中俄运输类旋翼航空器适航标准比较研究

陈舒文，葛红娟，张　璐，赵　权，刘天新

（南京航空航天大学民航学院，南京　211106）

中俄运输类旋翼航空器适航标准比较研究

陈舒文，葛红娟，张璐，赵权，刘天新

（南京航空航天大学民航学院，南京211106）

为提高中俄两国直升机研制的安全技术水平，尽早开展两国的双边适航，选择俄罗斯旋翼航空器适航标准AΠ-29（R2003）作为研究对象，分别从AΠ-29（R2003）的结构、条款编号、内容等方面与CCAR-29进行比较。以差异较大的自然结冰试飞天气的审定条件为例，对双方的结冰条件及云层水含量进行了详细解算及差异性分析，为其他条款的比较研究做出了示范。研究结果表明，中俄两国旋翼航空器适航标准在阈值、条款内容等方面存在较大差异。根据研究结果，对中俄两国适航标准及体系的建立提出了相关建议。

适航标准；AΠ-29；CCAR-29；旋翼航空器；比较研究

前苏联于1926年成立了专门研制直升机的小组，至今，俄罗斯拥有两个70年以上历史的直升机设计局，即М·Л·米里设计局和Н·И·卡莫夫设计局。在全球武装直升机中，俄罗斯在机动性能、防护系统、综合击打能力等方面具有显著的优势，并在重型直升机研制方面具有丰富的经验，但也存在机型老化、电子技术落后等问题。中国的直升机工业开展较晚，由最初的仿制开始到自主研制，中国直升机的研发、试制和生产水平已日益与世界接轨，现役机型也较为丰富。自2008年以来，中俄两国已开始商讨联合开发和生产重型直升机[1]，合作研制重型直升机是互利的，对两国直升机研发水平的提升具有重要意义。

在重型直升机设计制作过程中，直升机的适航安全至关重要，其贯穿航空器设计、制造、运行、维护等整个生命周期。1971年，前苏联出版了《苏联民用直升机适航标准》，并于1987年进行修订，在前苏联解体之前，已拥有独立完善的适航标准和体系。随着航空器发展全球化，俄罗斯旋翼航空器适航标准先后进行了3次较大的修订，现行版本为《运输类旋翼航空器适航标准》（AΠ-29，R2003）[2]。中国仅在这几年才开始重视适航研究，之前的适航标准和体系主要参照欧美的进行。为了两国重型直升机设计与审定，笔者认为，对中俄两国的适航标准进行比较研究是非常重要的。本文选取AΠ-29（R2003）与CCAR-29《运输类旋翼航空器适航标准》[3]进行分析，将能较全面地认识两国在旋翼航空器适航标准法规中存在的差异并有所借鉴，有利于中俄两国重型直升机的双边适航审定工作和研制生产。

1　AΠ-29与CCAR-29结构及差异概述

俄罗斯航空规章AΠ-29从1971年《苏联民用直升机适航标准》至现行使用的《运输类旋翼航空器适航标准》（AΠ-29，R2003）经历了3次大的修订。AΠ-29（R2003）版目前尚未有中文翻译稿，这是我们目前的主要工作之一。AΠ-29（R2003）与CCAR-29的整体结构类似，均包括A～G分部、附录两部分；而CCAR-29中未包含临时补充以及术语和缩略语定义两部分。对于A～G分部及附录部分，AΠ-29（R2003）与CCAR-29的标题名称、条款划分、编号方式基本相同，对AΠ-29（R2003）与CCAR-29的结构及每部分存在的区别进行了概述，如图1所示。

图1　AΠ-29与CCAR-29的结构及主要差异Fig.1　Structure and main differences between AΠ-29 and CCAR-29

在A～G分部，仅包含于AΠ-29的3条条款分别与旋翼航空器的着陆表面电接触措施、闪电防护系统以及长期停放温度限制相关。F分部设备方面包含的差异条款居多，其中对驾驶舱内的综合显示系统、航行灯光强度以及随机录音机等设备的要求均有不同。在附录部分，AΠ-29与CCAR-29的附录C为对自然结冰试飞所需的极端自然结冰天气的要求，但其中结冰天气的确定方式及高度-温度包线存在较大差异。AΠ-29临时补充是29部相关要求的补充说明，其与CCAR-91《一般运行和飞行规则》[4]和CCAR-135《小型航空器商业运输运营人运行合格审定规则》[5]中的条款相对应，所含差异较小，在文中不进行详细分析。

