运输类飞机地面最小操纵速度试飞研究

Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｉｓｉｏｎ　科技视界　科技・探索・争呜　运输类飞机地面最小操纵速度试飞研究　印　帅　（中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院，中国上海２０１２１０）　【摘要】地面最小操纵速度是飞机起飞性能中的重要参数。本文以适航条款ＣＣＡＲ２５．１４９（ａ）（ｅ）为基础，分析了该条款对制定地面最小　操纵速度的具体适航要求：系统梳理和归纳了该条款的符合性验证思路及表明对该条款符合性的飞行试验中需要关注的问题，可为民用飞机　的地面最小操纵速度试飞提供经验参考。　【关键词】地面最小操纵速度；适航要求；飞行试验；符合性验证　０引言　当飞机在起飞滑跑过程中发生单发失效时．单侧发动机推力产生　个偏航力矩，如果飞机的滑跑速度不够高．方向舵将不能产生足够　的恢复力矩，在这种情况下，飞机将可能因此冲出跑道　因此需要制定　一个速度，飞机不低于该速度时。单发失效后方向舵能够产生足够的　恢复力矩克服因发动机失效产生的偏航力矩．使飞机能够恢复航向继　续起飞，将该速度定义为地面最小操纵速度。地面最小操纵速度　一（ＶＭＣＧ）是指飞机在起飞滑跑过程中临界发动机突然失效时．仅使用　分析／计算（ＭＯＣ２）　方向舵操纵和保持机翼水平的横向操纵就能保持对飞机的操纵．并且　飞行试验（ＭＯＣ６）：通过地面最小操纵速度试飞，确定符合条款要　利用正常飞行技能且脚蹬力不超过规定值能继续安全起飞的最小速　求的地面最小操纵速度：　度　本文对ＣＣＡＲ２５．１４９（ａ）（ｅ）进行研究和分析．明确该条款的适航　分析／计算（ＭＯＣ２）：根据试飞确定的地面最小操纵速度，采用分　要求。并结合某型飞机的适航验证试飞．详细描述试飞方法．归纳总结　析扩展的方法．获得任意高度任意温度下的地面最小操纵速度。　表明对该条款符合性的适航验证试飞中需关注的问题　本文主要针对ＭＯＣ６的符合性方法进行详细的阐述和分析。　自１９８５年１２月３１日发布以来．ＣＣＡＲ２５．１４９条款共经历过三次　修订．其中与ＣＣＡＲ２５．１４９（ｅ）直接相关的是１９９５年１２月１８日的第　二次修订版本　这次修订中．将“恢复对飞机的操纵”改为“保持对飞机　的操纵”．目的在于强调说明在飞行演示中飞机不应出现脱离控制的状　态．即不存在　恢复”的概念：修订同时将原有的“仅使用气动主操纵”　明确为使用方向舵和横向操纵来保持飞机的操纵。　１．４建议的符合性方法　建议的￣２５．１４９（ａ１　ｆｅ）条款的符合性验证方法有飞行试验（ＭＯＣ６）、　１适航条款　１．１条款原文　２试飞方法　２．１确定临界发动机　ＣＣＡＲ２５一Ｒ４中对ｖ　的相关要求如下…　按照ＣＣＡＲ２５．１４９（ａ）的要求。在制定最小操纵速度时，用以模拟　第２５．１４９条最小操纵速度　临界发动机失效的方法．必须体现在服役中预期对操纵性最临界的动　（ａ）在制定本条要求的最小操纵速度时，用以模拟临界发动机失　力装置失效模式　ＡＣ２５—７中要求“在开始最小操纵速度试验之前，应　效的方法．必须体现在服役中预期对操纵性最Ｉ临界的动力装置失效模　该通过试飞进行评定．以确定哪一台发动机的失效会产生最大的不对　式。　称偏航力矩（即，Ｉ临界发动机）。一般，把一台外侧发动机推杆至最大起　（ｅ）Ｖ　，地面最小操纵速度是起飞滑跑期间的校正空速．在该速　飞推力．而把相对的那台发动机拉杆至慢车推力．通过副翼或扰流板　度，当临界发动机突然停车时．能仅使用操纵力限制在６６７牛ｆ６８公　保持机翼水平．同时飞机减速直到方向舵全偏。变换左右侧发动机重　斤；１５０磅）的方向舵操纵　使用前轮转向）和使用机翼保持水平的横　新进行试验　把方向舵全偏时需要较大的最小速度来保持恒定航向的　向操纵来保持对飞机的操纵．