民用直升機設計更改審定基礎的確定方法研究

摘 要：民用直升機的型號合格審定基礎是開展型號合格審定的依據，是直升機型號及其設計更改是否能夠獲得適航當局批準的判斷準則。在以往國內民用直升機的研制和適航取證過程中，沒有一個完善的審定基礎分析方法和清晰的流程。該文通過對美國FAA和中國CAAC頒布的有關航空器型號合格審定設計，更改審定基礎確定指導材料的分析，結合AC311A型直升機取證過程實踐，總結出民用直升機設計更改審定基礎的分析方法和流程，使得審定基礎分析和確認更加科學化、合理化、規范化。

關鍵詞：民用直升機；設計更改；審定基礎；更改要素；型號實踐

中圖分類號：V275.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）28-0161-06

Abstract： The basis for the type certification of civil helicopters serves as the foundation for conducting type certification; therefore， it is the criterion for determining whether the helicopter model， and its design changes can obtain approval from the airworthiness authority. In the past， during the development and certification process of civil helicopters in China， there was no comprehensive analysis method for the certification basis and no clear process. This paper summarizes the analysis method and process for the certification basis of civil helicopter design changes by analyzing the guidance materials issued by the U.S. FAA and China CAAC on the determination of the certification basis for aircraft type certification and design changes， in combination with the certification process practice of the AC311A helicopter model， thus making the analysis and confirmation of the certification basis more scientific， rational， and standardized.

Keywords： civil helicopter; design change; certification basis; change elements; model practice

民用直升機的型號合格審定基礎是開展型號合格審定的依據，是直升機型號及其設計更改是否能夠獲得適航當局批準的判斷準則。因此，直升機審定基礎分析是型號取證工作的根基，其分析的準確程度直接影響著民用直升機型號安全性水平的保持和適航符合性驗證工作的代價，是保證民用直升機能夠在市場中獲得勝利的關鍵技術。

在以往國內民用直升機的研制和適航取證過程中，沒有一個完善的審定基礎分析方法和清晰的流程，尤其是針對新增衍生型別的設計大改，審定基礎的分析主要取決于適航技術人員的技術水平和工作經驗，對人的過分依賴導致型號在審定過程中出現各種問題，比如條款遺漏，條款理解使用不當等問題，都給型號研制和取證帶來了慘重的代價，有的未能直接達到必須的安全性水平，有的不能直接滿足當前民用直升機適航的要求，設計和驗證的反復經常出現。

因此，必須發展民用直升機型號合格審定（含設計更改）的審定基礎分析技術，建立符合最新民航規章要求的、科學的審定基礎分析流程，以滿足國產先進民用直升機型號研制和適航取證的急需。本文主要通過對美國FAA（Federal Aeronautics Administration，聯邦航空管理局）和中國CAAC（Civil Aviation Administration of China，中國民用航空局）頒布的有關航空器型號合格審定設計、更改審定基礎、確定指導材料的分析，結合AC311A型直升機取證過程實踐，總結給出民用直升機設計更改審定基礎的分析方法和流程，使得審定基礎分析和確認更加科學化、合理化、規范化。

1 國內外適航當局政策現狀

長期以來，美國FAA引領著全球民用航空的發展，其在適航技術和管理方面的經驗幫助其建立了完善的、先進的適航政策和法規。下面首先介紹美國FAA有關航空器取證后設計更改審定基礎分析確定的相關政策。

1.1 美國FAA相關政策現狀

FAA發布的FAR part 21《Certification Procedures for Products and Articles》[1]中第21.101條規定了設計更改審定基礎的確定要求。該條款于2000年6月發布，并分別于2007年11月、2012年4月和2016年12月進行了修訂。

為了更加便于局方檢查確認審定基礎的合理性和準確性，FAA于2001年8月發布了AC21.101-1《Advisory Material for the Establishment of the Certificetion Basis of Changed Aeronautical Products》[2]，該咨詢通告為航空產品更改的審定基礎確定提供指導，包括如何確定更改是否需要申請一個新的型號，是否為實質性更改，是否為重大更改等。

2010年9月，FAA換版了該咨詢通告，并發布了AC21.101-1A《Establishing the Certificetion Basis of Changed Aeronautical Products》[3]，這次修訂增加了型號合格證更改，補充型號合格證和補充型號合格證更改等幾類更改確定審定基礎的流程，以及整個過程中的詳細評估、分類和決定。

