大型民用飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)適航條款研究

王浩

【摘 要】本文介紹了歐洲宇航局的前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的適航條款，分析了條款內(nèi)容，根據(jù)適航要求，提出了前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的方面，給出了建議的符合性驗(yàn)證方法，對(duì)民用飛機(jī)適航取證具有指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)；適航；符合性驗(yàn)證

前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)是飛機(jī)起落架系統(tǒng)的組成部分，是飛機(jī)主要的地面方向控制系統(tǒng)，是影響飛機(jī)安全起降的重要系統(tǒng)。美國民航局（FAA）和中國民航局（CAAC）的適航規(guī)章目前沒有前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的條款，歐洲宇航局（EASA）發(fā)布的運(yùn)輸類飛機(jī)審定規(guī)范（CS-25）第25.745條是針對(duì)前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的條款，本文以此為基礎(chǔ)，討論大型民用飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的適航考慮。

1 前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)簡(jiǎn)介

大型民用飛機(jī)的前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)一般采用電傳-液壓或者機(jī)械-液壓兩種控制方式，主要有三種工作狀態(tài)：

1）低速滑行時(shí)，提供大角度轉(zhuǎn)向；

2）高速滑行時(shí)輔助方向舵進(jìn)行小角度航向修正；

3）自由轉(zhuǎn)向狀態(tài)。

低速時(shí)，通過設(shè)置在駕駛艙的1個(gè)或2個(gè)轉(zhuǎn)彎手輪提供輸入信號(hào)，高速糾偏時(shí)，轉(zhuǎn)彎角度較小，一般采用腳蹬信號(hào)作為輸入，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者地面牽引時(shí)，可以通過設(shè)置在駕駛艙開關(guān)或者起落架上的液壓裝置，使轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)內(nèi)部液壓壓力油路和回油油路接通，解除對(duì)前輪的控制，同時(shí)提供前輪減擺功能。

2 前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的適航條款

CS 25.745前輪轉(zhuǎn)彎的條款如下：

（a）除非限制在低速情況使用，前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)成在起飛和著陸使用時(shí)不需要特殊技巧，包括在起飛滑跑的任何階段出現(xiàn)側(cè)風(fēng)和動(dòng)力裝置突然失效的情況。這一點(diǎn)必須用試驗(yàn)來表明。

（b）必須表明在任何實(shí)際環(huán)境下飛行員的轉(zhuǎn)向控制運(yùn)動(dòng)（包括在起落架收放過程中和在起落架收起后的運(yùn)動(dòng)）不得與起落架的收放運(yùn)動(dòng)干涉。

（c）在失效情況下系統(tǒng)必須符合CCAR25.1309或其等效安全判定的要求。系統(tǒng)的布置必須是：?jiǎn)蝹€(gè)失效將不會(huì)導(dǎo)致前輪處于會(huì)產(chǎn)生危害影響的位置。前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在需要表明符合CCAR25.233的地方，必須表明符合CCAR25.1309 或其等效安全判定的要求。

（d）前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、牽引裝置以及相關(guān)部件必須設(shè)計(jì)成或必須通過適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)它們進(jìn)行保護(hù)，以獨(dú)立于飛機(jī)的方式操作飛機(jī)地面運(yùn)行時(shí)：

1）不會(huì)產(chǎn)生影響前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安全運(yùn)行的損傷；或

2）如果可能產(chǎn)生損傷，則必須在飛機(jī)開始滑行之前向機(jī)組提供警告。

（e）當(dāng)放下時(shí)，除非前輪能自動(dòng)地處于縱向姿態(tài)（自動(dòng)對(duì)中），否則就必須驗(yàn)證前輪在所有可能偏離中心的初始位置情況能成功著陸。

3 適航條款的解讀、對(duì)設(shè)計(jì)的影響及適航符合性考慮

下面逐條對(duì)上述條款內(nèi)容分析解讀，并結(jié)合條款要求考慮對(duì)轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響，給出建議的條款符合性驗(yàn)證方法。

