民用飛機高速特性飛行試驗方法及飛行計劃研究

劉經緯+劉星宇

摘 要：《CCAR-25運輸類飛機適航標準》中B部分高速特性考察了高速飛行時飛機的穩定性及操縱性，是適航標準中重要的組成部分。高速特性試飛是民機型號合格審定中必須演示的高風險試飛科目之一。該文在對適航標準的分析理解基礎上，進行高速特性試飛計劃研究，對試飛中飛機的飛行任務、試飛構型、飛行速度、重量重心和動力設置狀態等進行詳細定義，可用于組織民用運輸類飛機的型號合格審定試飛。

關鍵詞：高速特性 飛行試驗 適航標準 型號合格審定 飛行計劃

中圖分類號：V249 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（c）-0022-02

在民用飛機設計過程中如何滿足安全性要求需要考慮多方面因素的影響，其中飛機在高速飛行時的氣動特性是最為關鍵的影響因素之一。在CCAR-25運輸類飛機適航標準中針對民用運輸類飛機高速特性主要是考察飛機在高速時的動穩定性、靜穩定性、及操縱特性。

高速特性是民用運輸類飛機必須要進行試飛驗證的高風險科目之一，也是適航合格審定試飛的重點科目之一，在民用運輸類飛機的試飛中占有重要的地位，試飛結果必須滿足中國民用航空條例第25部（CCAR-25）中第25.253、335、1303和1505的要求。該文將探討如何通過對適航條款的理解分析來進行高速特性的試飛方法及驗證計劃。

1 高速特性的適航條款

1.1 適航條款的要求

CCAR-25運輸類飛機適航標準中與民機在高速時的氣動特性有關的條款是CCAR25.253、CCAR25.335、CCAR25.1303、CCAR25.1505[1]，內容如下：

1.1.1 §25.335設計空速

設計俯沖速度VD必須選定VD以使VC/MC不大于0.8VD/MD，或使VC/MC和VD/MD之間的最小速度余量是下列值中的大者：

（1）從以VC/MC定常飛行的初始情況開始，飛機顛傾，沿著比初始航跡低7.5°的飛行航跡飛行20 s，然后以載荷系數1.5（0.5 g的加速度增量）拉起。只要所使用的氣動數據是可靠的或保守的，則上述機動中出現的速度增量可采用計算值。開始拉起之前假定具有§25.175（b）（1）（iv）規定的功率（推力），開始拉起時可以假定功率（推力）減小并使用駕駛員操縱的阻力裝置。

（2）最小速度余量必須足以應付大氣條件的變動（例如，水平突風和穿過急流與冷峰），以及應付儀表誤差和飛機機體的制造偏差。這些因素可以基于概率來考慮。但是在MC受到壓縮性效應限制的高度上，該余量不得小于0.07 M，除非用合理的分析考慮了所有自動系統的影響得到了更低的余度。在任何情況下，該余量不得小于0.05 M。

1.1.2 §25.1303 飛行和導航儀表

飛機應根據下列規定的情況安裝相應的儀表設備：

渦輪發動機飛機和VMO/MMO大于0.8VDF/MDF或0.8VD/MD的飛機，需有速度警告裝置。當速度超過VMO+6節或MMO+0.01時，速度警告裝置必須向駕駛員發出有效的音響警告（要與其它用途的音響警告有明顯區別）。該警告裝置的制造允差的上限不得超過規定的警告速度。

1.1.3 §25.1505 最大使用限制速度

最大使用限制速度（VMO/MMO-空速或M數，在特定高度取其臨界者）指在任何飛行狀態（爬升、巡航或下降）下，都不得故意超過的速度，但在試飛或駕駛員訓練飛行中，經批準可以使用更大的速度。VMO/MMO必須制定成不高于設計巡航速度VC，并充分低于VD/MD或VDF/MDF，使得飛行中極不可能無意中超過后一速度。VMO/MMO與VD/MD或VDF/MDF，之間的速度余量不得小于按§25.335（b）確定的余量，或按§25.253進行試飛時認為是必需的余量。