2　中俄旋翼航空器适航标准主要差异

对AΠ-29与CCAR-29逐条比较发现，其中主要存在两类差异：

1）大部分阈值精度和单位的选择存在细微差异。例如，第29.81与29.83条中有关水面着陆距离确定中，航空器的速度：AΠ中为6 km/h，CCAR中为5.5 km/h；第29.562条中规定的应急着陆时撞击期间的速度变化值：AΠ中规定其不小于9.15 m/s，CCAR中规定其不小于9.14 m/s，地板出现峰值载荷的时间：AΠ中规定为在撞击后0.074 s内达到，CCAR中规定为撞击后0.071 s内达到；第29.631条旋翼航空器鸟击后仍能安全飞行和着陆的飞行高度值：AΠ中为2 400 m，CCAR中为2 440 m；第29.785条座椅的头部重量设定；第29.809条应急救援时滑梯展开的临界风速等。

2）少数旋翼航空器适航条款内容上也存在较大差异。结合中国旋翼航空器的研制和使用情况，针对主要差异条款进行分析比较，对其中存在主要差异的9条条款进行了列举[6-12]，如表1所示。另外，AΠ与CCAR的附录C有关旋翼航空器自然结冰试飞天气条件的适航要求存在极大差异，在第3节中进行详细讨论。

俄罗斯与中国在直升机机型设计、人体功效学研究等方面存在较大差异，导致了双方对操纵系统固定载荷、操纵系统限制载荷、飞行仪表位置等方面的规定不同。俄罗斯对于旋翼机重心位置、发动机的输油供油、电子/电气系统闪电防护符合性等级划分、音频记录器等的规定较详细，对于座椅安全带、材料特性依据等的规定较为粗略。由此可见，中俄两国对于旋翼航空器的设备/系统研制以及相关领域的研究中各有侧重，导致旋翼航空器的适航标准制定中存在较多差异。中俄两国应针对这些不同进行详细的讨论及分析试验，进一步明确旋翼航空器的适航条款要求，也更有利于中俄两国重型直升机的研制和发展。

表1　AΠ-29与CCAR-29较大差异条款示例Tab.1　Main differences between regulations of AΠ-29 and CCAR-29

3　自然结冰天气条件适航要求差异性

在AΠ-29与CCAR-29附录C中规定了旋翼航空器进行自然结冰试飞所需的天气条件要求，包括连续最大结冰及间断最大结冰两种极端天气条件。本文以这两种自然结冰天气的适航要求为例，对中俄两国自然结冰天气的影响因素、参数关系进行了详细比较及解算，为中俄两国适航条款的差异性研究进行示例。

结冰气象条件主要由结冰云层范围、液态水含量（LWC）、过冷水滴平均有效直径（MVD）和空气温度（T）等参数确定[13]。AΠ-29与CCAR-29中对自然结冰天气条件相关参数的要求存在较大差异，以下分别对连续最大结冰与间断最大结冰条件进行比较分析。

1）连续最大结冰条件

CCAR-29中规定的天气条件参数关系为：①在气压高度海平面6 700 m以上、结冰区最大垂直长度1 980 m及水平长度32 km条件下，云层液态水含量、云层水滴平均有效直径和周围空气温度的关系；②在相同高度和结冰区最大垂直长度条件下，结冰区水平长度与水含量系数的关系；③高度-温度结冰限制包线。

AΠ-29中规定的天气条件参数关系为：①在气压海拔高度1 200～9 500 m、结冰区最大垂直长度2 000 m及水滴平均直径20 μm条件下，云层液态水含量（海拔高度1 200～9 500 m中最大值）与结冰区水平长度关系；②水滴平均直径20 μm条件下，结冰区水平长度分别为32 km和200 km时，结冰区垂直长度与水含量的关系；③高度-温度结冰限制包线。

以上关系详见CCAR-29、AΠ-29的附录C，首先对云层选取范围及水滴直径进行比较，如表2所示。AΠ-29中仅制定了水滴直径20 μm的水含量曲线，为将其与CCAR中制定的水含量进行比较，需对CCAR中相应水滴直径的水含量及水含量系数进行选取，计算得到水滴直径为20 μm时，结冰区水平长度分别为32 km及200 km的水含量，如表3所示。

表2　连续最大结冰条件参数选取区别Tab.2　Differences in selection of continuous maximum icing parameters

表3　连续最大结冰条件CCAR与AΠ水含量比较Tab.3　Water content comparison of CCAR and AΠ

对于连续最大结冰天气，CCAR与AΠ中的水含量相差较大。对于连续最大结冰天气条件，CCAR与AΠ中确定天气条件的参数存在2处主要差异：①层云气压高度；②结冰区最大垂直长度。在AΠ中有关结冰区垂直长度与水含量的关系可知，当结冰区垂直长度大于1 200 m后，液态水含量基本不变，即以上两点差异中，引起CCAR与AΠ中水含量不同的主要原因为层云气压高度范围不同。由高度-温度包线可知，CCAR与AΠ中认为连续最大结冰天气可能出现的云层范围不同，其中CCAR中认为其可能出现在海拔高度7 km以下，而AΠ中认为其有可能出现的范围在海拔高度0～10 km。