3.1 CS25.745（a）

條款理解

（a）條要求明確前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的使用條件，是否只在低速情況下使用。如果在高速情況下使用，起飛和著陸階段“不需要特殊技巧”，即不需要使用專用設(shè)備——轉(zhuǎn)彎手輪。本條特別提到，在起飛滑跑時(shí)出現(xiàn)“側(cè)風(fēng)”和“動(dòng)力裝置突然失效”的情況，這兩種情況都會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)會(huì)出現(xiàn)航向偏離，也就是說，在糾偏時(shí)也不可以使用轉(zhuǎn)彎手輪。

本條明確要求需要通過試驗(yàn)驗(yàn)證。

條款相關(guān)的設(shè)計(jì)考慮

起飛和著陸這兩個(gè)階段飛機(jī)都是沿直線行駛，正常情況下無需轉(zhuǎn)彎，但如果出現(xiàn)側(cè)風(fēng)，不對(duì)稱推力等情況，則需要糾偏功能（小角度轉(zhuǎn)彎）。高速時(shí)，為了應(yīng)對(duì)航向偏離，飛行會(huì)操作方向舵實(shí)現(xiàn)糾偏功能，此時(shí)前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)如果需要工作，并且不能轉(zhuǎn)彎手輪，通常飛機(jī)設(shè)計(jì)成通過方向舵腳蹬信號(hào)作為前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)小角度轉(zhuǎn)彎（糾偏）的輸入信號(hào)。

符合性驗(yàn)證方法

MOC1：通過系統(tǒng)設(shè)描述文件，說明轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有高速時(shí)方向舵腳蹬控制方向的功能，或者表明前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)高速時(shí)不具備轉(zhuǎn)彎功能。

MOC6：通過飛行試驗(yàn)驗(yàn)證可以在不使用轉(zhuǎn)彎手輪的情況下完成起飛和著陸；試驗(yàn)條件為：側(cè)風(fēng)起飛/著陸；單發(fā)失效時(shí)，起飛/著陸。

其中，單發(fā)失效時(shí)，前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)要提供持續(xù)正常轉(zhuǎn)彎能力。為了證明轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)滿足要求，需要通過下面兩種情況說明：

a）起飛時(shí)，一個(gè)動(dòng)力裝置失效，前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)在剩余動(dòng)力裝置地面慢車時(shí)，支持飛機(jī)完成加速停止滑行；

b）在起飛或者任何后續(xù)飛行階段發(fā)生一個(gè)動(dòng)力裝置失效，前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)在剩余動(dòng)力裝置慢車時(shí)，完成一次著陸滑行。

3.2 CS25.745（b）

條款理解

（b）條要求很明確，前輪轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)不得與起落架收放運(yùn)動(dòng)干涉。由于前起落架參與了收放運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)，從設(shè)計(jì)及安全性出發(fā)，要求轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)不能干涉收放運(yùn)動(dòng)，尤其是收放過程中及收上以后。

條款相關(guān)的設(shè)計(jì)考慮

起落架有4個(gè)狀態(tài)：收上狀態(tài)，放下狀態(tài)，收上過程中，放下過程中。條款明確要求的是，收放過程中或收上后，前輪轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)不能與收放運(yùn)動(dòng)干涉。考慮飛機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況，當(dāng)飛機(jī)進(jìn)行收放運(yùn)動(dòng)或收上后，飛機(jī)是在空中的，此時(shí)進(jìn)行前輪轉(zhuǎn)彎是沒有意義的，因?yàn)轱w機(jī)在空，前輪的偏轉(zhuǎn)無法改變飛機(jī)航向。

因此，通常飛機(jī)設(shè)計(jì)的前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)激活的條件之一就是“飛機(jī)在地”。飛機(jī)在地有兩層含義：1.前起落架放下并鎖定；2.前起落架有輪載信號(hào)。

要滿足上述兩條，可以通過控制器邏輯實(shí)現(xiàn)，有的飛機(jī)則通過在前起落架轉(zhuǎn)軸處設(shè)置液壓控制裝置，設(shè)計(jì)成只有前起落架放下轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)才能獲得液壓源。