1.1.4 §25.253 高速特性

增速特性和速度恢復特性，必須滿足下列對增速特性和速度恢復特性的要求：

（1）很可能引起無意中增速（包括俯仰和滾轉的顛傾）的運動狀態和特性，必須用配平在直至VMO/MMO的任一很可能使用的巡航速度的飛機來模擬。這些運行狀態和特性包括突風顛傾、無意的操縱動作、相對于操縱系統摩擦來說，較低的桿力梯度、旅客的走動、由爬升改為平飛以及由M數限制高度下降到空速限制高度。

（2）計及有效的固有或人為速度警告發出后駕駛員做出反應的時間，必須表明在下述條件下能夠恢復到正常的姿態，并且速度降低到VMO/MMO：

①不需要特別大的駕駛桿力或特殊的技巧；②不超過VD/MD，VDF/MDF及各種結構限制；③不出現會削弱駕駛員判讀儀表或操縱飛機恢復正常的能力的抖振。

（3）飛機在不超過VMO/MMO的任一速度配平，在直到VDF/MDF的任一速度下，對繞任一軸的操縱輸入不得有反逆響應。飛機的俯仰、橫滾或偏航的傾向必須輕微，并可用正常駕駛技巧即刻控制。當飛機在VMO/MMO配平后，在大于VFC/MFC的速度下，升降舵操縱力相對速度的關系曲線斜率不一定要穩定，但是在直到VDF/MDF的所有速度下，必須為推力，而且在達到VDF/MDF時，升降舵的操縱力不得有突然或過度的減小。

具有穩定性的最大速度VFC/MFC，VFC/MFC是襟翼和起落架收起時，必須滿足§25.143（f）、§25.147（e）、§25.175（b）（1）、§25.177和§25.181要求的最大速度。該速度不得小于VMO/MMO和VDF/MDF的平均值，但在M數成為限制因素的高度，MFC不必超過發出有效速度警告的M數。

1.2 對適航條款的理解

以上相關的適航條款中§25.1505和§25.335建立了確定最大使用限制速度（VMO/MMO）及設計俯沖速度（VD）的準則；§25.1303對超速警告裝置提出了要求；§25.253則是建立了演示飛機高速特性時飛機的增速特性和速度恢復特性[3]，確定飛機高速飛行時可接受的穩定性和操縱性準則及確定具有穩定性的最大速度VFC/MFC。

適航條款§25.253“高速特性”規定了飛機的試飛狀態、試飛任務、試飛構型、速度及動力設置。涉及的高速特性試飛演示時所要考察的試飛狀態及特性包括：重心移動、無意的速度增加、突風顛傾、由爬升改為平飛、由M數限制高度下降到空速限制高度等[2]。

CCAR25.253（a）（3）中明確了高速特性試飛時的配平速度，要求不超過VMO/MMO，可以將此速度作為試飛時配平飛機的基準，空速允差控制在±3%。由于高度越高，空氣密度越小，飛機的俯仰擺動、橫側擺動的衰減時間變長，飛機縱向及橫航向的穩定性會變低，建議試飛時在高高度進行，這樣得到的試飛結果比較保守。高速時襟翼縫翼為巡航狀態構型，起落架為收起狀態。

AC25-7A《運輸類飛機合格審定飛行試驗指南》中對高速特性推薦了幾種典型的試飛方法，下面逐條對試飛方法及試飛計劃進行分析。

1.2.1 重心移動試飛

根據飛機內部實際布局情況，按照典型數量的乘客及服務車，從飛機最后一排座位走到駕駛艙艙門區域，整個過程中飛機重心前移，重心與焦點的距離增大，飛機縱向靜穩定性變強，機頭下沉，飛機速度增大，在飛機加速到超速告警發出3 s后要求以不超過1.5 g的過載改出，若法向過載超出1.5 g，飛機的乘坐品質會降低，乘客會感到不舒適。某型號飛機高速特性重心移動試飛時推薦的是兩乘務人員及一輛餐車滿載時的總重量。若試驗機安裝了水配重系統，可以將水從客艙后部移到前部來模擬乘客向前走動。若試飛時沒有加裝水配重系統，可以采用真人正常向前移動的辦法達到重心移動。

