民用運(yùn)輸類直升機(jī)吊掛運(yùn)行適航符合性設(shè)計(jì)

曹友明

摘 要：由于民用直升機(jī)吊掛運(yùn)行適航取證較難，且國內(nèi)缺乏此類項(xiàng)目的取證經(jīng)驗(yàn)，為此該文將對(duì)民用直升機(jī)吊掛運(yùn)行適航取證要求進(jìn)行研究。該文對(duì)直升機(jī)外掛物進(jìn)行定義，介紹了吊掛運(yùn)行類型。進(jìn)一步對(duì)吊掛運(yùn)行適航要求進(jìn)行系統(tǒng)性梳理，并介紹了直升機(jī)吊掛運(yùn)行符合性的設(shè)計(jì)要求，以期能為直升機(jī)企業(yè)申請(qǐng)吊掛運(yùn)行適航取證提供借鑒和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：直升機(jī)；吊掛運(yùn)行；適航要求

中圖分類號(hào)：V239 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

直升機(jī)因其具有靈活的機(jī)動(dòng)性、懸停性能、能夠垂直起降等優(yōu)點(diǎn)，使其在吊掛運(yùn)輸、消防救火等領(lǐng)域應(yīng)用愈加廣泛。民用直升機(jī)吊掛運(yùn)行只有經(jīng)過適航取證才能投入運(yùn)營，由于吊掛運(yùn)行涉及的適航要求較多，驗(yàn)證技術(shù)難度大，且缺乏相應(yīng)的項(xiàng)目取證經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致國內(nèi)直升機(jī)企業(yè)申請(qǐng)吊掛運(yùn)行的難度較大。根據(jù)目前對(duì)影響直升機(jī)吊掛運(yùn)行安全因素和直升機(jī)/剛性鋼索/剛體吊掛物的全耦合飛行力學(xué)模型進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其多偏于運(yùn)用吊掛技術(shù)，缺乏直升機(jī)吊掛運(yùn)行符合性設(shè)計(jì)說明。為此該文將對(duì)直升機(jī)吊掛運(yùn)行適航要求進(jìn)行研究，以期能夠給直升機(jī)企業(yè)申請(qǐng)直升機(jī)吊掛運(yùn)行適航取證提供參考。

1 直升機(jī)吊掛運(yùn)行界定

直升機(jī)吊掛是指具有真實(shí)有效載重能力的機(jī)外裝置或箱體。直升機(jī)吊掛分為可拋放型和不可拋放型，對(duì)于可拋放型吊掛還需滿足具有真實(shí)拋放能力的要求。對(duì)于不可拋放型吊掛需滿足A級(jí)吊掛要求。

真實(shí)有效載重：除外掛裝置或箱體自身重量外，吊掛有效載重的載重能力。

真實(shí)拋放能力：使用經(jīng)批準(zhǔn)的快速釋放系統(tǒng)在30 s內(nèi)或者更短時(shí)間內(nèi)釋放外掛載重的能力。

FAR133部根據(jù)直升機(jī)不同吊掛載荷的作業(yè)形式，將直升機(jī)吊掛運(yùn)行分為A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)和D級(jí)4種類型，并根據(jù)吊掛運(yùn)輸對(duì)象的不同，分為有人外吊掛（HEC）和無人外吊掛（NHEC）。

2 吊掛運(yùn)行適航要求解讀

吊掛運(yùn)行適航取證涉及設(shè)備取證、裝機(jī)驗(yàn)證、運(yùn)行符合性等方面內(nèi)容。涉及的主要適航條款有CCAR29.601、29.865、29.1301、29.1309以及運(yùn)行規(guī)則CCAR91部中第N章的要求。

2.1 設(shè)計(jì)要求

吊掛運(yùn)行的設(shè)計(jì)要求主要涵蓋設(shè)備取證、裝機(jī)驗(yàn)證等要求。設(shè)備取證需考慮吊掛設(shè)備預(yù)期的使用環(huán)境要求。吊掛設(shè)備設(shè)計(jì)方面需要滿足CCAR 29.601、29.865、29.1301、29.1309等相關(guān)適航要求，如設(shè)計(jì)過程中不得出現(xiàn)危險(xiǎn)或不可靠因素；吊掛設(shè)備的選材必須建立在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上；吊掛設(shè)備制造方法要選擇經(jīng)批準(zhǔn)的工藝方法，如果采用新的工藝方法，必須通過試驗(yàn)證實(shí)該工藝的穩(wěn)定性。

2.2 載重適航符合性設(shè)計(jì)

CCAR29.25（c）款允許無人可拋放型吊掛最大吊掛載重大于民用直升機(jī)合格審定中的最大重量。即申請(qǐng)人在取得型號(hào)合格證的基礎(chǔ)上，加裝吊掛構(gòu)型最大重量超過按本條（a）款制定的最大重量，但必須保證超過的部分僅為外掛載重的全部或部分重量。且需考慮超出部分重量應(yīng)符合結(jié)構(gòu)部件強(qiáng)度要求、發(fā)動(dòng)機(jī)功率、飛行性能以及外掛物在整個(gè)經(jīng)批準(zhǔn)的包線內(nèi)的可拋放性等要求。對(duì)無人不可拋放和有人外掛不允許吊掛的情況時(shí)，最大載重不能超過直升機(jī)審定時(shí)確定的最大重量。