使得采用正常驾驶技巧就能安全地继续　那台慢车发动机规定为Ｉ｝缶界发动机”　起飞。在确定Ｖ　时，假定全发工作时飞机加速的航迹沿着跑道中心　２．２确定地面最小操纵速度　＋　线，从临界发动机停车点到航向完全恢复至平行于该中心线的一点的　按照ＣＣＡＲ２５．１４９（ｅ）的要求．地面最小操纵速度试飞是在最临界的　航迹上任何点偏离该中心线的横向距离不得大于９米（３Ｏ英尺）。ｖ　重量重心及规定的起飞构型下．在可用的最大起飞推力状态下进行的。　必须按下列条件制定：　确定地面最小操纵速度的一般试飞方法如下：　１）飞机处于每一种起飞形态，或者按申请人的选择．处于最临界　将飞机设置为规定的起飞构型．并按起飞程序配平．机头对准跑　的起飞形态：　道中心线．保持飞机停止在起飞线上：　２）工作发动机处于最大可用起飞功率（推力）状态：　设置双发油门杆为起飞工作状态．在预先选定速度上飞行员按压　３）重心在最不利的位置：　前轮转弯开关．使前轮转弯处于自由转向模式．仅利用方向舵控制飞　４）飞机按起飞状态配平：　机．其它操纵仅用于保持机翼水平：　５）起飞重量范围内的最不利重量　在预先选定的速度（ｖ　）切断临界发动机燃油，飞行员感觉到飞　１．２条款分析　机航向明显改变时全偏方向舵将飞机恢复到平行于跑道中心线滑行：　第２５．１４９条（ａ）、（ｅ）条对地面最小操纵速度的制定提出了具体的　安排试飞时，每架次试飞的速度采用逐次减速逼近的方法．从较高速　要求。对该条款进行归纳，制定地面最小操纵速度时需满足以下几点　度开始．视情况逐渐降低速度．直到侧偏距离约９ｍ为止：　要求：　用确定的ｖ　进行演示一次继续起飞，确定飞机是安全可操纵　１）制定地面最小操纵速度时使用模拟临界发动机失效的方法进行：　的。　２）考虑飞机的每一种起飞构型，或处于最ｌ临界的起飞构型：　飞机的运行轨迹如图１所示　３）重量重心均处于最不利状态：　赛　者　蕞　４）工作发动机处于最大推力状态：　动　向　大制　——＿—＿＿＿－◆　舰　舵　５）飞机按起飞位置配平　ＣＣＡＲ２５．１４９（ｅ）明确给出了确定ｖ　ｃＧ的可接受的判据：　１）在ｖ　操纵时，偏离跑道中心线的横向距离为９ｍ，不需要特殊　的驾驶技巧就能使飞机安全起飞：　２）纠偏过程中方向舵操纵力￣＜６８ｋｇ（６６７Ｎ）．使用机翼保持水平的　横向操纵来保持对飞机的操纵．使得采用正常驾驶技巧就能安全地继　图１　ＶＭＣＧ试飞的运行轨迹示意图　续起飞。　１．３　条款演变　３试飞影响因素　作者简介：印帅（１９８７一），男，硕士，工程师，主要研究方向为民用飞机性能总体验证技术。　Ｓｅｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌ。ｇＹ　Ｖｉｓｉ。ｎ科技视界ｌ　７　ｌ　科技・探索・争鸣　Ｓｃ科ｉｅｎｃｅ＆Ｔｅ技ｃｈ视ｎｏｌｏｇｙ界　　Ｖｉｓｉｏｎ　３．１受力分析　该值的稳定性直接影响地面最小操纵速度试验结果的稳定性　图２给出了飞机临界发动机失效后在地面滑跑过程中所受到的　因此在试飞前．应对试飞员进行相应的培训．以减少飞行员的响　主要作用力。其中Ｆｒ为方向舵受到的气动力．Ｆｖ为垂尾受到的气动　应时间误差：同时建议整个地面最小操纵速度的试飞由同一飞行机组　力，Ｆｅ为发动机推力，Ｍｒ、Ｍｖ、Ｍｅ分别为对应的力矩。　执行．尽量保持飞行员响应时间的稳定性。　３．４前轮轮载的设置　ＣＣＡＲ２５．１４９（ｅ）条款要求当临界发动机突然停车时，能仅使用方　向舵操纵　使用前轮转向）和使用机翼保持水平的横向操纵来保持对　飞机的操纵．条款明确不能使用前轮转向来操纵飞机。为满足此要求，　需在预先选定速度上按压驾驶盘前轮转弯开关．