水陆两栖飞机功能和可靠性试飞浅议

李贝奇，胡 毅，朱利媛，张 祥

（1.中国飞行试验研究院，陕西 西安，710089；2.航空工业洪都，江西 南昌，330024;3.中国航发湖南动力机械研究所，湖南 株洲，412002）

0 引言

根据CCAR-21-R3《民用航空产品和零部件合格审定规定》第21.35条中（二）（2）和（六）（2）及某型水陆两栖飞机型号合格审定试飞的要求，某型水陆两栖飞机需要进行功能和可靠性试飞，以证明飞机的整机、部件以及设备是可靠的且功能是正常的[1]。功能和可靠性试飞作为某型水陆两栖飞机的最后一个大型试飞科目，严格意义上说是独立于合格审定试飞科目之外的，两者之间任务可以有交叉，但不存在从属关系，是独立的两个审定阶段，有关功能和可靠性试飞可依据和遵循的规章、咨询通告和指令性文件较少，目前仅有咨询通告AC25-7C《运输类飞机合格审定飞行试验指南》附录8“功能和可靠性试验”和管理程序AP-21-AA-2011-03-R4《航空器型号合格审定程序》相关要求可作为参考[2]。

欧美航空工业在功能和可靠性试飞技术方面积累了比较丰富的经验，在民用航线类飞机方面，完成了如B757-200飞机150小时和A380飞机300小时的功能可靠性专项试飞，但国外在水陆两栖飞机方面，如俄罗斯的Be-200，日本的US-2，加拿大的CL-415等，尚未收集到有关开展功能和可靠性试飞的信息[3]。在国内已取得型号合格证的民机型号中，只有ARJ21-700飞机比较系统完整的开展过功能和可靠性试飞，积累了一定的经验。但水陆两栖飞机作为特种飞机，其构型多样、运行环境相对复杂、设计限制条件较多、航线规划特殊、可选试飞机场较少，与民用运输类飞机差异较大。因此，对水陆两栖飞机开展功能和可靠性试飞技术研究具有重要意义。

1 试飞构型

功能和可靠性专项试飞应以生产构型或尽可能的接近生产构型的一架飞机来进行验证，非专项试飞则可以在合格审定试飞的多架试验机上进行。某型水陆两栖飞机分为基本构型、灭火构型和救援构型三种构型，灭火构型是在基本构型的基础上增加灭火任务系统和相关的设备；救援构型是在基本构型的基础上增加搜索系统、救援系统及其它辅助设备。在开展功能和可靠性试飞时，需要确认以下情况：灭火构型和救援构型的飞机除任务系统以外的系统/设备和基本构型的系统/设备技术状态是否存在偏离、任务系统对其他系统/设备是否存在安全影响，若存在偏离和安全影响，功能和可靠性试飞时间应当如何统计计算？若不存在偏离和安全影响，则需要申请方提供证明文件并获得局方的认可[4-5]。

如果申请方无法提供一架全新的生产构型的飞机用于功能和可靠性专项试飞，合格审定试飞用试验机各系统必须达到TIA（型号核准书）的构型要求,且改装和测试设备在功能和可靠性专项试飞开展前应予以拆除，对不能予以拆除的，申请人应当进行评估，证明改装测试设备不影响试飞结果，并且不存在安全方面的风险。

2 试飞时间及时间折合

2.1 试飞时间

功能和可靠性试飞应该有固定的试验时间，而不应该是任意时间的累积，关于功能和可靠性试飞的时间，在CCAR21.35（b）(2)中有简要的说明，具体如下：

1）装有未曾在已有型号合格证或型号设计批准书的航空器上使用过的某型涡轮发动机的航空器，应当以符合其型号合格证的该型全套发动机为动力至少飞行300小时；

2）对于所有其他航空器，至少飞行150小时。

在AC25-7C附录8中，除了要求没有取证的涡轮发动机需进行300小时的功能和可靠性试飞外，还强调了300小时的飞行时间对于一个复杂的新型号也是适用的[6]。对于某型水陆两栖飞机，其配装有4台涡桨发动机，发动机虽已取得型号合格证，但所安装的螺旋桨采用了全新的复合材料且尚未取证，按照CCAR21.3条的定义，螺旋桨作为航空产品是应该单独申请型号合格证的。另外，水陆两栖飞机采用的独特的船身设计、水密舱体设计、双侧浮筒设计、起落架收放系统设计和灭火任务系统设计等等，型号具有独特的复杂性，因此，该型号开展功能和可靠性试飞应当按300小时进行规划为宜。

2.2 试飞时间折算

在AC25-7C附录8中，功能和可靠性试飞的时间通常可由局方经验时间和增补经验时间组成（如图1所示），局方经验又可分为专项试飞（生产构型按预期的运行环境专门开展的功能和可靠性试飞）和非专项试飞（一架或多架试验机与合格审定试飞结合），增补经验可分为集中经验（指运营人进行的大量起落循环密集的飞行）和多种经验（运营人的其他飞行）。对于局方经验，都是按照实际飞行时间计入功能和可靠性试飞时间，而对于增补经验，集中经验的飞行时间按照2：1折算成功能和可靠性试飞时间，多种经验按照5：1折算成功能和可靠性试飞时间。在当前国内外民机型号的功能和可靠性试飞中，增补经验已基本不再采用。

