直升機(jī)操作試驗(yàn)適航要求及符合性驗(yàn)證方法研究

張莎莎

（中國直升機(jī)設(shè)計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001）

操縱系統(tǒng)是直升機(jī)的重要組成部分，駕駛員通過操縱系統(tǒng)可以改變主旋翼和尾槳的安裝角，從而改變直升機(jī)的高度、速度和航向，以控制直升機(jī)的飛行。對于單液壓系統(tǒng)助力加人工操縱備份的飛行操縱系統(tǒng)，在單助力器失效后，旋翼所受的氣動載荷直接作用在操縱系統(tǒng)上，此時，飛行操縱系統(tǒng)將承受比正常操縱大得多的載荷。或者當(dāng)駕駛員遭遇緊急情況強(qiáng)力對飛行操縱系統(tǒng)進(jìn)行操縱時，操縱系統(tǒng)容易出現(xiàn)卡阻、過度摩擦和過度變形的情況，這將會直接影響直升機(jī)的飛行安全。

適航規(guī)章CCAR-27-R2 和CCAR-29-R2 均對操作試驗(yàn)提出了要求，本文以適航標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，對操縱系統(tǒng)操作試驗(yàn)的適航要求進(jìn)行了詳細(xì)的解讀，并給出了條款的符合性驗(yàn)證思路和方法。

1 適航條款要求

CAAC 對正常類和運(yùn)輸類旋翼航空器相應(yīng)的適航規(guī)章中操縱系統(tǒng)操作試驗(yàn)的相關(guān)要求相同，本文以CCAR-29-R2為例展開研究與分析。操縱系統(tǒng)需進(jìn)行操作試驗(yàn)驗(yàn)證是由CCAR29.683 提出，但條款中要求的載荷大小、方向等信息又涉及CCAR29.395、29.397、29.399。操作試驗(yàn)主要涉及試驗(yàn)時施加的載荷要求、單操縱試驗(yàn)、雙操縱試驗(yàn)以及試驗(yàn)合格判據(jù)。

2 適航條款解析

CCAR29.683 條款要求進(jìn)行操作試驗(yàn)，把規(guī)定的載荷施加在駕駛員操縱器件上，并通過操作操縱系統(tǒng)桿系傳遞載荷?？梢杂眯砣~片或氣動力面平衡駕駛員通過操縱系統(tǒng)施加的操縱力，也可以用一些夾具代替它們，夾具通常固定在操縱面上或操縱面模擬件，以便于滑輪的布置，為在載荷作用下的運(yùn)動創(chuàng)造條件。為了保證在每個系統(tǒng)的整個操作范圍內(nèi)施加直到限制載荷的系統(tǒng)載荷，應(yīng)對這些夾具進(jìn)行評定。試驗(yàn)結(jié)果必須表明，操縱系統(tǒng)未出現(xiàn)以下情況：

（1）條款要求中的“無卡阻”是指施加規(guī)定載荷后，操縱系統(tǒng)能夠全行程范圍內(nèi)運(yùn)動；

（2）條款要求中的“無過度摩擦”是指施加規(guī)定載荷后，操縱系統(tǒng)在全行程運(yùn)動范圍內(nèi)沒有出現(xiàn)運(yùn)動不流暢、斷斷續(xù)續(xù)，可以通過運(yùn)動曲線的平滑性分析判斷。若運(yùn)動曲線平滑，即表示操縱系統(tǒng)摩擦力無突變，則表明沒有過度摩擦的現(xiàn)象。

（3）條款要求中的“無過度變形”是指施加規(guī)定載荷后，在全行程范圍內(nèi)運(yùn)動，操縱系統(tǒng)與其他系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)之間無非正常接觸（包括不影響駕駛員在座椅上向后的正常操縱）；當(dāng)操縱系統(tǒng)卸載后，操縱系統(tǒng)不存在過度變形，即卸載后系統(tǒng)能夠回到中立狀態(tài)，卸載后系統(tǒng)所有中立位置插銷均可無應(yīng)力插入，且周期操縱桿、總距桿、腳蹬位置與加載前位置保持一致。

CCAR29.395、29.397、29.399 條款規(guī)定了在進(jìn)行單操縱試驗(yàn)和雙操縱試驗(yàn)時，施加在駕駛員操縱器件上載荷的大小，綜合這三條條款要求，得出如下結(jié)論：

（1）對于單操縱載荷操作試驗(yàn)，操縱系統(tǒng)必須能夠承受CCAR29.397 條中規(guī)定的駕駛員限制作用力所產(chǎn)生的載荷，具體數(shù)值如表1 所示。但如果操縱系統(tǒng)某一部分的強(qiáng)度或剛度不足以使系統(tǒng)承受CCAR29.397 條規(guī)定的設(shè)計載荷，適航規(guī)章給予一定的讓步：這部分系統(tǒng)可按規(guī)定的較小載荷進(jìn)行驗(yàn)證，最小可接受設(shè)計載荷可取規(guī)定的設(shè)計載荷的0.6倍，具體數(shù)值如表2 所示。但是，如果由于卡滯、地面突風(fēng)、操縱慣性和摩擦等原因可能超過上述較小載荷操縱載荷（0.6×F）時，則仍應(yīng)按照CCAR29.397 條規(guī)定的設(shè)計載荷進(jìn)行驗(yàn)證。載荷施加在單操縱桿上，方向?yàn)椴倏v器件的運(yùn)動方向，分別為周期桿縱向向前/后、橫向向左/右、總距桿向上/下、腳蹬向前/后。