2016年3月，FAA發布了AC21.101-1B《Establishing the Certificetion Basis of Changed Aeronautical Products》[4]，也是該咨詢通告目前的最新版本。這次修訂提出了“changed product rule”的概念，同時增加一章描述FAR 21.101（c）款除外的產品，還增加了部分其他考慮和附錄，但是確定審定基礎的流程和方法沒有變化。

1.2 中國CAAC相關政策現狀

我國民機適航工作起步較晚，在1980年代，參考美國FAA初步建立了適航規章體系，其中就包括CCAR-21部，經過幾十年的發展，CCAR-21部已經發展至第四次修訂狀態[5]，其中CCAR-21.101條是CAAC有關航空器設計更改審定基礎確定的要求，該條款內容與目前FAR最新版本的21.101條一致。

2014年1月， CAAC參考AC 21.101-1A，發布了AC-21-AA-2014-36《航空產品設計更改審定基礎的確定方法》[6]，目的是為按照CCAR-21部的第21.101條對已經型號合格審定的航空產品進行更改時局方確定審定基礎提供指導，以及幫助確認按照第21.19條是否有必要申請新的型號合格證。同時發布了AP-21-AA-2014-36《航空產品設計更改審定基礎的確定程序》[7]，目的是為局方提供對已經型號合格審定的產品進行更改時確定其審定基礎的程序，以執行CCAR-21部第21.19條和第21.101條。以上咨詢通告和管理程序，適用于通過型號合格證（TC）更改、補充型號合格證（STC）或STC更改、改裝設計批準書（MDA）或MDA 更改來進行的設計更改，也適用于型號認可證（VTC）和補充型號認可證（VSTC）審定基礎的確定。

以上均為指導局方確定航空產品設計更改審定基礎的文件，目前尚無相關用于指導工業部門開展此項工作的解析說明、技術流程和方法應用指南。

2 CAAC現有規章要求

本文只討論民用直升機設計更改的審定基礎確定，CCAR 21.101條中相關內容為第一到六款。如下所示。

第21.101條 適用規章的確定

（一）除本條第（二）款和第（三）款的規定外，型號合格證更改或者型號認可證更改的申請人應當表明更改的民用航空產品符合更改申請之日有效適用的適航要求，并且符合《渦輪發動機飛機燃油排泄和排氣排出物規定》（CCAR－34）和《航空器型號和適航合格審定噪聲規定》（CCAR－36）要求。

（二）如果本款的第1、2 或3 項適用，申請人應當表明更改的民用航空產品符合本條第（一）款要求的適航條款的較早修訂版以及局方確認有直接關系的其他適航條款的較早修訂版。但是，該較早修訂的適航條款不得早于型號合格證或者型號認可證中引以為據的相應條款或者適航規章中有關該更改的特別追溯要求。對下述情況，申請人可以表明符合較早修訂的適航條款：

1. 局方確認不是重大更改。確定某個更改是否重大更改，局方考慮所有在該更改之前與之相關的設計更改和該民用航空產品型號合格證或者型號認可證中所列的適用規章的相關修正案。符合下列準則之一的更改被自動確認是重大更改：

（1）未保持民用航空產品原有的總體構型或構造原理；

（2）欲更改的民用航空產品在合格審定時曾采用的前提條件不再有效。

2. 局方確認不受更改影響的每個區域、系統、部件、設備或者機載設備；

3. 受更改影響的每個區域、系統、部件、設備或者機載設備，局方確認要它們符合本條第（一）款中所述的規章對被更改的民用航空產品的安全水平沒有實質作用或者不切實際。

（三）申請更改最大重量不大于2 700 公斤（6 000 磅）的航空器（不包括旋翼航空器）或最大重量不大于1 360 公斤（3 000 磅）的非渦輪驅動的旋翼航空器的申請人，可以表明其更改的民用航空產品符合型號合格審定所依據的規章。但是，如果局方確認某一區域更改重大，可以要求申請人符合型號合格審定所依據的規章中適用于產品更改的較晚修訂的適航條款以及任何局方確認有直接關系的其他規章，除非局方確認其符合這些適航條款或者規章對被更改的民用航空產品的安全水平沒有實質性作用或者不切實際。