此試飛是模擬重心向前移動后飛機低頭增速，如果重心設為前重心，那么試飛過程中重心會超出包線限制，故使用后重心作為審定試飛驗證狀態。

重量的選取原則是可以讓飛機在機頭低頭后增速最快，這樣得到的結果比較臨界。機翼水平飛行，同一配平速度下大重量時機身迎角大，發動機推力大，重心前移同樣的程度后飛機下滑角小；小重量時雖然機身迎角小，發動機推力小，但重心前移同樣的程度后飛機下滑角大。故大小重量都要作為適航試飛狀態進行考察。

1.2.2 無意的速度增加

航線飛行中飛行員無意的縱向操縱動作可能會使飛機速度增加直至超出最大使用限制速度。試飛時可通過以下操縱來模擬飛行員的無意操縱：對俯仰操縱機構施加足夠大的操縱力使縱向桿快速向前移動，使飛機低頭俯沖并產生0.5 g的法向過載，保持5 s，然后拉縱向桿以不大于1.5 g的過載改出增速狀態。

一般飛機在大重量前重心下的桿力特性較臨界。同一狀態下達到同樣的負過載，飛機在大重量前重心時需要施加更大的推桿力，且此情況下大重量時飛機增速較明顯。后重心時飛機的穩定性較臨界，故試飛時建議選取大重量、前后重心都作為試驗狀態。

1.2.3 突風顛傾試飛

飛機在空中遇到突風時機體會產生縱向、橫行及縱橫向顛傾。模擬縱向突風導致的顛傾時，先在VMO/MMO速度下配平，然后減小速度，以之前配平時的發動機功率和配平，使機頭下沉達到6°～12°的機頭下俯姿態，允許飛機加速到超速警告發出后3 s，然后以不大于1.5 g的過載改出。

模擬橫向突風時，先將飛機配平于穩定直線水平飛行，然后操縱駕駛盤使飛機迅速滾轉到45°～60°滾轉角，方向舵和縱向操縱機構保持不變，之后放棄操縱至少10 s或超速警告發出后3 s后（取先出現者），以不大于1.5 g的過載改出。

模擬縱橫向顛傾時先按要求完成縱向顛傾，在俯仰姿態已建立但在達到VMO/MMO之前，使飛機滾轉15°～25°，應保持既定姿態直到超速警告發出后3 s，以不大于1.5 g的過載改出。從縱、橫向操縱后飛機增速及穩定性角度考慮建議用大重量、前后臨界重心來作為突風顛傾適航試飛狀態進行考察。

1.2.4 由爬升轉入平飛試飛

此試飛狀態是考查飛機從爬升推力狀態改平飛機后，發動機推力保持不變，飛機增速直至超速警告發出后飛機的操穩特性，試飛時一般設置超速警告發出時間是3 s，然后以不超過1.5 g的載荷系數改出。

在相同的爬升推力下小重量時飛機爬升速度較快，且改平后其加速度大，飛機增速快，建議用小重量、前后重心來作為驗證狀態。

1.2.5 從M數限制高度下降到空速限制高度試飛

在M數限制高度，以MMO配平飛機，按由MMO定義的速度圖表下降至空速限制高度，超速警告發出3 s后以不大于1.5 g的過載改出。從增速快及飛機穩定性角度考慮，建議用大重量、前后重心來完成驗證試飛。

2 試飛計劃安排

基于以上對高速特性適航條款的理解及試飛方法的分析，建議民用運輸類飛機高速特性適航試飛時試飛計劃安排如表1所示。

3 結語

該文通過對高速特性適航條款的理解分析，對高速特性型號合格審定試飛計劃進行研究。制定的高速特性試飛計劃，可用于組織民用運輸類飛機的適航試飛時作為參考。

參考文獻

[1] CCAR-25中國民用航空條例第25部運輸類飛機適航標準[S].