（2）對于雙操縱載荷操作試驗(yàn)，根據(jù)CCAR29.399 條規(guī)定：施加載荷的大小應(yīng)不小于單操縱試驗(yàn)載荷的0.75倍，即雙操縱試驗(yàn)載荷為0.75×F，或者在CCAR29.395（b）（3）條款中說明的特殊情況下，雙操縱試驗(yàn)載荷為0.75×0.6×F。載荷施加在正、副駕駛員雙操縱桿上，正副駕駛員的載荷分別按相同和相反方向兩種情況施加。

3 操作試驗(yàn)適航符合性驗(yàn)證思路與方法

（1）符合性驗(yàn)證思路。對操縱系統(tǒng)進(jìn)行操作試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計時，應(yīng)明確試驗(yàn)狀態(tài)、力正副的判定、施加在各操縱桿上載荷的大小和方向等，試驗(yàn)過程中分別操作操縱器件，對系統(tǒng)進(jìn)行卡阻、過度摩擦和過度變形等方面進(jìn)行檢查與評估，最終通過桿系的間隙、變形和測量摩擦力，判斷操縱系統(tǒng)是否滿足本條的要求。

表1 CCAR29.397 條要求的駕駛員限制

表2 CCAR29.395（b）（3）條要求的最小可接受設(shè)計載荷

（2）符合性驗(yàn)證方法。根據(jù)對條款要求的理解，應(yīng)在鐵鳥臺架進(jìn)行相關(guān)操作試驗(yàn)來驗(yàn)證CCAR29.683 的符合性，采用適航審定程序AP-21-03《航空器型號合格審定程序》中的符合性驗(yàn)證方法MC4 試驗(yàn)室試驗(yàn)驗(yàn)證對該條款的符合性。

試驗(yàn)前，操作試驗(yàn)大綱中應(yīng)明確所有的試驗(yàn)項(xiàng)目、測量數(shù)據(jù)、檢查項(xiàng)目及施加載荷：①試驗(yàn)項(xiàng)目一般包括針對縱向通道、橫向通道、總距通道和航向通道分別進(jìn)行單、雙駕駛兩個加載狀態(tài)。②試驗(yàn)測量數(shù)據(jù)一般包括間隙值、極限操縱量、摩擦力和變形量。③試驗(yàn)檢查項(xiàng)目一般包括操縱線系及結(jié)構(gòu)間的間隙檢查，但要注意的是，在對整個操縱系統(tǒng)進(jìn)行目視檢查時，可能要拆除機(jī)艙地板、壁板和其他檢查口蓋，要求在拆卸這些壁板和口蓋后不能削弱機(jī)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以防操縱系統(tǒng)偏離其正常位置。④試驗(yàn)施加的載荷應(yīng)依據(jù)29.395、29.397、29.399 條款要求而定，確定各個試驗(yàn)項(xiàng)目中施加的系統(tǒng)載荷：?。〤CAR29.397 條款中規(guī)定駕駛員限制作用力，其中腳蹬578N，總距桿445N，周期桿縱向445N，橫向298N；ⅱ）CCAR29.399 條款規(guī)定雙主飛行操縱系統(tǒng)應(yīng)該能承受0.75 倍29.397 條款規(guī)定的力大小，方向包括相反方向和同一方向；ⅲ）CCAR29.395（b）。

（3）條款中規(guī)定，在缺少合理分析的情況下，由0.6倍規(guī)定的駕駛員限制作用力產(chǎn)生的載荷是可接受的最小載荷。試驗(yàn)中，對操縱器件在它的整個運(yùn)動范圍內(nèi)進(jìn)行操作，對系統(tǒng)進(jìn)行卡阻、過度摩擦和過度變形等方面進(jìn)行檢查。試驗(yàn)后，在操縱系統(tǒng)卸載后，確認(rèn)系統(tǒng)是否存在過度變形，即卸載后系統(tǒng)能夠回到中立狀態(tài)，卸載后系統(tǒng)所有中立位置插銷是否均可無應(yīng)力插入，且駕駛桿、總距桿、腳蹬位置與加載前位置保持一致。

4 結(jié)語

隨著國內(nèi)低空領(lǐng)域的開放與發(fā)展，民用直升機(jī)的發(fā)展市場越來越廣闊，操縱系統(tǒng)操作試驗(yàn)順利通過適航驗(yàn)證是直升機(jī)安全性的必要保證之一。本文主要總結(jié)分析了直升機(jī)操縱系統(tǒng)操作試驗(yàn)的相關(guān)適航要求，給出了相應(yīng)的符合性驗(yàn)證思路和方法建議，為直升機(jī)設(shè)計和審定人員提供了參考和指導(dǎo)。