（四）如果局方確認，因所申請更改具有新穎或獨特的設計特點，更改申請之日有效的適航規章無法提供充分的標準，則申請人還應當符合專用條件及其修正案，從而達到等同于更改申請之日有效的適航規章所確定的安全水平。

（五）運輸類航空器型號合格證或者型號認可證更改的申請書有效期為五年，任何其他的型號合格證或者型號認可證更改的申請書有效期為三年。如果在本款規定的時間期限內更改未取得批準或者已經明確不可能取得批準，申請人應當符合以下要求之一：

1. 提出新的型號合格證或者型號認可證更改的申請，并符合本條第（一）款中適用于原始更改申請的所有規定；

2. 提出型號合格證或者型號認可證更改的申請書的延期，并符合本條第（一）款的規定。此時，申請人必須選擇一個新的申請日期。這個新的申請日期不得早于更改獲得批準日期前本款規定的有效期的時間。

（六）對于根據第21.17 條第（二）款、第21.24 條、第21.25 條和第21.26 條頒發型號合格證的航空器，在更改申請之日有效的適用于該民用航空產品類別的適航要求包括局方確認對該航空器型號合格審定適用的每一適航要求。

3 審定基礎分析方法和流程

3.1 CCAR 21.101條款分析

根據CCAR-21部第21.101條規章要求，申請型號設計更改合格審定的申請人必須表明符合最新的適用適航要求，除非按照第21.101條第（二）款提出例外的處理。除非判定新的適航要求對于型號不適用，否則必須事先對更改進行分類，確定更改是重大的還是非重大的，并提出適當的審定基礎。

CCAR21.101條第（二）款規定，滿足以下3個條件可以選擇較早的適航條款版本，但不能早于原始型號的審定基礎狀態：①屬于非重大更改；②不受更改影響的區域；③對安全性水平沒有實質作用或不切實際。

因此，審定基礎分析確認的重點在于對重大更改的判斷、受更改的影響域分析，以及采用最新條款對安全性水平是否有實質作用或是否切合實際這幾個方面的分析。

3.2 FAA AC21.101-1A分析

FAA咨詢通告AC21.101-1A，給出局方確認申請人提議的審定基礎方法及流程如下。

①確定航空產品的型號設計更改；②判斷更改是否為實質性的更改；③判斷是否使用最新的修正案要求；④確認更改之間的關系；⑤判斷確認設計更改/更改組是否是重大更改；⑥判斷確認是否是受重大更改影響的區域；⑦對受重大更改影響的區域，判斷確認符合最新要求是否切合實際或對安全水平有實質貢獻；⑧確認審定基礎及修正案水平。

根據上述流程，可以看出FAA在確認申請人提議的審定基礎時，重點關注設計更改的識別和分類，根據確認申請人項目是否屬于重大更改，判定是否接受申請人提議的審定基礎狀態。

3.3 審定基礎分析流程

根據對CCAR21.101規章的解析，以及FAA相關咨詢通告的分析研究，確定了審定基礎分析工作主要包括：方案分析并確定是否重新申請TC、更改要素識別、篩選適用條款范圍、重大更改判斷、審定基礎狀態評估5個步驟，并重點識別出其中三大關鍵環節：更改要素識別、重大更改判定、審定基礎狀態評估，形成了民用直升機設計更改審定基礎分析流程，如圖1所示（關鍵環節對應步驟2、步驟4和步驟5）。

3.3.1 更改要素識別

設計更改可能包括物理上的設計更改和功能上的更改（如運行包線或性能的更改），且在對更改進行識別時要確定受更改影響的區域，更改有可能是一個獨立的更改或一些更改的組合。通過研究，提出了識別型號設計更改的方法。

①確認更改的型號設計構型。對于系列型號，如直11系列直升機（AC301、AC301A、AC311、AC311A），必須確認要更改的型別平臺，并且還要考慮之前所進行更改的累積效果；②按直升機專業或系統分別對各自具體的更改內容進行識別和確認。通過判斷各項設計更改相互間是否有關聯對各型號設計更改進行分組，如增加最大乘客的數量可能導致機身的加長，機身加長會導致重量增加，且有可能導致發動機功率的增加。因此，機身加長、重量增加和發動機功率增大都是為達到增加最大乘客數量的目標所帶來的相關更改。同時，對駕駛艙航電升級就是一個獨立的更改，與增加乘客數量更改無關；③通過影響域分析，確定各更改/更改組對產品其他區域、系統、部件、裝備或機載設備產生的影響。

