王留呆

（上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210）

操作試驗(yàn)適航條款要求及符合性驗(yàn)證方法研究

王留呆

（上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210）

研究了CCAR25.683條款的要求和條款制定背景，對(duì)CCAR25部、FAR25部和CS25部中25.683條款差異進(jìn)行了分析，研究了針對(duì)25.683條款要求可接受的驗(yàn)證方法，結(jié)合電傳飛控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特征提出了為滿足25.683條款要求所需采取的驗(yàn)證方法和具體驗(yàn)證工作。

25.683；條款差異；符合性驗(yàn)證方法

1 條款要求及條款制定背景

由于飛機(jī)操縱系統(tǒng)通常都依附在鄰近的機(jī)體結(jié)構(gòu)上，因此有必要確保由于外部載荷引起機(jī)體結(jié)構(gòu)的變形不會(huì)對(duì)操縱系統(tǒng)的安全操作產(chǎn)生負(fù)面的影響，如引起卡阻、摩擦或變形。而中國(guó)民用航空規(guī)章第25部CCAR-25-R4《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》中的CCAR25.683“操作試驗(yàn)”條款和FAR-25AIRWORTHINESS STANDARDS: TRANSPORT CATEGORY AIRPLANES（《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》）中的FAR25.683“操作試驗(yàn)”條款的目的是驗(yàn)證操縱系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)承受在正常運(yùn)行中預(yù)期的最大載荷時(shí)，操縱系統(tǒng)的操作不會(huì)受到負(fù)面影響。

CCAR/FAR25.683“操作試驗(yàn)”：“必須用操作試驗(yàn)表明，對(duì)操縱系統(tǒng)中受駕駛員作用力的部分施加規(guī)定的該系統(tǒng)限制載荷的80%，以及對(duì)操縱系統(tǒng)中受動(dòng)力載荷的部分施加正常運(yùn)行中預(yù)期的最大載荷時(shí)，系統(tǒng)不出現(xiàn)下列情況：(a) 卡阻；(b) 過(guò)度摩擦；(c) 過(guò)度變形?！?/p>

歐洲航空安全局EASA的CS-25Certification Specifications for Large Aeroplanes（《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》）中的CS25.683“操作試驗(yàn)”條款，除包括了CCAR/FAR25.683條款要求外，還要求包括CS25.683(b) 和CS25.683 (c)兩款內(nèi)容，具體要求為：

CS25.683(b)： 必須通過(guò)分析，必要時(shí)通過(guò)試驗(yàn)表明，在俯仰，橫滾，偏航限制機(jī)動(dòng)載荷分別單獨(dú)作用引起飛機(jī)結(jié)構(gòu)變形的情況下，操縱系統(tǒng)為獲得這些限制載荷而承載并在工作偏轉(zhuǎn)范圍內(nèi)操縱時(shí)，對(duì)于所有的操縱系統(tǒng)都能實(shí)行操縱，且不出現(xiàn)下列情況：

(1)卡阻；

(2)過(guò)度摩擦；

(3)脫開(kāi)；

(4)任何形式的永久損傷。

CS25.683(c)：必須表明，在正常飛行和地面操作的振動(dòng)載荷下，不致因與相鄰部件的干擾或接觸造成危險(xiǎn)?！?/p>

FAR25.683條款的前身為美國(guó)民用航空法4b.328條，要求試驗(yàn)對(duì)操縱系統(tǒng)施加80%的限制載荷，該載荷應(yīng)同時(shí)施加于操縱系統(tǒng)及操縱面。人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到對(duì)于動(dòng)力操縱系統(tǒng)，80%的駕駛員作用力（25.397）的施加會(huì)導(dǎo)致操縱系統(tǒng)動(dòng)力操縱部分受百分之百的載荷。為此，F(xiàn)AR25.683 條款經(jīng)修訂后可以反映更加現(xiàn)實(shí)的情況，修改前后的條款要求差別僅在于操縱系統(tǒng)中有動(dòng)力部分，其所受載荷從80%限制載荷變?yōu)檎＿\(yùn)行中可能的最大載荷。

2 條款理解

從“操作試驗(yàn)”的要求可以看出，對(duì)于采用電傳飛行控制系統(tǒng)的飛機(jī)，“操縱系統(tǒng)中受駕駛員作用力的部分”指駕駛艙中的飛行控制系統(tǒng)所使用的相關(guān)駕駛艙操縱組件，以及綜合了位置傳感器和提供反力的人感系統(tǒng)的駕駛艙模塊，包括駕駛桿、駕駛盤(pán)、側(cè)桿（適用于側(cè)桿操縱的飛機(jī)）、腳蹬，以及對(duì)應(yīng)的駕駛艙模塊。對(duì)這些組件應(yīng)施加相應(yīng)系統(tǒng)限制載荷的80%進(jìn)行操作試驗(yàn)，試驗(yàn)中不應(yīng)出現(xiàn)卡阻、過(guò)度摩擦或過(guò)度變形的情況，其中限制載荷應(yīng)根據(jù)25.397(c)款關(guān)于駕駛員限制作用力和扭矩的規(guī)定來(lái)確定；對(duì)于采用傳統(tǒng)鋼索操縱系統(tǒng)的飛機(jī)，則“對(duì)操縱系統(tǒng)中受駕駛員作用力的部分”還應(yīng)包括鋼索和鉸鏈等。