[2] AC25-7A運輸類飛機合格審定飛行試驗指南[Z].

[3] 霍建武，攀力，王啟.Y7H一5OO型飛機高速特性適航試飛[J].飛行力學，1995，13（1）.

適航條款§25.253“高速特性”規定了飛機的試飛狀態、試飛任務、試飛構型、速度及動力設置。涉及的高速特性試飛演示時所要考察的試飛狀態及特性包括：重心移動、無意的速度增加、突風顛傾、由爬升改為平飛、由M數限制高度下降到空速限制高度等[2]。

CCAR25.253（a）（3）中明確了高速特性試飛時的配平速度，要求不超過VMO/MMO，可以將此速度作為試飛時配平飛機的基準，空速允差控制在±3%。由于高度越高，空氣密度越小，飛機的俯仰擺動、橫側擺動的衰減時間變長，飛機縱向及橫航向的穩定性會變低，建議試飛時在高高度進行，這樣得到的試飛結果比較保守。高速時襟翼縫翼為巡航狀態構型，起落架為收起狀態。

AC25-7A《運輸類飛機合格審定飛行試驗指南》中對高速特性推薦了幾種典型的試飛方法，下面逐條對試飛方法及試飛計劃進行分析。

1.2.1 重心移動試飛

根據飛機內部實際布局情況，按照典型數量的乘客及服務車，從飛機最后一排座位走到駕駛艙艙門區域，整個過程中飛機重心前移，重心與焦點的距離增大，飛機縱向靜穩定性變強，機頭下沉，飛機速度增大，在飛機加速到超速告警發出3 s后要求以不超過1.5 g的過載改出，若法向過載超出1.5 g，飛機的乘坐品質會降低，乘客會感到不舒適。某型號飛機高速特性重心移動試飛時推薦的是兩乘務人員及一輛餐車滿載時的總重量。若試驗機安裝了水配重系統，可以將水從客艙后部移到前部來模擬乘客向前走動。若試飛時沒有加裝水配重系統，可以采用真人正常向前移動的辦法達到重心移動。

此試飛是模擬重心向前移動后飛機低頭增速，如果重心設為前重心，那么試飛過程中重心會超出包線限制，故使用后重心作為審定試飛驗證狀態。

重量的選取原則是可以讓飛機在機頭低頭后增速最快，這樣得到的結果比較臨界。機翼水平飛行，同一配平速度下大重量時機身迎角大，發動機推力大，重心前移同樣的程度后飛機下滑角小；小重量時雖然機身迎角小，發動機推力小，但重心前移同樣的程度后飛機下滑角大。故大小重量都要作為適航試飛狀態進行考察。

1.2.2 無意的速度增加

航線飛行中飛行員無意的縱向操縱動作可能會使飛機速度增加直至超出最大使用限制速度。試飛時可通過以下操縱來模擬飛行員的無意操縱：對俯仰操縱機構施加足夠大的操縱力使縱向桿快速向前移動，使飛機低頭俯沖并產生0.5 g的法向過載，保持5 s，然后拉縱向桿以不大于1.5 g的過載改出增速狀態。

一般飛機在大重量前重心下的桿力特性較臨界。同一狀態下達到同樣的負過載，飛機在大重量前重心時需要施加更大的推桿力，且此情況下大重量時飛機增速較明顯。后重心時飛機的穩定性較臨界，故試飛時建議選取大重量、前后重心都作為試驗狀態。

1.2.3 突風顛傾試飛

飛機在空中遇到突風時機體會產生縱向、橫行及縱橫向顛傾。模擬縱向突風導致的顛傾時，先在VMO/MMO速度下配平，然后減小速度，以之前配平時的發動機功率和配平，使機頭下沉達到6°～12°的機頭下俯姿態，允許飛機加速到超速警告發出后3 s，然后以不大于1.5 g的過載改出。