對于無法直接從物理方面或功能特性方面做出判斷的更改，通過對比國內外航空產品更改合格審定工作經驗，提出了用于受更改影響區域的判斷準則：①產品基線是否發生更改？②該區域是否受設計更改影響？③系統或系統功能的部分更改是否對非更改區域產生功能效應？④不受更改影響的區域是否需要符合更改中系統或產品的最新等級要求？⑤產品級特性是否受更改影響？⑥該區域內現有的符合性工作是否不再有效？

滿足其中任一準則，就作為UaJHYgVcyxvw0QL3iKQu4NYvZJpxSQ9I4+pSHv3pBTU=受更改的影響區域。

設計更改要素的識別和分組技術是關鍵技術之一，以AC311A直升機為例，按航電、電氣、動力裝置、結構、旋翼、增穩和飛行/總體等系統/專業分別對更改的內容進行分析、識別，最終確定設計更改被分為7項獨立設計更改/更改組，見表1。

其中，換裝發動機時，與發動機相關的傳動系統、燃油系統、滑油系統等進行適應性改進，因此，組合在一個更改組中。機體結構和環控系統由于之間的關聯關系也組合在一個更改組中。

3.3.2 重大更改判斷

CCAR-21第21.101條第二款規定，重大更改是對型號合格證的更改達到下面一項或者一項以上的更改：總體構型變更、構造原理變更或用于合格審定的假設不再有效，但沒有達到實質性更改的程度。對重大更改的判斷是審定基礎分析的另一重要環節，由于CAAC是參照FAA發布了該要求，因此，通過對FAA咨詢通告的分析研究，提出了規章解析、重大更改的判斷方法，具體如下。

①不再保持原有總體構型的更改（總體構型的重大更改）。在產品級對總體構型進行更改，更改后的產品不同于其他產品型號，例如性能或主要部件的互換性。需要一個新的型別號區別于其他產品型別；②不再保持原構造原理的更改（構造原理的重大更改）。在產品級對影響整個產品運行特性或固有強度的材料及構造方法的更改。這些可能需要大規模的重新審查以表明符合性。主結構由金屬材料變為復合材料就是一個例子；③用于原型號合格審定的假設不再有效的產品級更改（欲更改的民用航空產品在合格審定時曾采用的前提條件不再有效的更改）。在產品級對與符合性驗證、性能或運行包線相關的假設進行更改。例如，航空器從非結冰運行條件到結冰運行條件的更改、飛行控制從機械式更改為電傳操縱、駕駛艙從完全獨立的機電儀表更改為大量使用軟件及復雜硬件的高度集成的綜顯系統等。

如果一個獨立的更改或更改組被確認為重大更改，對于該設計更改，以及受該更改影響的區域的審定就必須符合最新的適航規章要求。除非使用最新的適航規章要求對安全性提升沒有實質作用或者不切實際。

對于非重大更改，可以符合現有的審定基礎，除非所提議的審定基礎標準的確是不適當的。如果現有的審定基礎不適當或者沒有規章標準，則要使用專用條件。

以AC311A直升機為例，說明如何判斷是否為重大更改，見表2。

3.3.3 審定基礎狀態評估

依據CCAR21.101，對于重大更改需采用最新的適航規章，除非采用最新規章要求對安全性沒有實質性提升或采用最新適航規章不切合實際。因此，對于申請人來說，若不采用最新的規章要求，必須向局方提供充實有力的證據。

是否采用最新的適航規章，是實現民用直升機經濟性與安全性平衡的關鍵。在進行分析時必須考慮到受重大更改影響的所有區域、系統、部件、設備。

通過研究分析，提出是否采用最新規章要求的評估方法。

1）若采用最新規章要求對安全性提升無實質作用，則可不采用最新適航條款版本，具體有以下幾種情況：①條款修訂是行政性質，內容要求無更改或僅勘誤等；②條款要求有變化，但通過條款研究確定在安全性方面的要求無實質變化；③原型號服役數據表明原審定基礎已經能夠保證安全性水平，即便使用新規章，對安全性水平提升沒有作用；④屬于受重大更改影響的區域，但其改動不是增加新功能，而僅僅是為了保留原有的功能或能力。