符合性驗(yàn)證方法

MOC1：設(shè)計(jì)說明。描述前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的架構(gòu)，說明只有起落架放下后，前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)才能工作，兩種運(yùn)動(dòng)時(shí)序不一樣，不會(huì)干涉。

MOC5：機(jī)上地面試驗(yàn)。在起落架收、放過程中和起落架收上后，操作轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)，沒有相應(yīng)的前輪偏轉(zhuǎn)。

3.3 CS25.745（c）

條款理解

（c）條為系統(tǒng)安全性要求，有3句話，第1句要求系統(tǒng)滿足CCAR25.1309條要求，25.1309條是對(duì)機(jī)載系統(tǒng)通用安全性要求，在此不展開說明，簡(jiǎn)言之，本句要求前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)也要像其他機(jī)載系統(tǒng)一樣，進(jìn)行安全性分析和驗(yàn)證。第2句是更細(xì)致的安全性要求，“單個(gè)失效不會(huì)導(dǎo)致前輪處于產(chǎn)生危害影響的位置”。考慮單個(gè)失效時(shí)，對(duì)于已經(jīng)證明完整性的零件，如簡(jiǎn)單的插頭或者單向閥，可以不用考慮其失效或未連接上。第3句，也是對(duì)第1句的補(bǔ)充，在表明飛機(jī)滿足航向穩(wěn)定性時(shí)，必須表明系統(tǒng)的安全性。

條款相關(guān)的設(shè)計(jì)考慮

為了防止單個(gè)失效時(shí)前輪在危害影響的位置，設(shè)計(jì)上要充分考慮冗余備份，轉(zhuǎn)彎指令的輸入要冗余備份，系統(tǒng)通常設(shè)置兩個(gè)轉(zhuǎn)彎手輪、兩個(gè)轉(zhuǎn)彎角度測(cè)量傳感器，控制器也冗余備份，控制器需要監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中要貫穿著安全性的要求。在評(píng)估單點(diǎn)故障引起的前輪偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致危險(xiǎn)情形時(shí)，應(yīng)該考慮飛行員的對(duì)故障現(xiàn)象的本能反應(yīng)，由于提供給飛行員的故障提醒比較緊急快速，還應(yīng)考慮飛行員在采取應(yīng)對(duì)措施的反應(yīng)時(shí)間。

符合性驗(yàn)證方法

MOC3：對(duì)前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)進(jìn)行安全性分析，說明系統(tǒng)達(dá)到25.1309條要求的安全性要求。逐個(gè)分析可能的單個(gè)失效，證明不會(huì)導(dǎo)致前輪處于危害影響的位置。

3.4 CS25.745（d）

條款理解

“以獨(dú)立于飛機(jī)的方式操作飛機(jī)地面運(yùn)行”主要指的是“牽引”，飛機(jī)在航線運(yùn)營(yíng)時(shí)，經(jīng)常要被牽引或者拖拽，除了常規(guī)的使用牽引桿拖拽飛機(jī)的方式外，無桿牽引車逐漸被航空公司采用，無桿牽引車采用抬起前起落架、捆綁或者箍住輪胎的方式牽引飛機(jī)，沒有了牽引桿的限制，無桿牽引的角度大為增加，可以實(shí)現(xiàn)360°牽引。另外，無桿牽引對(duì)前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)乃至前起落架的載荷輸入都與有桿牽引完全不同。本條要求在各種形式的牽引時(shí)，前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)不會(huì)損壞；如果可能產(chǎn)生損壞，需要在開始牽引前向機(jī)組提供告警信息。