图1 功能和可靠性试飞时间组成

在ARJ21-700飞机的功能和可靠性试飞中，非专项试飞的时间按5：1折算到功能和可靠性试飞时间中，当然由于当时理解的偏差，ARJ21-700飞机非专项试飞跟上述局方经验中非专项试飞定义有所不同，ARJ21-700飞机非专项试飞不仅包括局方试飞和并行试飞，还包括申请人的研发试飞和表明符合性试飞。鉴于当时的理解，这部分非专项试飞按5：1折算也是一种折中的办法。对某型水陆两栖飞机而言，不仅投入合格审定的试验机数量少，飞行架次更难以达到ARJ21-700的量级，若采用5:1折算，可以预计难以满足总的飞行时间要求。因此，某型水陆两栖飞机功能和可靠性试飞时间完全由局方经验试飞时间构成，在保证150小时专项试飞的前提下，试飞时间都按1：1进行统计。

3 飞行剖面

飞行剖面是为完成某一特定飞行任务而绘制的飞机航迹图形，是形象表达飞行任务的一种形式。民用航线类飞机的飞行剖面一般由起飞、爬升、巡航、下降、着陆等几个典型的过程组成，但水陆两栖飞机作为特种飞机，其飞行剖面与其执行的任务、场站保障条件、环境条件有着密切的关系。

某型水陆两栖飞机主要的任务模式为森林灭火和海上救援，该型飞机在执行森林灭火任务时，根据场站保障条件和水域条件，可以有汲水执行灭火和注水执行灭火两种方式；执行海上救援时，根据海况条件，可以有着水救援和空投救援两种方式。这四种方式形成了该型飞机四种主要的飞行剖面（如表1所示），以汲水灭火任务飞行剖面为例，该剖面不仅涉及到常规的滑行、起飞、巡航、下降、着陆等过程，而且还涉及到滑行汲水、空中盘旋观察、低速低高度飞行、投水灭火、着水等过程，这些过程对飞行高度、速度有严格的要求，而且还需多次循环的操作，这就给机组成员的飞行操作、工作负荷以及任务协同能力带来了较大的挑战。

表1 主要飞行任务剖面

4 运行环境及航线规划

4.1 运行环境

功能和可靠性试飞的主要目的是在实际运行环境中开展功能检查并确认功能的可靠性。实际的运行环境不仅仅是指飞机在飞行中经历的各种大气环境，还包括场站保障条件、实际的机务保障模式等等。与民用航线类飞机不同的是，水陆两栖飞机未来主要的运营场所不是综合保障条件较好的民航机场，而是林业部门所属的航空护林站和交通部门所属的飞行救助基地机场。以航空护林站为例，我国南方航空护林总站和北方航空护林总站目前直属的航空护林站共有19个，大多数航空护林站由于跑道条件、通讯导航设施、航站海拔高度、巡护区域平均海拔高度等因素的影响，并不适宜水陆两栖飞机功能和可靠性试飞的开展。

在AC25-7C中同时也特别说明了功能和可靠性专项试飞并不需要在使用中遇到的最极端的环境条件下开展，比如高温髙湿、高寒、大侧风、最大浪高等等，这些可以结合合格审定试飞相关科目开展。

4.2 航线规划

在ARJ21-700飞机功能和可靠性试飞中，其航线依据白天IFR/短程、白天IFR/远程、夜间IFR/短程、夜间IFR/远程、白天VFR起降和夜间VFR起降等6种飞行类别，以“点对点”的方式规划了长、中、短航线100多条。水陆两栖飞机作为通用类飞机，以其最常见的森林灭火巡护航线为例，其航线与民航航线大相径庭，它不是从一个“点”出发到另一个“点”的类直线模式，而是从一个“点”出发回到同一个“点”的闭环模式。巡护航线的规划需要从飞机续航时间、巡护区域的形状、巡护区域的森林资源分布和火灾发生规律、地形地貌、相邻航线间距、转点（检查点）的设置、距国界距离、空中管制条件等诸多方面进行统筹。

5 人员资质

关于参与功能和可靠性试飞空勤人员的资质问题，在AC25-7C中没有明确的要求，只是规定局方的首席试飞员参与所有的飞行，而申请人的飞行员指挥所有的飞行，在ARJ21-700飞机功能和可靠性试飞中，借鉴国外民机型号的相关规定，对试飞机组人员的资质作了比较详细的要求，比如机长必须具备民航航线飞行执照，飞行时间在2000小时以上，参加过ARJ21-700的空勤培训，同时具备该型机一定架次和时间的试飞经历，具备相应等级的体检合格证明，还需经局方批准后方可履行功能和可靠性专项试飞机长职责。

水陆两栖飞机飞行机组标准配备为1个机长、1个副驾和1个空中机械师，在执行灭火和救援时，还必须在通舱配备1名观察员，对于标准配备的机组，可以参照ARJ21-700飞机的要求制定相关的资质要求，对于观察员的资质（以森林灭火为例），除了参加空勤培训取得合格证外，观察员还必须具备区分林火与荒火、烟、霾的能力；具备测算火场面积、林地比例、火势及发展方向、风向风速、火头数目、火线长度的能力。而这些能力的具备，都需要大量的理论培训和丰富的飞行观察经历的积累。因此，在开展功能和可靠性专项试飞规划前，观察员的选拔与培训也是一项极其重要的工作。

6 结语

与民用航线类飞机相比，水陆两栖飞机由于其执行任务的特殊性，其功能和可靠性试飞牵涉面广、不可控因素较多，无论从规划、组织还是实施上都存在巨大的挑战，本文主要从试飞构型、试飞时间、飞行剖面、运行环境、人员资质和航线规划等方面对水陆两栖飞机功能和可靠性试飞的独特性进行了分析，以期能为后续开展功能和可靠性试飞提供参考。