2）除了從安全性水平提升角度考慮外，還需考慮實施是否切合實際，通常主要考慮按照最新要求設計和驗證的實施成本，方法如下：①對比適航條款歷史版本和最新版本的要求差異；②分析差異對應的設計要求和驗證要求，并評估按照最新要求實施所需要付出的工作量和成本；③對于工作量和成本增加顯著，達到需要重新申請TC的程度或者項目無法承受的程度時，需將成本與安全性進行平衡，具體要和適航當局協商確定。

以AC311A直升機取證過程中27.561條的驗證為例，CCAR27-R1版27.561條款版本修訂和新增27.562條款的目的是為了在直升機遭受應急著陸撞擊時，加強對乘員的保護。版本更新進一步補充和提升了民用直升機在可生存應急著陸中約束和保護乘員的標準，提高了安全水平，但同時大大增加了設計、驗證的難度和成本。為了符合27.561、562條款的最新要求，AC311A直升機需對座椅、地板、艙內質量塊支承結構等進行重新設計。同時，為了向局方表明符合27.561、562條的最新要求，要補充大量驗證工作，導致成本代價過高。根據AC301型機和AC311直升機的服役經驗數據表明，按照原有的CCAR27-R0版條款要求已經能夠保證足夠的安全水平，因此，分析認為沿用原AC301和AC311取證時規章條款版本CCAR27.561條（R0版）可以保證足夠的安全性。

4 型號實踐

2013年，在原AC311直升機基礎上通過換裝發動機，并配套使用國產化綜合航電系統，最大起飛重量外擴至2 250 kg，適當增加旋翼系統轉動慣量，并對全機結構、電氣等系統進行適應性改進研制的高原型直升機，命名為AC311A直升機。

基于AC311A直升機型號合格審定工作的需要，在AC311A直升機首次TCB會議上，局方要求申請人依據CCAR21.101條款的要求，針對產品各項設計更改，分析CCAR27部適用條款及其修正案水平。因此，申請人針對AC311A直升機開展了審定基礎分析工作。其主要內容和過程如下：①為了識別AC311A各項設計更改，按直升機主要系統/專業劃分，對各系統/專業的更改內容進行識別，并通過關聯性分析，給出獨立的設計更改/設計更改組；②對各設計更改/更改組的影響域進行分析，給出相關適用的審定基礎條款；③對各設計更改/更改組是否是重大設計更改進行判斷；④對受影響區域適用條款的修正案（CCAR27-R0或CCAR27-R1）的修訂內容，以及AC311采用的審定基礎進行對比，分析采用最新有效規章的可行性；⑤給出AC311A建議的審定基礎及修正案水平。

最終確定AC311A直升機審定基礎共計181條，獲得了局方的認可，并在一定程度上推動CAAC在2014年頒布的“AC-21-AA-2014-36”和“AP-21-AA-2014-36”。

5 結束語

民用直升機的審定基礎直接決定了航空器證后設計更改的安全性水平和驗證代價，只有表明對所有審定基礎的符合性后，民用直升機才能投入運營。因此，本研究是國產民用直升機型號設計更改取證、實現市場化運營的關鍵技術。

本研究作為民用航空器適航取證的關鍵技術，在追求民用航空器安全性的同時，也為工業方帶來了很大的經濟效益，對我國民用器的產業化、系列化發展具有重大意義。隨著民用直升機投入運行后，用戶個性化定制要求的不斷提出，證后設計更改工作的不斷增加，本研究將隨著型號實踐經驗的積累繼續完善和修訂，也會為CAAC制定、更新適航法規政策提供借鑒。

參考文獻：

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[2] FAA.AC21-101，Advisory Material for the Establishment of the Certificetion Basis of Changed Aeronautical Products[Z].2001.

[3] FAA.AC21-101A，Establishing the Certificetion Basis of Changed Aeronautical Products[Z].2010.

[4] FAA.AC21-101B，Establishing the Certificetion Basis of Changed Aeronautical Products[Z].2016.

[5] 中國民用航空局.CCAR-21-R4，民用航空產品和零部件合格審定規定[Z].2017.

[6] 中國民用航空局.AC-21-AA-2014-36，航空產品設計更改審定基礎的確定方法[Z].2014.

[7] 中國民用航空局.AP-21-AA-2014-36，航空產品設計更改審定基礎的確定程序[Z].2014.