某大型民用水陸兩棲飛機(jī)起飛構(gòu)型告警設(shè)計(jì)

吳海燕 陳振興

摘要：針對(duì)某型水陸兩用飛機(jī)起飛構(gòu)型特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了告警系統(tǒng)用來(lái)提高飛機(jī)起飛階段安全性。告警系統(tǒng)能有效的指示飛機(jī)起飛階段各系統(tǒng)的不正常形態(tài)，并獲取飛行機(jī)組的注意，飛行機(jī)組根據(jù)告警系統(tǒng)告警指示，及時(shí)準(zhǔn)確的采取規(guī)避、解決措施，保證飛行安全。

關(guān)鍵詞：水陸兩棲飛機(jī)；起飛；告警系統(tǒng)

1 前言

在中國(guó)民用航空局頒布的適航規(guī)章第703條”起飛警告系統(tǒng)”中對(duì)飛機(jī)起飛形態(tài)時(shí)告警設(shè)計(jì)要求：

飛機(jī)必須安裝起飛警告系統(tǒng)并滿足下列要求：

（a） 在起飛滑跑的開(kāi)始階段，如果飛機(jī)處于任何一種不允許安全起飛的形態(tài)，則警告系統(tǒng)必須自動(dòng)向駕駛員發(fā)出音響警告，這些形態(tài)包括：

（1） 襟翼或前緣升力裝置不在經(jīng)批準(zhǔn)的起飛位置范圍以內(nèi)；

（2） 機(jī)翼擾流板（符合第25.671條要求的橫向操縱擾流板除外），減速板或縱向配平裝置處于不允許安全起飛的位置；

（b） 本條（a）中要求的警告必須持續(xù)到下列任一時(shí)刻為止：

（1） 飛機(jī)的形態(tài)改變?yōu)樵试S安全起飛；

（2） 駕駛員采取行動(dòng)停止起飛滑跑；

（3） 飛機(jī)抬頭起飛；

（4） 駕駛員人為地切斷警告；

（c） 在申請(qǐng)合格審定的整個(gè)起飛重量、高度和溫度范圍內(nèi)，用于接通警告系統(tǒng)的裝置必須能正常工作。[1]

結(jié)合某大型民用水陸兩棲飛機(jī)具有水上、陸上兩種起飛構(gòu)型特點(diǎn)，對(duì)民用飛機(jī)陸上起飛、水上起飛告警進(jìn)行研究。

2 起飛警告適航需求追溯

通常襟翼和機(jī)翼前緣升力裝置都是由電機(jī)帶動(dòng)的機(jī)械裝置，沒(méi)有自動(dòng)恢復(fù)中立位置的功能。如果停機(jī)后駕駛員沒(méi)有執(zhí)行恢復(fù)操作，裝置會(huì)一直處于上一次工作位置。如果下一次飛行前駕駛員沒(méi)有發(fā)現(xiàn)位置的偏差，或沒(méi)有按要求操縱這些升力裝置，則極易發(fā)生危險(xiǎn)，引氣不同程度的飛行事故。

此外，飛機(jī)的擾流板及縱向配平裝置等對(duì)飛行安全均會(huì)產(chǎn)生較大的影響，如果這些裝置出現(xiàn)故障或處于錯(cuò)誤位置，均會(huì)給飛機(jī)的飛行安全構(gòu)成嚴(yán)重的威脅，因此，通常將這些裝置作為飛機(jī)起飛時(shí)需控制的構(gòu)型。

為解決起飛時(shí)飛機(jī)構(gòu)型不正確的問(wèn)題，幾乎所有飛機(jī)制造商在進(jìn)行飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，均設(shè)計(jì)了起飛警告系統(tǒng)，以最大能力避免飛機(jī)在起飛期間的安全事故。

3 某型民用飛機(jī)起飛告警相關(guān)系統(tǒng)分析介紹

3.1 起飛階段需關(guān)注系統(tǒng)

3.1.1 襟翼及前緣升力裝置

某型水陸兩棲民用飛機(jī)襟翼及前緣升力裝置包括襟翼系統(tǒng)。飛機(jī)在飛行任務(wù)過(guò)程當(dāng)中，通過(guò)調(diào)節(jié)襟翼在起飛位、巡航位及降落位置之間的收放位置，從而改變飛機(jī)的氣動(dòng)特性，輔助飛機(jī)完成在起飛、爬升、巡航、進(jìn)場(chǎng)和著陸著水的任務(wù)。

飛機(jī)起飛階段，飛行員應(yīng)通過(guò)操縱中央操縱臺(tái)上的襟翼手柄向襟翼控制計(jì)算機(jī)發(fā)出控制指令，控制動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置工作，并向扭力桿輸出扭矩，帶動(dòng)滾珠螺旋作動(dòng)器運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)襟翼舵面偏轉(zhuǎn)到飛機(jī)起飛相應(yīng)角度，用以增加機(jī)翼升力，提高飛機(jī)起飛性能。如襟翼未可靠保持在起飛位置進(jìn)行起飛，可能帶來(lái)災(zāi)難性的后果。