條款相關(guān)的設(shè)計(jì)考慮

d（1）和d（2）是“或”的關(guān)系，滿足對(duì)于d（1），就是要考慮到所有可能遇到的各種牽引形式和載荷，設(shè)計(jì)思路有：

a）轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)設(shè)計(jì)成能夠承受任何牽引載荷；

b）轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)設(shè)計(jì)成允許360°牽引；

c）轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)可以被人工或者自動(dòng)斷開；

d）轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)在前起落架上裝有過載保護(hù)裝置。

如果d（1）較難實(shí)現(xiàn)，可以采用d（2）的要求，即牽引時(shí)可能會(huì)損傷轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)，但是滑行前會(huì)向機(jī)組人員提供告警信息。這條可以通過在前起落架上設(shè)置牽引指示燈實(shí)現(xiàn)，控制盒通過對(duì)飛機(jī)狀態(tài)的判斷，確定是否可以牽引飛機(jī)，通過指示燈傳遞給地面人員。

如果d（2）也無法滿足，還可以有如下方法：

1）在飛機(jī)飛行手冊(cè)，在限制章節(jié)中，應(yīng)該聲明“不允許使用無桿牽引”；

2）在飛機(jī)飛行手冊(cè)，在限制章節(jié)中，應(yīng)該聲明“不允許使用無桿牽引，除非按特定的無桿牽引車的操作程序牽引，使用的無桿牽引車不會(huì)損傷轉(zhuǎn)向系統(tǒng)或者當(dāng)轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)損傷時(shí)，可以提供可靠告警信息”， 并且要在持續(xù)適航文件中要提供適用于機(jī)型的無桿牽引車型號(hào)目錄；

符合性驗(yàn)證方法

MOC1：通過說明前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，考慮了各種牽引飛機(jī)的情況，系統(tǒng)不會(huì)在無桿牽引時(shí)受到損傷，或者說明前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)具備損傷告警功能，還可以直接通過飛行手冊(cè)限制飛機(jī)的無桿牽引。

MOC2：分析計(jì)算無桿牽引轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的載荷，證明前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)不會(huì)受到損傷。

MOC4：通過試驗(yàn)驗(yàn)證前輪轉(zhuǎn)彎的損傷告警功能。

3.5 CS25.745（e）

條款理解

（e）條要求前輪轉(zhuǎn)彎具備自動(dòng)對(duì)中功能，否則需要驗(yàn)證飛機(jī)能在前輪在任何可能偏轉(zhuǎn)角度下成功著陸。

條款相關(guān)的設(shè)計(jì)考慮

無論從對(duì)飛機(jī)的設(shè)計(jì)本身，還是從適航工作量來說，自動(dòng)對(duì)中功能是必須的。

通常情況下，前起落架可以通過設(shè)置凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)中，當(dāng)緩沖器壓縮時(shí)，上下回中凸輪脫開，前輪可以自由轉(zhuǎn)向；當(dāng)飛機(jī)離地時(shí)，前起落架緩沖器伸長(zhǎng)，上下凸輪嚙合，使前輪回到中立位置。另外，在前起落架放下后著陸前，可以通過轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)反饋傳感器監(jiān)測(cè)前輪偏轉(zhuǎn)角度，或者設(shè)置如果偏角超出誤差范圍，自動(dòng)通過液壓驅(qū)動(dòng)前輪回到中立位。

符合性驗(yàn)證方法

MOC1：通過前起落架的轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖紙或者控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖說明前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)具備自動(dòng)對(duì)中功能。

MOC5：機(jī)上地面試驗(yàn)，通過試驗(yàn)來驗(yàn)證前起落架放下后的前輪可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)中。

4 總結(jié)

本文介紹了歐洲宇航局的CS25.745條款，對(duì)條款進(jìn)行了解讀，針對(duì)條款要求，提出前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上應(yīng)該考慮的問題，提供了條款的符合性驗(yàn)證思路，對(duì)大型民用飛機(jī)的適航取證具有的指導(dǎo)意義。最后，祝愿中國的民用飛機(jī)能在歐洲的天空翱翔。

【參考文獻(xiàn)】

[1]CS-25：Certification Specifications and Acceptable Means of Compliance for Large Aeroplanes.

[2]A320 Flight Crew Operation Manual.

[責(zé)任編輯：田吉捷]