民用运输类飞机25.351条款符合性验证

吴文龙

【摘 要】在我国民用飞机型号设计过程中，需要验证型号设计符合中国民用航空规章CCAR25部的相关适航条款的要求，本文解析了CCAR25部第25.351条的要求并提出了建议的符合性验证思路。

【关键词】CCAR25；25.351；适航；验证

1 适航条款CCAR25.351条款内容

第25.351条 偏航机动情况

飞机必须按本条（a）到（d）规定的偏航机动情况引起的载荷进行设计，速度范围从VMC到VD。对重心的不平衡气动力矩必须以合理或保守的方式予以平衡，并考虑飞机惯性力。在计算尾翼载荷时，可以假定偏航速度为零。

（a）当飞机以零偏航角非加速飞行时，假定方向舵操纵器件突然移动使方向舵偏转到受下列条件限制的偏转量；

（1）操纵面止动器；或

（2）驾驶员作用力的限制值，从VMC到VA为1330牛（136公斤，300磅），从VC/MC到VD/MD为890牛（90.7公斤，200磅），在VA与VC/MC之间按线性变化。

（b）当方向舵操纵器件偏转，以始终保持在本条（a）中规定的限制）值内可用的最大方向舵偏转时，假定飞机偏航到过漂侧滑角。

（c）当飞机偏航到静平衡侧滑角时，假定方向舵操纵器件保持，以获得在本条（a）中规定的限制值内最大可用方向舵偏转。

（d）当飞机偏航到本条（c）的静平衡侧滑角时，假定方向舵操纵器件突然回到中立位置。

〔摘自中国民用航空规章第25部《运输类飞机适航标准》 CCAR-25-R4〕

2 条款解读

飞机结构必须按照偏航机动情况引起的载荷进行设计。偏航机动是由于方向舵偏转诱发的侧向机动。偏航机动中因飞机侧滑造成飞机不对称受载。方向舵偏转和侧滑使得垂尾产生较大载荷，是垂尾、后机身的主要受载情况。飞机进行偏航机动操作可能的飞行速度范围为VMC至VD（VMC为空中最小可操纵速度，VD为设计俯冲速度）；高度考核范围为海平面到最大飞行高度的每一临界高度（即为速度包线内的每一边界点）；重量重心考核范围为最小飞行重量到最大飞行重量的重心前限与后限。

条款规定，计算尾翼载荷，可假定偏航角速度为零。即忽略垂尾上的阻尼载荷，而阻尼载荷是减载的，所以这是一种偏保守的假设。

25.351（a）定义了当飞机以零偏航角非加速飞行时，方向舵突然转动到最大可用偏度的两种假设情况，并取其小值：

（1）方向舵突然转动到操纵面止动器；

（2）用条款规定的最大操纵力矩操纵方向舵到实际可能的最大偏转。

对于电传操纵的飞机应考虑操纵系统特性对方向舵偏度的影响。

25.351（b）规定了一种临界操纵时刻，该时刻是由保持方向舵为25.351（a）中的最大可用偏度，飞机偏航到达过漂侧滑角的时刻。过漂侧滑角是指飞机在整个过程中能够达到的最大侧滑角。

25.351（c）规定了一种临界操纵时刻，该时刻是飞机达到静平衡侧滑角时，操纵器件保持，以获得25.351（a）中规定的方向舵最大可用偏度。静平衡侧滑角是指对应于飞机的方向舵偏角，飞机能够在到达此侧滑角位置时达到气动力平衡。

25.351（d）规定了另一种临界操纵时刻，该时刻是飞机达到静平衡侧滑角，方向舵突然回到中立位置。

3 CCAR25.351条符合性验证思路

型号设计中需要通过合理的方法来得到偏航机动情况的设计载荷，而本条款对偏航机动情况相关载荷的计算提出了具体的要求。验证本条款的符合性意即验证偏航机动载荷计算方法和计算结果的合理性。CCAR25.351的验证活动由载荷专业完成。符合性验证方法为MOC2-分析计算。

首先需要建立描述飞机响应的侧滑角及方向舵偏角二自由度方程。

一般来说，由于民用飞机方向舵操纵系统由控制率辅助控制，实际驾驶员操纵力不会达到25.351（a）（2）所述的最大操纵力矩，所以方向舵最大偏度δrmax一直是25.351（a）（1）所述的常值。图1（b）三个设计点一一对应25.351（b）、（c）、（d）所指的三种情况。

用图1（b）中所示的三个设计点来概括整个机动过程：

第一设计点——δr偏至δrmax之瞬时，δrmax对应方向舵最大可用偏度。

第二设计点——FV为最大之瞬时（在tβmax附近），tβmax对应过漂侧滑角的时刻。

第三设计点——δr回舵至中立之瞬时。

可先按本条（a）款的设定条件得到侧滑角的响应方程。再按（b）、（c）、（d）款的设定条件得出整个过程的方向舵偏角、侧滑角的响应，得出垂尾和无尾飞机的总载荷。再通过合理的方式得到各个部件的分布载荷。

飞机响应方程中用到的气动力数据通过风洞测力试验得到。

分载时用到的气动压力分布通过风洞测压试验得到。

速度范围为速度包线中允许进行偏航机动的每一特征速度和足够多的速度范围差值。

高度范围为高度包线中允许进行偏航机动的每一临界高度和足够多的高度范围差值。

重量重心为飞机运行时可能遇到的每一重量重心组合。

根据上述原则，首先编制飞机偏航机动载荷计算原理报告，对飞机侧向载荷计算原理进行说明；然后按偏航机动载荷计算原理，计算飞机偏航机动总载荷；最后按得到的偏航机动总载荷计算飞机偏航机动情况机身、机翼、尾翼分布载荷。

4 结束语

本文通过研究中国民用航空规章第25部CCAR-25-R4中的第25.351条的要求，提出了建议的符合性验证方法和思路。希望对今后民用运输类飞机的设计和验证提供一定的参考。

【参考文献】

[1]中国民用航空规章第25部运输类飞机适航标准[S].2011，11（7）.

[2]运输类飞机适航标准技术咨询手册[S].航空工业出版社，2001.

[3]飞机设计手册（第九册）[S].航空工业出版社，2001.

[责任编辑：田吉捷]