2.3 載荷適航符合性設(shè)計(jì)

CCAR29.865（a）款規(guī)定了旋翼航空器擬申請(qǐng)外吊掛裝載組合設(shè)備所須承受的載荷限制。

2.3.1 吊掛運(yùn)行載荷角度要求

對(duì)任何級(jí)別的吊掛組合和載重類型，載荷必須作用在垂直方向。

對(duì)于可拋放外掛物載重類型，載荷作用方向另有規(guī)定，載荷必須作用在使用中所能達(dá)到的與垂直方向成最大角度（但不小于30°）的任何方向上，但是如果因?yàn)橐恍┪锢砑s束措施或是由于運(yùn)行限制導(dǎo)致不能達(dá)到這個(gè)角度，則可以降低此角度。

2.3.2 載荷系數(shù)考慮

對(duì)于無人外掛載重，吊掛設(shè)備承受的垂直限制載荷系數(shù)（NZW）取2.5，或取經(jīng)批準(zhǔn)的CCAR29.337“限制機(jī)動(dòng)載荷系數(shù)”，或取按照CCAR29.339“合成機(jī)動(dòng)載荷”或CCAR29.341“突風(fēng)載荷”確定的最小限制靜載荷。

如果申請(qǐng)小于2.5的設(shè)計(jì)限制載荷系數(shù)，申請(qǐng)方需提供合理的分析或飛行運(yùn)行數(shù)據(jù)，表明在使用中不可能超過所申請(qǐng)的載荷系數(shù)，則允許采用該設(shè)計(jì)限制載荷系數(shù)作為NZW。

對(duì)于有人外掛載重，吊掛設(shè)備承受的垂直限制載荷系數(shù)取3.5（保守值），或2.5≤NZW≤3.5，或按CCAR29.337條確定的某一較小但不小于2.5的載荷系數(shù)，或取按照CCAR29.339“合成機(jī)動(dòng)載荷”或CCAR29.341“突風(fēng)載荷”確定的最小限制靜載荷。

2.3.3 疲勞要求

對(duì)可能危及旋翼航空器或人員安全的外吊掛設(shè)備應(yīng)按AC29 MG11進(jìn)行分析或試驗(yàn)，并把壽命限制編入維修手冊(cè)中。

對(duì)于用于無人外掛載重的吊掛組合，如果涉及關(guān)重件，則必須考慮CCAR29.571條疲勞評(píng)定要求。

對(duì)于用于有人外掛載重的吊掛組合，必須考慮整個(gè)快速釋放系統(tǒng)和載人裝置結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及其連接件的CCAR29.571條疲勞評(píng)定要求。

2.4 快速釋放系統(tǒng)適航符合性設(shè)計(jì)

對(duì)于可拋放型吊掛組合的外掛物吊掛設(shè)備，必須具有使駕駛員在飛行中能夠快速釋放外掛物的釋放系統(tǒng)（QRS）。該快速釋放系統(tǒng)必須由一個(gè)主快速釋放子系統(tǒng)（PQRS）和一個(gè)備用快速釋放子系統(tǒng)（BQRS）組成，需滿足。

（1）對(duì)于可拋放的外掛載重類型RLC，必須設(shè)置互相獨(dú)立的主、備用快速釋放子系統(tǒng)。

（2）PQRS的操縱機(jī)構(gòu)必須安裝在駕駛員的一個(gè)主操縱器件上或可接近的位置上，并且設(shè)計(jì)和布置成在應(yīng)急情況下任意駕駛員或機(jī)組成員都能操作而不會(huì)危及旋翼航空器的安全性。

（3）BQRS操縱機(jī)構(gòu)必須布置成駕駛員或機(jī)組成員都易于接近并操作。

（4）必須確保在各種工況下，主、備用快速釋放系統(tǒng)均能正常工作。對(duì)所有構(gòu)成PQRS或?qū)λ杏绊懙墓δ苎b置進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，在臨界狀態(tài)下對(duì)于NHEC至少試驗(yàn)10次，HEC至少30次，并且要通過環(huán)境試驗(yàn)（高低溫、鹽霧、振動(dòng)、霉菌等）考核。

（5）必須對(duì)主、備用快速釋放子系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，以防止由于旋翼航空器其他部件的電氣或機(jī)械故障而導(dǎo)致系統(tǒng)失效。

（6）對(duì)于可拋放NHEC系統(tǒng)，要求PQRS應(yīng)能承受至少20 V/m的射頻場(chǎng)強(qiáng)；對(duì)于可拋放HEC系統(tǒng)，要求PQRS應(yīng)能承受至少200 V/m的射頻場(chǎng)強(qiáng)。