模擬橫向突風時，先將飛機配平于穩定直線水平飛行，然后操縱駕駛盤使飛機迅速滾轉到45°～60°滾轉角，方向舵和縱向操縱機構保持不變，之后放棄操縱至少10 s或超速警告發出后3 s后（取先出現者），以不大于1.5 g的過載改出。

模擬縱橫向顛傾時先按要求完成縱向顛傾，在俯仰姿態已建立但在達到VMO/MMO之前，使飛機滾轉15°～25°，應保持既定姿態直到超速警告發出后3 s，以不大于1.5 g的過載改出。從縱、橫向操縱后飛機增速及穩定性角度考慮建議用大重量、前后臨界重心來作為突風顛傾適航試飛狀態進行考察。

1.2.4 由爬升轉入平飛試飛

此試飛狀態是考查飛機從爬升推力狀態改平飛機后，發動機推力保持不變，飛機增速直至超速警告發出后飛機的操穩特性，試飛時一般設置超速警告發出時間是3 s，然后以不超過1.5 g的載荷系數改出。

在相同的爬升推力下小重量時飛機爬升速度較快，且改平后其加速度大，飛機增速快，建議用小重量、前后重心來作為驗證狀態。

1.2.5 從M數限制高度下降到空速限制高度試飛

在M數限制高度，以MMO配平飛機，按由MMO定義的速度圖表下降至空速限制高度，超速警告發出3 s后以不大于1.5 g的過載改出。從增速快及飛機穩定性角度考慮，建議用大重量、前后重心來完成驗證試飛。

2 試飛計劃安排

基于以上對高速特性適航條款的理解及試飛方法的分析，建議民用運輸類飛機高速特性適航試飛時試飛計劃安排如表1所示。

3 結語

該文通過對高速特性適航條款的理解分析，對高速特性型號合格審定試飛計劃進行研究。制定的高速特性試飛計劃，可用于組織民用運輸類飛機的適航試飛時作為參考。

參考文獻

[1] CCAR-25中國民用航空條例第25部運輸類飛機適航標準[S].

[2] AC25-7A運輸類飛機合格審定飛行試驗指南[Z].

[3] 霍建武，攀力，王啟.Y7H一5OO型飛機高速特性適航試飛[J].飛行力學，1995，13（1）.

適航條款§25.253“高速特性”規定了飛機的試飛狀態、試飛任務、試飛構型、速度及動力設置。涉及的高速特性試飛演示時所要考察的試飛狀態及特性包括：重心移動、無意的速度增加、突風顛傾、由爬升改為平飛、由M數限制高度下降到空速限制高度等[2]。

CCAR25.253（a）（3）中明確了高速特性試飛時的配平速度，要求不超過VMO/MMO，可以將此速度作為試飛時配平飛機的基準，空速允差控制在±3%。由于高度越高，空氣密度越小，飛機的俯仰擺動、橫側擺動的衰減時間變長，飛機縱向及橫航向的穩定性會變低，建議試飛時在高高度進行，這樣得到的試飛結果比較保守。高速時襟翼縫翼為巡航狀態構型，起落架為收起狀態。

AC25-7A《運輸類飛機合格審定飛行試驗指南》中對高速特性推薦了幾種典型的試飛方法，下面逐條對試飛方法及試飛計劃進行分析。

1.2.1 重心移動試飛

根據飛機內部實際布局情況，按照典型數量的乘客及服務車，從飛機最后一排座位走到駕駛艙艙門區域，整個過程中飛機重心前移，重心與焦點的距離增大，飛機縱向靜穩定性變強，機頭下沉，飛機速度增大，在飛機加速到超速告警發出3 s后要求以不超過1.5 g的過載改出，若法向過載超出1.5 g，飛機的乘坐品質會降低，乘客會感到不舒適。某型號飛機高速特性重心移動試飛時推薦的是兩乘務人員及一輛餐車滿載時的總重量。若試驗機安裝了水配重系統，可以將水從客艙后部移到前部來模擬乘客向前走動。若試飛時沒有加裝水配重系統，可以采用真人正常向前移動的辦法達到重心移動。