2）间断最大结冰

间断最大结冰条件的确定方式与连续最大结冰相同，此处对CCAR及AΠ中的关系图不进行列举。对CCAR及AΠ中结冰条件参数选取以及水滴直径为20 μm、结冰区水平长度分别为5～10 km的水含量进行比较，如表4和表5所示。

表4　间断最大结冰条件参数选取区别Tab.4　Difference in selection of intermittent maximum icing parameters

在水含量的计算中会由于参数曲线上数值的选取而产生误差。因此，在一定误差范围内可认为表5中CCAR与AΠ中不同结冰区水平长度对应的水含量相等，即在层云气压高度1 200～6 700 m与层云气压高度1 200～11 000 m中水含量的最大值相同。由间断最大结冰天气条件下高度-温度包线可知，AΠ较CCAR中认为间断最大结冰天气的云层可能出现的范围大，CCAR中认为此云层可能在海拔高度9 km以下出现，而AΠ中认为可能在海拔高度11 km以下出现。

通过以上分析可知，对附录C“旋翼航空器自然结冰试飞所需的自然结冰天气条件”来说，中俄两国主要需对以下3点进行讨论和试验：

1）确定两种极端结冰天气条件的云层可能出现的高度范围。由于中俄两国地理位置、天气条件的差异，CCAR与AΠ中认为两种极端天气云层可能出现的范围均不相同，而云层的出现范围直接影响了水含量曲线的制定。因此，中俄双方应结合自身天气条件的基础上，重新确认此范围，将云层出现范围进行统一或根据不同的地理位置选取不同的云层高度。只有确定了云层可能出现的范围，才能制定不同结冰天气的水含量标准。

表5　间断最大结冰条件CCAR与AΠ水含量比较Tab.5　Water content comparison between CCAR and AΠ

2）确定水滴直径范围[13]。水滴直径对旋翼航空器结冰部位及快慢程度有很大影响，在结冰特性分析中制定多种水滴直径对应的水滴分布十分重要。而AΠ中选取的水滴直径较单一，无法具体描述结冰天气要求。因此，中俄双方首先应确定会影响自然结冰试飞的水滴直径范围，之后通过仿真分析、风洞试验等多种方式对不同水滴直径对应的水含量进行确定[14]。

3）确定应制定的水含量关系图种类。CCAR与AΠ中制定水含量关系图所选择的变量及因变量存在较大差异。若要进行逐点换算，工作量极大且存在较大的人为误差，不利于双方的沟通和交流。

4　结语

CCAR-29与AΠ-29在阈值精度、条款内容等方面仍存在较多不同，在合作研制重型直升机之前，双方仍有极多的工作需要完成。在29部适航条款差异性分析的基础上，为中俄两国适航标准及体系的建立提出以下建议：

1）对中俄两国旋翼航空器相关的适航标准、通告、试验方法等规章进行全面系统的整理及确认，并比较航空器系统、机载设备的试验方法、流程及试验环境等；

2）结合本国研究和使用环境，确定重力加速度等基本参数，选取适宜的统一的计算精度及单位，对中俄两国适航规章中的阈值参数进行逐个比较及核实；

3）以自然结冰天气条件的适航要求为例，对较大差异的适航条款进行详细的差异性分析；通过确认的试验流程对机载设备、飞行模式进行反复多次的模拟及试验；

4）结合欧美等国的适航规章及以往的审定经验，不断完善中俄两国的适航审定体系。

[1]杨雷.中俄大客机产业合作的现状与发展趋势[J].俄罗斯中欧东亚研究,2014(3):44-50.

[2]AΠ-29-2003,运输类旋翼航空器适航规定[S].莫斯科:俄罗斯民用航空总局,2003.

[3]CCAR-29-R1,运输类旋翼航空器适航规定[S].北京:中国民用航空总局,2003.

[4]CCAR-91-2002,一般运行和飞行规则[S].北京:中国民用航空总局,2002.

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（责任编辑：杨媛媛）

Comparative study on airworthiness standards of transport rotorcrafts in China and Russia

CHEN Shuwen,GE Hongjuan,ZHANG Lu,ZHAO Quan,LIU Tianxin
（College of Civil Aviation,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 211106,China）

To improve the helicopter safety standards and to promote bilateral airworthiness between Russia and China,a comparative study from structure,regulation code and content in AΠ-29（R2003）and CCAR-29 is made.Taking weather conditions of natural icing test flight as an example,the difference analysis of weather condition and cloud water content is made between AΠ and CCAR,providing foundation for other regulation researches.Results show that there are some differences in threshold and regulation content between China and Russia.Some suggestions about establishing China's and Russia's airworthiness standards and system are given.

airworthiness standard;AΠ-29;CCAR-29;rotorcraft;comparative study

V328

A

1674-5590（2016）04-0006-05

2015-11-04；

2016-01-06基金项目：中国民航局安全能力建设基金项目（AADSA0013）

陈舒文（1990—），女，浙江衢州人，博士研究生，研究方向为适航技术与管理.