（7）對(duì)于可拋放外掛物，要求為PQRS和BQRS分別提供一套雙作動(dòng)裝置以及一套隔開的雙作動(dòng)裝置。

（8）通過理論分析、地面試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)相結(jié)合的方法表明，在正常飛行條件下，使用包線內(nèi)臨界構(gòu)型的可拋放外掛載重可以運(yùn)輸和拋放，并且不會(huì)對(duì)旋翼航空器產(chǎn)生危險(xiǎn)。

（9）通過理論分析、地面試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)相結(jié)合的方法表明，在應(yīng)急飛行情況下，臨界構(gòu)型的可拋放外掛載重的拋放，不會(huì)對(duì)旋翼航空器產(chǎn)生危險(xiǎn)。

2.5 飛行試驗(yàn)適航符合性設(shè)計(jì)

吊掛運(yùn)行的功能驗(yàn)證需要通過飛行試驗(yàn)來表明。CCAR29.865（d）和FAR 133.41規(guī)定應(yīng)攜帶整套外吊掛裝置進(jìn)行飛行試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證其使用包線。飛行驗(yàn)證應(yīng)在申請(qǐng)取證的基本吊掛類型中最臨界直升機(jī)吊掛物組合構(gòu)型和最臨界使用狀態(tài)下進(jìn)行，其他的吊掛物組合形式在不超出基本吊掛類型的結(jié)構(gòu)限制和可靠性限制因素下可作為等效安全批準(zhǔn)。

（1）各種構(gòu)形的臨界組合，大重量和小重量，長(zhǎng)鋼索和短鋼索，貨物形狀，低、中、高密度的載重等。

（2）飛行試驗(yàn)重量和重心位置，在重量重心包線內(nèi)、在臨界重量和縱橫重心組合情況下進(jìn)行。

（3）飛行特性，在不同的重量重心組合下，驗(yàn)證不同的飛行狀態(tài)時(shí)，需要考慮氣動(dòng)特性、操穩(wěn)特性、吊掛和機(jī)身干涉等因素的情況，確定外吊掛飛行時(shí)的空速、最大轉(zhuǎn)彎角、側(cè)飛/風(fēng)速等限制。

（4）拋放特性，在足夠的空速和下降率狀態(tài)下進(jìn)行應(yīng)急和正常拋放演示，得到滿意的分離特性的空速限制以及外吊掛釋放系統(tǒng)的功能驗(yàn)證。

2.6 運(yùn)行適航符合性設(shè)計(jì)

CCAR91R2中第N章和FAR133部規(guī)定了外吊掛運(yùn)行要求。主要涉及飛行員和機(jī)組資質(zhì)、操作規(guī)則、吊掛人員、飛行手冊(cè)、審查和營運(yùn)規(guī)則、通信、飛行特性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)行限制以及夜間吊掛運(yùn)行照明等要求。

2.7 其他

（1）標(biāo)記標(biāo)牌設(shè)置。需在緊鄰吊掛裝置附近設(shè)置外掛載荷標(biāo)記標(biāo)牌，在駕駛艙內(nèi)駕駛員可見的地方設(shè)置吊掛運(yùn)行限制標(biāo)牌，以及針對(duì)有人外掛，應(yīng)在所有適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置標(biāo)牌或標(biāo)記，并清楚地標(biāo)明系統(tǒng)操作指南，對(duì)于載人裝置，應(yīng)標(biāo)明乘員進(jìn)入和退出的指南。

（2）吊掛運(yùn)行限制。提供由于直升機(jī)載重能力和運(yùn)行限制而制定的飛行手冊(cè)。

（3）機(jī)內(nèi)通話。對(duì)于HEC，需要設(shè)置指定的機(jī)組成員與外部人員直接通話的設(shè)備，并且對(duì)該設(shè)備采取保護(hù)措施，避免電磁干擾，其能經(jīng)受DO-160中Y類最低的射頻場(chǎng)強(qiáng)。

（4）重心限制。應(yīng)確保吊掛組合的重心范圍在型號(hào)合格審定批準(zhǔn)的重心范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

隨著民用直升機(jī)選裝外掛、電動(dòng)絞車等實(shí)用設(shè)備進(jìn)行運(yùn)輸和救援任務(wù)成為普遍需求，為保證國產(chǎn)民用直升機(jī)吊掛運(yùn)行能迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，提升國產(chǎn)民用直升機(jī)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，必須對(duì)民用直升機(jī)吊掛運(yùn)行適航取證過程進(jìn)行研究，梳理并解讀直升機(jī)吊掛運(yùn)行適航要求，解決直升機(jī)吊掛運(yùn)行適航符合性設(shè)計(jì)難題，以期能夠保證民用直升機(jī)加裝外吊掛運(yùn)行適航符合性設(shè)計(jì)與驗(yàn)證工作的順利開展。

參考文獻(xiàn)

[1] 宋志民.直升機(jī)吊掛運(yùn)輸?shù)陌踩苑治雠c研究[J].黑龍江科技信息，2017，5（1）：36.

[2] 陳元.直升機(jī)吊掛飛行耦合分析[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，49（2）：165-172.