使前轮转弯置自由转　向模式：同时为了尽量消除前轮对试飞结果的影响．将前轮抬至刚离　开地面的Ｉ艋界状态，在此状态下．轮载约等于０，不对飞机的任何状态　产生影响　４试飞数据处理　４．１绘制时间历程曲线　绘制校准空速、发动机油门位置、发动机转速、横向偏移量、方向　舵偏度、脚蹬力、脚蹬位移等参数的时间历程曲线。同时剔除脚蹬力大　于６８ｋｇ（６６７Ｎ）的数据：　图２临界发动机失效时飞机受力分析　４．２绘制Ｖｃ～△ｖ曲线图　针对每个试飞动作读出相应于发动机Ｎ１开始下降时的空速和飞　定义力矩值向右为正。当￣Ｍｚ＝０时．飞机能保持航向．当ＸＭｚ＞０　机航向完全恢复至平行于跑道中心线航向的最大侧偏距离△ｖ．绘制　时，飞机向右偏航，偏离跑道中心线，当ＸＭ　＜０时．飞机向左偏航，恢　ｖｃ　△ｖ曲线图．确定侧偏距离为９ｍ时的ｖｃ．此时的ｖｃ即为试验条　复航向。　件下的Ｖ　。。　３．２重量重心　ＣＣＡＲ２５．１４９（ｅ）要求在制定地面最小操纵速度时．重量重心要处　５结论　于最不利的状态。　ＶＭＣ￣是运输类飞机起飞性能的重要速度。本文分析了ｖ　相关的　按照图２的受力分析，Ｍｒ通过方向舵产生的纠偏力矩．为获得最　１４９（ａ）（ｅ），结合某型飞机的ＶＭＣＣ试飞，介绍了　临界的试飞结果，方向舵作用力的力臂值需最小　因此．条款要求的　适航条款ＣＣＡＲ２５．ｖ　的试飞方法及试飞过程中应该注意的问题，为民用飞机表明对　“重心在最不利的位置”为后重心位置　１４９（ａ）（ｅ）的符合性而进行的地面最小操纵速度ＶＭｃＧ试飞　条款要求飞机重量为起飞重量范围内的最不利重量　根据ＡＣ２５—　ＣＣＡＲ２５．７ｃ的建议．应在ｖＭⅡ　可能影响Ｖ，速度的范围内．以最临界重量，进行　ＶＭＣＧ试验。　３．３驾驶员操纵反应　在ｖ　的试飞过程中，驾驶员反应时间是一项关键的影响因素。这　里所指的反应时间主要是飞行员判定临界发动机失效的反应时间及　判定发动机失效后施加脚蹬力到脚蹬到底的反应时间。在相同的临界　发动机失效速度下，飞行员反应越快，飞机偏移距离却小：飞行员反应　越慢，飞机偏移距离越大。根据咨询通告的建议，飞行员主要可以通过　驾驶舱内部显示或者外界环境参考发现飞机航向发生明显的变化。　为准确体现试飞过程中飞行员判定临界发动机失效的反应时间　及判定发动机失效后施加脚蹬力到脚蹬到底的反应时间．定义飞行员　反应时间为临界发动机失效到方向舵脚蹬到底的间隔时间　适航条款　和相关咨询通告中未对飞行员反应时间的稳定性提出具体的要求．但　提供参考。ｅ　一　【参考文献】　［１］中国民用航空局．ＣＣＡＲ一２５一Ｒ４运输类飞机适航标准【ｓ］．北京：中国民用航空　局．２０１１．　『２］中国民用航空局航空器适航审定司．ＡＰ一２１一ＡＡ一２０１Ｉ－０３一Ｒ４航空器型号合　格审定程序［Ｓ】．北京：中国民用航空局，２０１１．　［３］Ｆｅｄｅｒａｌ　Ａｖｉａｔｉｏｎ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ．１４　ＣＦＲ　Ｐａｒｔ　２１　Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ　ｆｏｒ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ａｎｄ　ｐａｒｔｓ［Ｓ］．ＵＳＡ：ＦＡＡ，２００９．　［４］Ｆｅｄｅｒａｌ　Ａｖｉａｔｉｏｎ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ．ＡＣ２５—７Ｃ，Ｆｌｉｇｈｔ　Ｔｅｓｔ　Ｇｕｉｄｅ　Ｆｏｒ　Ｃｅｒｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｒａｎｓｐｏ￣Ｃａｔｅｇｏｒｙ　Ａｉｒｐｌａｎｅｓ［Ｓ］．