此試飛是模擬重心向前移動后飛機低頭增速，如果重心設為前重心，那么試飛過程中重心會超出包線限制，故使用后重心作為審定試飛驗證狀態。

重量的選取原則是可以讓飛機在機頭低頭后增速最快，這樣得到的結果比較臨界。機翼水平飛行，同一配平速度下大重量時機身迎角大，發動機推力大，重心前移同樣的程度后飛機下滑角小；小重量時雖然機身迎角小，發動機推力小，但重心前移同樣的程度后飛機下滑角大。故大小重量都要作為適航試飛狀態進行考察。

1.2.2 無意的速度增加

航線飛行中飛行員無意的縱向操縱動作可能會使飛機速度增加直至超出最大使用限制速度。試飛時可通過以下操縱來模擬飛行員的無意操縱：對俯仰操縱機構施加足夠大的操縱力使縱向桿快速向前移動，使飛機低頭俯沖并產生0.5 g的法向過載，保持5 s，然后拉縱向桿以不大于1.5 g的過載改出增速狀態。

一般飛機在大重量前重心下的桿力特性較臨界。同一狀態下達到同樣的負過載，飛機在大重量前重心時需要施加更大的推桿力，且此情況下大重量時飛機增速較明顯。后重心時飛機的穩定性較臨界，故試飛時建議選取大重量、前后重心都作為試驗狀態。

1.2.3 突風顛傾試飛

飛機在空中遇到突風時機體會產生縱向、橫行及縱橫向顛傾。模擬縱向突風導致的顛傾時，先在VMO/MMO速度下配平，然后減小速度，以之前配平時的發動機功率和配平，使機頭下沉達到6°～12°的機頭下俯姿態，允許飛機加速到超速警告發出后3 s，然后以不大于1.5 g的過載改出。

模擬橫向突風時，先將飛機配平于穩定直線水平飛行，然后操縱駕駛盤使飛機迅速滾轉到45°～60°滾轉角，方向舵和縱向操縱機構保持不變，之后放棄操縱至少10 s或超速警告發出后3 s后（取先出現者），以不大于1.5 g的過載改出。

模擬縱橫向顛傾時先按要求完成縱向顛傾，在俯仰姿態已建立但在達到VMO/MMO之前，使飛機滾轉15°～25°，應保持既定姿態直到超速警告發出后3 s，以不大于1.5 g的過載改出。從縱、橫向操縱后飛機增速及穩定性角度考慮建議用大重量、前后臨界重心來作為突風顛傾適航試飛狀態進行考察。

1.2.4 由爬升轉入平飛試飛

此試飛狀態是考查飛機從爬升推力狀態改平飛機后，發動機推力保持不變，飛機增速直至超速警告發出后飛機的操穩特性，試飛時一般設置超速警告發出時間是3 s，然后以不超過1.5 g的載荷系數改出。

在相同的爬升推力下小重量時飛機爬升速度較快，且改平后其加速度大，飛機增速快，建議用小重量、前后重心來作為驗證狀態。

1.2.5 從M數限制高度下降到空速限制高度試飛

在M數限制高度，以MMO配平飛機，按由MMO定義的速度圖表下降至空速限制高度，超速警告發出3 s后以不大于1.5 g的過載改出。從增速快及飛機穩定性角度考慮，建議用大重量、前后重心來完成驗證試飛。

2 試飛計劃安排

基于以上對高速特性適航條款的理解及試飛方法的分析，建議民用運輸類飛機高速特性適航試飛時試飛計劃安排如表1所示。

3 結語

該文通過對高速特性適航條款的理解分析，對高速特性型號合格審定試飛計劃進行研究。制定的高速特性試飛計劃，可用于組織民用運輸類飛機的適航試飛時作為參考。

參考文獻

[1] CCAR-25中國民用航空條例第25部運輸類飛機適航標準[S].

[2] AC25-7A運輸類飛機合格審定飛行試驗指南[Z].

[3] 霍建武，攀力，王啟.Y7H一5OO型飛機高速特性適航試飛[J].飛行力學，1995，13（1）.