直升機操作試驗適航要求及符合性驗證方法研究

張莎莎

（中國直升機設計研究所，江西 景德鎮 333001）

操縱系統是直升機的重要組成部分，駕駛員通過操縱系統可以改變主旋翼和尾槳的安裝角，從而改變直升機的高度、速度和航向，以控制直升機的飛行。對于單液壓系統助力加人工操縱備份的飛行操縱系統，在單助力器失效后，旋翼所受的氣動載荷直接作用在操縱系統上，此時，飛行操縱系統將承受比正常操縱大得多的載荷。或者當駕駛員遭遇緊急情況強力對飛行操縱系統進行操縱時，操縱系統容易出現卡阻、過度摩擦和過度變形的情況，這將會直接影響直升機的飛行安全。

適航規章CCAR-27-R2 和CCAR-29-R2 均對操作試驗提出了要求，本文以適航標準為依據，對操縱系統操作試驗的適航要求進行了詳細的解讀，并給出了條款的符合性驗證思路和方法。

1 適航條款要求

CAAC 對正常類和運輸類旋翼航空器相應的適航規章中操縱系統操作試驗的相關要求相同，本文以CCAR-29-R2為例展開研究與分析。操縱系統需進行操作試驗驗證是由CCAR29.683 提出，但條款中要求的載荷大小、方向等信息又涉及CCAR29.395、29.397、29.399。操作試驗主要涉及試驗時施加的載荷要求、單操縱試驗、雙操縱試驗以及試驗合格判據。

2 適航條款解析

CCAR29.683 條款要求進行操作試驗，把規定的載荷施加在駕駛員操縱器件上，并通過操作操縱系統桿系傳遞載荷。可以用旋翼葉片或氣動力面平衡駕駛員通過操縱系統施加的操縱力，也可以用一些夾具代替它們，夾具通常固定在操縱面上或操縱面模擬件，以便于滑輪的布置，為在載荷作用下的運動創造條件。為了保證在每個系統的整個操作范圍內施加直到限制載荷的系統載荷，應對這些夾具進行評定。試驗結果必須表明，操縱系統未出現以下情況：

（1）條款要求中的“無卡阻”是指施加規定載荷后，操縱系統能夠全行程范圍內運動；

（2）條款要求中的“無過度摩擦”是指施加規定載荷后，操縱系統在全行程運動范圍內沒有出現運動不流暢、斷斷續續，可以通過運動曲線的平滑性分析判斷。若運動曲線平滑，即表示操縱系統摩擦力無突變，則表明沒有過度摩擦的現象。

（3）條款要求中的“無過度變形”是指施加規定載荷后，在全行程范圍內運動，操縱系統與其他系統或結構之間無非正常接觸（包括不影響駕駛員在座椅上向后的正常操縱）；當操縱系統卸載后，操縱系統不存在過度變形，即卸載后系統能夠回到中立狀態，卸載后系統所有中立位置插銷均可無應力插入，且周期操縱桿、總距桿、腳蹬位置與加載前位置保持一致。

CCAR29.395、29.397、29.399 條款規定了在進行單操縱試驗和雙操縱試驗時，施加在駕駛員操縱器件上載荷的大小，綜合這三條條款要求，得出如下結論：

（1）對于單操縱載荷操作試驗，操縱系統必須能夠承受CCAR29.397 條中規定的駕駛員限制作用力所產生的載荷，具體數值如表1 所示。但如果操縱系統某一部分的強度或剛度不足以使系統承受CCAR29.397 條規定的設計載荷，適航規章給予一定的讓步：這部分系統可按規定的較小載荷進行驗證，最小可接受設計載荷可取規定的設計載荷的0.6倍，具體數值如表2 所示。但是，如果由于卡滯、地面突風、操縱慣性和摩擦等原因可能超過上述較小載荷操縱載荷（0.6×F）時，則仍應按照CCAR29.397 條規定的設計載荷進行驗證。載荷施加在單操縱桿上，方向為操縱器件的運動方向，分別為周期桿縱向向前/后、橫向向左/右、總距桿向上/下、腳蹬向前/后。

（2）對于雙操縱載荷操作試驗，根據CCAR29.399 條規定：施加載荷的大小應不小于單操縱試驗載荷的0.75倍，即雙操縱試驗載荷為0.75×F，或者在CCAR29.395（b）（3）條款中說明的特殊情況下，雙操縱試驗載荷為0.75×0.6×F。載荷施加在正、副駕駛員雙操縱桿上，正副駕駛員的載荷分別按相同和相反方向兩種情況施加。

3 操作試驗適航符合性驗證思路與方法

（1）符合性驗證思路。對操縱系統進行操作試驗，試驗設計時，應明確試驗狀態、力正副的判定、施加在各操縱桿上載荷的大小和方向等，試驗過程中分別操作操縱器件，對系統進行卡阻、過度摩擦和過度變形等方面進行檢查與評估，最終通過桿系的間隙、變形和測量摩擦力，判斷操縱系統是否滿足本條的要求。

表1 CCAR29.397 條要求的駕駛員限制

表2 CCAR29.395（b）（3）條要求的最小可接受設計載荷

（2）符合性驗證方法。根據對條款要求的理解，應在鐵鳥臺架進行相關操作試驗來驗證CCAR29.683 的符合性，采用適航審定程序AP-21-03《航空器型號合格審定程序》中的符合性驗證方法MC4 試驗室試驗驗證對該條款的符合性。

試驗前，操作試驗大綱中應明確所有的試驗項目、測量數據、檢查項目及施加載荷：①試驗項目一般包括針對縱向通道、橫向通道、總距通道和航向通道分別進行單、雙駕駛兩個加載狀態。②試驗測量數據一般包括間隙值、極限操縱量、摩擦力和變形量。③試驗檢查項目一般包括操縱線系及結構間的間隙檢查，但要注意的是，在對整個操縱系統進行目視檢查時，可能要拆除機艙地板、壁板和其他檢查口蓋，要求在拆卸這些壁板和口蓋后不能削弱機體結構強度，以防操縱系統偏離其正常位置。④試驗施加的載荷應依據29.395、29.397、29.399 條款要求而定，確定各個試驗項目中施加的系統載荷：ⅰ）CCAR29.397 條款中規定駕駛員限制作用力，其中腳蹬578N，總距桿445N，周期桿縱向445N，橫向298N；ⅱ）CCAR29.399 條款規定雙主飛行操縱系統應該能承受0.75 倍29.397 條款規定的力大小，方向包括相反方向和同一方向；ⅲ）CCAR29.395（b）。

（3）條款中規定，在缺少合理分析的情況下，由0.6倍規定的駕駛員限制作用力產生的載荷是可接受的最小載荷。試驗中，對操縱器件在它的整個運動范圍內進行操作，對系統進行卡阻、過度摩擦和過度變形等方面進行檢查。試驗后，在操縱系統卸載后，確認系統是否存在過度變形，即卸載后系統能夠回到中立狀態，卸載后系統所有中立位置插銷是否均可無應力插入，且駕駛桿、總距桿、腳蹬位置與加載前位置保持一致。

4 結語

隨著國內低空領域的開放與發展，民用直升機的發展市場越來越廣闊，操縱系統操作試驗順利通過適航驗證是直升機安全性的必要保證之一。本文主要總結分析了直升機操縱系統操作試驗的相關適航要求，給出了相應的符合性驗證思路和方法建議，為直升機設計和審定人員提供了參考和指導。