(shè)。

25.351（a）定義了當(dāng)飛機以零偏航角非加速飛行時，方向舵突然轉(zhuǎn)動到最大可用偏度的兩種假設(shè)情況，并取其小值：

（1）方向舵突然轉(zhuǎn)動到操縱面止動器；

（2）用條款規(guī)定的最大操縱力矩操縱方向舵到實際可能的最大偏轉(zhuǎn)。

對于電傳操縱的飛機應(yīng)考慮操縱系統(tǒng)特性對方向舵偏度的影響。

25.351（b）規(guī)定了一種臨界操縱時刻，該時刻是由保持方向舵為25.351（a）中的最大可用偏度，飛機偏航到達(dá)過漂側(cè)滑角的時刻。過漂側(cè)滑角是指飛機在整個過程中能夠達(dá)到的最大側(cè)滑角。

25.351（c）規(guī)定了一種臨界操縱時刻，該時刻是飛機達(dá)到靜平衡側(cè)滑角時，操縱器件保持，以獲得25.351（a）中規(guī)定的方向舵最大可用偏度。靜平衡側(cè)滑角是指對應(yīng)于飛機的方向舵偏角，飛機能夠在到達(dá)此側(cè)滑角位置時達(dá)到氣動力平衡。

25.351（d）規(guī)定了另一種臨界操縱時刻，該時刻是飛機達(dá)到靜平衡側(cè)滑角，方向舵突然回到中立位置。

3 CCAR25.351條符合性驗證思路

型號設(shè)計中需要通過合理的方法來得到偏航機動情況的設(shè)計載荷，而本條款對偏航機動情況相關(guān)載荷的計算提出了具體的要求。驗證本條款的符合性意即驗證偏航機動載荷計算方法和計算結(jié)果的合理性。CCAR25.351的驗證活動由載荷專業(yè)完成。符合性驗證方法為MOC2-分析計算。

首先需要建立描述飛機響應(yīng)的側(cè)滑角及方向舵偏角二自由度方程。

一般來說，由于民用飛機方向舵操縱系統(tǒng)由控制率輔助控制，實際駕駛員操縱力不會達(dá)到25.351（a）（2）所述的最大操縱力矩，所以方向舵最大偏度δrmax一直是25.351（a）（1）所述的常值。圖1（b）三個設(shè)計點一一對應(yīng)25.351（b）、（c）、（d）所指的三種情況。

用圖1（b）中所示的三個設(shè)計點來概括整個機動過程：

第一設(shè)計點——δr偏至δrmax之瞬時，δrmax對應(yīng)方向舵最大可用偏度。

第二設(shè)計點——FV為最大之瞬時（在tβmax附近），tβmax對應(yīng)過漂側(cè)滑角的時刻。

第三設(shè)計點——δr回舵至中立之瞬時。

可先按本條（a）款的設(shè)定條件得到側(cè)滑角的響應(yīng)方程。再按（b）、（c）、（d）款的設(shè)定條件得出整個過程的方向舵偏角、側(cè)滑角的響應(yīng)，得出垂尾和無尾飛機的總載荷。再通過合理的方式得到各個部件的分布載荷。

飛機響應(yīng)方程中用到的氣動力數(shù)據(jù)通過風(fēng)洞測力試驗得到。

分載時用到的氣動壓力分布通過風(fēng)洞測壓試驗得到。

速度范圍為速度包線中允許進(jìn)行偏航機動的每一特征速度和足夠多的速度范圍差值。

高度范圍為高度包線中允許進(jìn)行偏航機動的每一臨界高度和足夠多的高度范圍差值。

重量重心為飛機運行時可能遇到的每一重量重心組合。

根據(jù)上述原則，首先編制飛機偏航機動載荷計算原理報告，對飛機側(cè)向載荷計算原理進(jìn)行說明；然后按偏航機動載荷計算原理，計算飛機偏航機動總載荷；最后按得到的偏航機動總載荷計算飛機偏航機動情況機身、機翼、尾翼分布載荷。

4 結(jié)束語

本文通過研究中國民用航空規(guī)章第25部CCAR-25-R4中的第25.351條的要求，提出了建議的符合性驗證方法和思路。希望對今后民用運輸類飛機的設(shè)計和驗證提供一定的參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中國民用航空規(guī)章第25部運輸類飛機適航標(biāo)準(zhǔn)[S].2011，11（7）.

[2]運輸類飛機適航標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)咨詢手冊[S].航空工業(yè)出版社，2001.

[3]飛機設(shè)計手冊（第九冊）[S].航空工業(yè)出版社，2001.

[責(zé)任編輯：田吉捷]