襟翼控制手柄設(shè)置在中央操縱臺(tái)，飛行機(jī)組無(wú)法實(shí)時(shí)感受并觀察到襟翼位置，而襟翼角度對(duì)飛機(jī)起飛安全性影響較大，因此，必須在起飛階段對(duì)襟翼角度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.1.2 機(jī)翼擾流板或縱向配平裝置

某型水陸兩棲民用飛機(jī)擾流片僅用于輔助副翼進(jìn)行飛機(jī)滾轉(zhuǎn)控制，左右機(jī)翼各兩片。擾流片控制系統(tǒng)功能上與副翼聯(lián)動(dòng)，在結(jié)構(gòu)上與副翼相互獨(dú)立。飛機(jī)橫滾姿態(tài)對(duì)飛機(jī)的起飛安全性影響非常大，但由于該型民用飛機(jī)副翼和擾流片偏轉(zhuǎn)均由飛行員操縱駕駛盤控制，若駕駛盤偏轉(zhuǎn)，飛行機(jī)組直觀感覺(jué)比較明顯，因此，未在起飛警告階段對(duì)副翼及擾流板狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

某型水陸兩棲民用飛機(jī)縱向配平裝置包括升降舵和調(diào)整片操縱系統(tǒng)。飛行員通過(guò)操縱駕駛桿和升降舵?zhèn)鲃?dòng)線系操縱升降舵舵面偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)飛機(jī)俯仰控制，通過(guò)調(diào)效機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)駕駛桿操縱力的俯仰配平控制。飛機(jī)俯仰偏轉(zhuǎn)對(duì)飛機(jī)的起飛安全性影響非常大，若在起飛階段飛機(jī)低頭，可能帶來(lái)災(zāi)難性的影響，且飛行員對(duì)駕駛桿直觀感覺(jué)較差，因此，在起飛警告階段對(duì)升降舵調(diào)效機(jī)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

綜上所述，某型民用水陸兩棲飛機(jī)起飛階段僅對(duì)升降舵調(diào)效機(jī)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。起飛階段升降舵調(diào)效機(jī)構(gòu)應(yīng)處于中立位置，調(diào)效控制盒實(shí)時(shí)采集升降舵調(diào)效機(jī)構(gòu)狀態(tài)，并傳送給告警系統(tǒng)，用于起飛構(gòu)型告警邏輯判斷。

3.1.3 橫向、航向配平裝置

某型水陸兩棲民用飛機(jī)橫向配平裝置包括擾流片控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)功能及操作詳見(jiàn)3.1.2章節(jié)，未在起飛警告階段對(duì)橫向配平裝置狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

某型水陸兩棲民用飛機(jī)航向配平裝置包括方向舵及調(diào)整片操縱系統(tǒng)。由于該型民用飛機(jī)方向舵的偏轉(zhuǎn)均由飛行員通過(guò)腳蹬進(jìn)行控制，若腳蹬向前或向后動(dòng)作，飛行機(jī)組直觀感覺(jué)比較明顯，因此，未在起飛警告階段對(duì)此狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

3.2 飛機(jī)形態(tài)判斷

與以往飛機(jī)不同的是，水陸兩棲飛機(jī)存在水上、陸上及空中三種狀態(tài)。因此，在起飛警告系統(tǒng)中，首先應(yīng)識(shí)別飛機(jī)起飛狀態(tài)，繼而進(jìn)行起飛階段各系統(tǒng)異常狀態(tài)判斷。

根據(jù)某型水陸兩棲飛機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，其空中、水上及陸上狀態(tài)判斷如下表1：

表1 空中、水上及陸上狀態(tài)判斷

飛機(jī)狀態(tài) 判斷邏輯

陸上 主起輪載信號(hào)為接地

水面 主起無(wú)輪載信號(hào)∩無(wú)線電高度<15m∩空速

空中 除陸上和水面以外的狀態(tài)

水上、陸上起飛狀態(tài)判斷如下表2：

表2 水上、陸上起飛狀態(tài)

飛機(jī)狀態(tài) 動(dòng)力

陸上起飛 飛機(jī)在陸上狀態(tài)∩油門角度處于起飛位

水上起飛 飛機(jī)在水面狀態(tài)∩油門角度處于起飛位

3.2.1 起落架電氣系統(tǒng)

用于提供飛機(jī)輪載信號(hào)。

起落架電氣收放系統(tǒng)由起落架收放控制系統(tǒng)、起落架信號(hào)燈盒與水陸選擇開(kāi)關(guān)等組成。起落架收放控制系統(tǒng)通過(guò)接收起落架收放控制手柄的收放指令，控制起落架收/放，并將起落架輪載信號(hào)實(shí)時(shí)傳送給告警系統(tǒng)，用于起飛狀態(tài)判斷。

3.2.2 大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)

為起飛警告系統(tǒng)提供指示空速。

大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)采集全靜壓受感器傳送的大氣靜壓壓力、大氣全壓壓力、大氣溫度，解算出指示空速值，并將指示空速實(shí)時(shí)發(fā)送給告警系統(tǒng)，用于起飛狀態(tài)判斷。

3.2.3 無(wú)線電高度表

通過(guò)其收發(fā)機(jī)發(fā)射、接收無(wú)線電波，精確測(cè)量無(wú)線電波從飛機(jī)到地面/水面再?gòu)牡孛?水面返回飛機(jī)所經(jīng)歷的時(shí)間，經(jīng)過(guò)解算后獲得飛機(jī)距離地面、水面的相對(duì)高度，解算后的高度值以數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)格式經(jīng)數(shù)據(jù)總線實(shí)時(shí)傳送給告警系統(tǒng)，用來(lái)進(jìn)行起飛構(gòu)型的邏輯判斷。

3.3 動(dòng)力系統(tǒng)

動(dòng)力裝置系統(tǒng)由螺旋槳系統(tǒng)、動(dòng)力裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)燃油與控制系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)操縱系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)指示系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)和起動(dòng)系統(tǒng)組成， 起飛過(guò)程中，飛行員通過(guò)推動(dòng)駕駛桿，使得發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到起飛功率，從而保證飛機(jī)獲得足夠的動(dòng)力。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集器采集動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)傳感器模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，實(shí)時(shí)傳送給告警系統(tǒng)，用于起飛構(gòu)型的邏輯判斷。

3.4 中央告警系統(tǒng)

中央告警系統(tǒng)由告警計(jì)算機(jī)、中央告警燈盒及左、右主警告-主戒備燈組成。中央告警系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收各相關(guān)系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，進(jìn)行起飛警告構(gòu)型邏輯判斷，及時(shí)準(zhǔn)確的以聲光形式[2]，告知飛行機(jī)組進(jìn)行起飛構(gòu)型告警狀態(tài)。

4 起飛構(gòu)型告警系統(tǒng)交聯(lián)圖

5 告警邏輯設(shè)計(jì)

通過(guò)以上對(duì)各個(gè)系統(tǒng)著陸狀態(tài)影響分析，水陸兩棲飛機(jī)起飛構(gòu)型告警分為以下兩種情況：

陸上起飛：輸入的參數(shù)有襟翼角度、起落架輪載信號(hào)、升降舵調(diào)效機(jī)構(gòu)中立指示燈信號(hào)和油門角度；

告警邏輯：飛機(jī)前輪輪載信號(hào)為接地狀態(tài)且發(fā)動(dòng)機(jī)在起飛功率，如果襟翼不在起飛位或升降舵調(diào)效機(jī)構(gòu)中立指示燈信號(hào)不在起飛位置則告警。

水上起飛：輸入的參數(shù)有襟翼角度、起落架輪載信號(hào)、升降舵調(diào)效機(jī)構(gòu)中立指示燈信號(hào)、油門角度、無(wú)線電高度值和指示空速；

告警邏輯：飛機(jī)前輪輪載信號(hào)為懸空狀態(tài)且發(fā)動(dòng)機(jī)在起飛功率且無(wú)線電高度小于15m且指示空速小于160km/h，如果襟翼不在起飛位或升降舵調(diào)效機(jī)構(gòu)中立指示燈信號(hào)不在起飛位則告警。

注：起飛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)在起飛功率范圍由油門角度大于55°來(lái)判斷，襟翼起飛位指襟翼角度為20±0.5°，油門角度為其中任意的2發(fā)或者3發(fā)角度值。起飛告警邏輯原理圖如下：

6 告警數(shù)據(jù)的查閱及驗(yàn)證

中央告警系統(tǒng)需將告警數(shù)據(jù)發(fā)送飛參系統(tǒng)，飛參實(shí)時(shí)記錄中央告警系統(tǒng)告警數(shù)據(jù)，同時(shí)，源端各系統(tǒng)將發(fā)送給中央告警系統(tǒng)數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送飛參進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，以便對(duì)比中央告警系統(tǒng)告警在整個(gè)飛行過(guò)程中告警邏輯判斷的正確性。

7結(jié)論

該告警方法針對(duì)水陸兩用飛機(jī)起飛構(gòu)型特點(diǎn)，提供了更為完整的起飛構(gòu)型告警解決途徑，能有效的提示飛行機(jī)組水陸兩用飛機(jī)在水上起飛、陸上起飛時(shí)各系統(tǒng)所出現(xiàn)不正常起飛形態(tài)，以便及時(shí)的采取相應(yīng)規(guī)避措施，提高了飛機(jī)起飛的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]CCAR-25-R4. 中國(guó)民用航空規(guī)章運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京：中國(guó)民用航空局，2011.

[2]蔣楓，飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè) 第17冊(cè) 航空電子系統(tǒng)及儀表[M]. 北京：航空工業(yè)出版社，2001.