ＵＳＡ：ＦＡＡ，２０１２．　［５］杨翠霞，程伟豪，等．民机地面最小操纵速度试飞技术研究［Ｊ］．飞行力学，　２００７，２５（３）：７５—７８．　【责任编辑：田吉捷］　（上接第６页）差，动作时间较长。而基于电压扰动的反时限加速保护则　【参考文献】　ｋｋｈａｉｏｅｉ　Ｈ，Ｌａｓｓｅｔｅｒ　Ｒ　Ｈ．Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ［Ｃ］／／Ｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　能够在扰动电压加速因子的作用下保证较好的动作特性　尤其是该保护　［１］ＮｉＧｅｎｅｒａｌ　Ｍｅｅｔｉｎｇ．Ｔａｍｐａ，ＵＳＡ，２００７：１—６．　还能在反映故障的类型和位置的同时保证线路出口故障时瞬时跳闸。　，￣，于永洋，李阳．微电网保护系统的设计与实现Ⅱ］．中国电力，２０ｌｌＡ（２）：　由上述分析可知．基于电压扰动的反时限加速保护策略在微电网　［２］ＥＥ／Ｉ７８－８１．　应用中．具有明显优势。具体表现如下：　［３］曹贵明，姜杰，王富松，等．分布式电源的微网故障分析及保护方案研究［Ｊ】ｌ计算　１）能够根据扰动电压与对应门槛电压的比较准确判断系统是否发　机仿真．２０１２，２９（１）：２８９—２９２．　生故障．比反时限过电流保护更加可靠。　『４］魏巍．含分布式电源的电力系统多代理故障恢复新方法　．系统自动化，　２）能够根据扰动电压的不同特征准确判断系统故障的类型以及故　２００９，３３（３）：８９—９３．　障位置。　［５］李晓静．含分布式电源配电网供电恢复的Ａｇｅｎｔ方法研究［Ｄ］．天津：天津大　３）能够根据故障情况，加速保护的动作时间．做到更加快速的有　学．２００７．　选择的切除故障．比反时限过电流保护具有更加优化的性能。　［６］朱雪凌薜菲，刘佳．基于微电网孤岛运行下的保护分析与仿真『Ｊ１ｌ华北水利水　３结论　本文提出一种基于电压扰动的反时限加速保护策略．该保护不仅　可以根据扰动电压的不同特征来准确判断系统是否发生故障以及系　统故障的类型和位置．还能够利用扰动电压加速因子来提高保护的动　作性能．进而实现故障的快速切除。同时．为了验证本保护的优良性　能．分别在并网运行和孤岛运行状态下．对其设置相应的故障进行仿　真．仿真结果证明了该保护能够在满足可靠性的前提下．保证保护的　电学院学报，２０１３，３４（１）：９４—９６．　［７］ＡＩ—Ｎａｓｓｅｒｉ　Ｈ，Ｒｅｄｆｅｒｎ　Ｍ　Ａ，Ｌｉ　Ｆ．Ａ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｂａｓｅｄ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｍｉｃｒｏ－ｇｒｉｄｓ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃｏｎｖｅｒｔ盯ｓ［Ｃ］／／Ｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｍｅｅｔｉｎｇ，２００６．　［８］董鹏．微电网的控制与保护ｆＤ】．北京：华北电力大学，２００９．　［９］李永丽，金强，李博通，等．低电压加速反时限过电流保护在微电网中的应用ｆ　Ｊ１　ｌ天津大学学报．２０１１，４４（１１）：９５５—９６０．　［１０］张宗包，袁荣湘，赵树华，等．微电网继电保护方法探讨【Ｊ】．电力系统保护与控　制．２０１０．３８（１８）：２０４—２０９．　选择性和速动性，对微电网的保护具有一定的参考和实用价值。●　［责任编辑：田吉捷］　科技视界Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｉｓｉｏｎ