ARJ21飛機托錐法空速校準(zhǔn)試飛

摘 要：托錐作為一種精度較高的測量系統(tǒng)，在現(xiàn)代飛機的空速校準(zhǔn)試飛中有廣泛地應(yīng)用，其也應(yīng)用在ARJ21機型的空速校準(zhǔn)試飛試驗。該文介紹了ARJ21機型的空速校準(zhǔn)試飛試驗，歸納了托錐的實際使用情況，對傳感器校準(zhǔn)、托錐選型等方面的注意事項進(jìn)行了總結(jié)，認(rèn)為托錐法可作為空速校準(zhǔn)合格審定試飛中表明符合性的有效方法。

關(guān)鍵詞：托錐法 ARJ21機型 合格審定試飛

中圖分類號：V2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（a）-00-01

根據(jù)CCAR25部要求，民用大型客機空速校準(zhǔn)試飛試驗需要表明對如下適航條款的符合性：CCAR25.1323（b），（c），（d），（e）；CCAR25.1325（e）；CCAR25.1309（a）。

2012年，新支線飛機ARJ21-700開始進(jìn)行空速校準(zhǔn)合格審定試飛，過程中采用托錐法試飛獲取參考靜壓，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及處理。該文對試飛試驗過程中所收獲的經(jīng)驗進(jìn)行了總結(jié)，認(rèn)為托錐法可作為空速校準(zhǔn)合格審定試飛中表明符合性的有效方法。

1 ARJ21飛機托錐應(yīng)用

托錐作為一種精度較高的測量系統(tǒng)，在現(xiàn)代飛機的空速校準(zhǔn)試飛中有廣泛地應(yīng)用，其原理是在飛機的尾部加裝一個拖曳的錐體，錐體上安裝有一個靜壓孔，并通過管路連接至飛機內(nèi)部，然后由壓力傳感器測量管內(nèi)靜壓。若錐體離飛機足夠遠(yuǎn)，其周圍的流場可認(rèn)為是不受飛機影響，故可將此靜壓看作遠(yuǎn)方來流靜壓，即參考靜壓。因此，假設(shè)飛機動壓測量沒有損失，采用拖曳錐體試飛，可計算飛機的參考空速，與大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)測量的空速相比，即可獲得空速系統(tǒng)的測量誤差。

此方法的優(yōu)點是可在絕大部分的空速范圍內(nèi)應(yīng)用，且其對外部環(huán)境的要求偏低，所得數(shù)據(jù)穩(wěn)定，也獲得了國內(nèi)外適航當(dāng)局的認(rèn)可。

ARJ21-700飛機采用托錐法進(jìn)行空速校準(zhǔn)試飛，并分別對3架試驗機進(jìn)行了改裝：2架機使用可收放托錐，1架機使用簡易托錐。試飛過程中，托錐所獲取數(shù)據(jù)能夠滿足空速校準(zhǔn)系統(tǒng)的需要。

2 托錐使用經(jīng)驗

2.1 托錐傳感器校準(zhǔn)

參考靜壓作為空速校準(zhǔn)試飛的主要數(shù)據(jù)，其精度要求極高，通常需要傳感器精度達(dá)到0.01%氣壓。為了保證所使用系統(tǒng)的精度在試驗時能滿足數(shù)據(jù)采集要求，有必要在試飛前對托錐系統(tǒng)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。美國適航當(dāng)局FAA對于測試儀器、被測儀器的校準(zhǔn)報告有嚴(yán)格的要求（參見Section 21.39 Flight Test Instrument Calibration and Correction Report），這從側(cè)面印證了傳感器校準(zhǔn)的重要性。

托錐傳感器校準(zhǔn)的主要目的是校準(zhǔn)傳感器的測量精度，由于托錐的壓力傳感器精度在長時間使用之后，其精度有可能出現(xiàn)降低或者零位漂移的現(xiàn)象，因此試驗前、或定期（短周期）對托錐傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)也有助于提高數(shù)據(jù)的有效性。

2.2 托錐氣壓延遲考慮

在平飛時，托錐管路中的氣體壓力相對穩(wěn)定，且靜壓不會產(chǎn)生變化，此時在傳感器上所測得的靜壓值即為尾錐靜壓孔上的值。當(dāng)飛機在做爬升或下降運動時（高速空校），由于氣體的粘滯阻力效應(yīng)，導(dǎo)致管路內(nèi)氣壓的延遲，形成一個隨著管路而逐漸變化的壓力梯度，給測量參考靜壓帶來了一定誤差。因此，對托錐系統(tǒng)進(jìn)行延遲分析，確定其影響在測量系統(tǒng)精度容許范圍內(nèi)，是保證托錐測量數(shù)據(jù)有效性的必要條件。

2.3 托錐數(shù)據(jù)處理

由于飛機試飛時帶有一定俯仰角，若要采用托錐值計算參考靜壓，必須考慮拖錐系統(tǒng)的傳感器與ADC的傳感器的高度差。假定拖錐系統(tǒng)的傳感器與主ADC的傳感器之間沿飛機X向和Z向的距離分別為l1和l2，記飛機的俯仰角為θ，則飛機穩(wěn)定平飛時，拖錐系統(tǒng)的傳感器與ADC傳感器之間幾何高度差應(yīng)為（由于l2遠(yuǎn)小于l1，故近似計算可用）。

然后需將ΔH換算成氣壓高度：

上式中Tstd為標(biāo)準(zhǔn)溫度，使用拖錐高度（未修正）計算而得；Tatm為周圍大氣溫度。

將拖錐系統(tǒng)壓力傳感器記錄的壓力換算成高度，記為HpTC，基準(zhǔn)高度Hpc即為：Hpc=HpTC+ΔHp，將基準(zhǔn)高度換算成壓力即為基準(zhǔn)壓力。

2.4 托錐選擇考慮

ARJ21型號空速校準(zhǔn)系統(tǒng)采用了兩種托錐改裝，一種為簡易的長度固定托錐，另一種為通過電機實現(xiàn)可收放的托錐。兩種托錐各有優(yōu)缺點，可收放托錐在起飛著陸段可將托錐收起，避免其與地面摩擦而導(dǎo)致尾錐損害；簡易托錐可省去收放托錐導(dǎo)致對管路的壓迫，降低托錐漏氣的風(fēng)險。

但是在合格審定試飛時，局方要求證明兩種托錐所得試飛結(jié)果具有相似性。這對表明符合性工作帶來了一定困難（基于國外專家經(jīng)驗，還未有任何飛機的空速校準(zhǔn)試飛是采用兩種不同的托錐），因此空速校準(zhǔn)試飛試驗建議采用同一種、相似托錐改裝。

2.5 托錐漏氣問題

作為一種管路連接裝置，托錐系統(tǒng)的連接部位存在漏氣問題，尤其是可收放托錐，其在電作動收放過程中，會對管路進(jìn)行壓迫，導(dǎo)致管壁疲勞、破裂。一旦檢測出漏氣，所采集數(shù)據(jù)將作為無效處理，可能導(dǎo)致多架次的無效試飛。因此，在飛行試驗前進(jìn)行托錐氣密性試驗，有助于排除托錐漏氣問題，若使用簡易托錐，將極大降低托錐漏氣的風(fēng)險。

3 結(jié)語

托錐法試驗相對簡單，且數(shù)據(jù)可靠性高，是一種比較成熟地空速校準(zhǔn)試飛方法。通過科學(xué)地安排包括傳感器校準(zhǔn)、長度確定、托錐選型等工作，可在前期避免托錐系統(tǒng)引入?yún)⒖检o壓測量誤差，能夠作為空速校準(zhǔn)合格審定試飛中表明符合性的方法。

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