對(duì)于采用電傳飛控系統(tǒng)或者電子飛行控制系統(tǒng)的飛機(jī)，盡管駕駛艙操縱系統(tǒng)的人感系統(tǒng)可能不會(huì)產(chǎn)生等同于駕駛員80%的操縱反力或操縱感覺(jué)力，但是某些并非極不可能的故障或失效，比如出現(xiàn)軸承卡滯的情況，可能導(dǎo)致比較大的駕駛員操縱力。在駕駛艙操縱組件上施加80%駕駛員作用力的操作試驗(yàn)應(yīng)能確保駕駛艙操縱組件有足夠的剛度，從而能防止在受動(dòng)力載荷部分即舵面作動(dòng)器尚未得到足夠大的運(yùn)動(dòng)位置輸入指令之前，駕駛艙操縱組件已經(jīng)觸底的現(xiàn)象。操縱系統(tǒng)采用了極軟鋼索系統(tǒng)操縱環(huán)節(jié)，在正常操縱時(shí)只需用很小的駕駛員操縱力的情況也是可能的，但這種操縱系統(tǒng)也要通過(guò)限制載荷試驗(yàn)。因此，當(dāng)受動(dòng)力載荷部分即舵面作動(dòng)器被固定在0位時(shí)，控制系統(tǒng)中受駕駛員作用力的部分即駕駛艙操縱組件施加80%駕駛員作用力時(shí)，受駕駛員作用力的操縱組件不應(yīng)觸底。

“操縱系統(tǒng)中受動(dòng)力載荷的部分”指受動(dòng)力載荷的各個(gè)氣動(dòng)面，包括方向舵、升降舵、副翼、水平安定面、擾流板以及襟/縫翼，按CCAR/ FAR25.683條款的條文要求，應(yīng)對(duì)這些舵面施加正常運(yùn)行中預(yù)期的最大載荷并對(duì)舵面進(jìn)行操作，所謂的“正常運(yùn)行中預(yù)期的最大載荷”指每一塊舵面運(yùn)動(dòng)時(shí)作用在舵面上的全部氣動(dòng)力繞其轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的最大鉸鏈力矩，試驗(yàn)中舵面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)不應(yīng)出現(xiàn)卡阻、過(guò)度摩擦或過(guò)度變形的情況；

條款中要求的“卡阻”，指導(dǎo)致移動(dòng)部件鎖住并無(wú)法動(dòng)作的場(chǎng)景；

條款中要求的“過(guò)度摩擦”指在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)阻滯或異常振動(dòng)的現(xiàn)象，即操縱過(guò)程中操縱機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不流暢，斷斷續(xù)續(xù)，可通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)曲線平滑性分析來(lái)判斷是否在操縱過(guò)程中出現(xiàn)阻滯現(xiàn)象或異常振動(dòng)現(xiàn)象，從而判斷是否出現(xiàn)過(guò)度摩擦現(xiàn)象；

條款中要求的“過(guò)度變形”一般認(rèn)為是當(dāng)駕駛艙的操縱器件在限制載荷作用下做全行程運(yùn)動(dòng)，而使得對(duì)應(yīng)的舵面達(dá)到的權(quán)限偏轉(zhuǎn)角度能夠滿足飛機(jī)飛行特性的要求，便可認(rèn)為該系統(tǒng)無(wú)過(guò)度變形。

3 CCAR/FAR25.683條款驗(yàn)證方法

根據(jù)對(duì)條款要求的理解，應(yīng)通過(guò)符合性分析計(jì)算、并分別在鐵鳥(niǎo)臺(tái)架和飛機(jī)上進(jìn)行相關(guān)操作試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證對(duì)CCAR/FAR25.683條款的符合性，即分別采用適航審定程序AP-21-03《航空器型號(hào)合格審定程序》中的符合性驗(yàn)證方法（MOC），MOC2分析/計(jì)算、MOC4試驗(yàn)室試驗(yàn)和MOC5地面試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證對(duì)該條款的符合性。但考慮到在真實(shí)飛機(jī)上加裝模擬加載裝置的難度，在實(shí)際驗(yàn)證中通常采用MOC2和MOC4即通過(guò)符合性分析計(jì)算和試驗(yàn)室試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證型號(hào)對(duì)該條款的符合性。

3.1 MOC2驗(yàn)證內(nèi)容

針對(duì)CCAR/FAR25.683的計(jì)算分析符合性驗(yàn)證方法，主要是結(jié)合全機(jī)靜力試驗(yàn)的結(jié)果，來(lái)計(jì)算出機(jī)翼和其它飛控操縱面在限制載荷作用下的變形量，并與飛行控制系統(tǒng)操縱機(jī)構(gòu)允許的變形量進(jìn)行對(duì)比，以確認(rèn)在限制載荷作用下操縱機(jī)構(gòu)的變形量是否在允許的變形范圍內(nèi)，從而確定操縱機(jī)構(gòu)在機(jī)翼變形的情況下能否正常工作。

由于在限制載荷作用下機(jī)翼變形量最大，因此需要計(jì)算出限制載荷作用下機(jī)翼的最大變形量并與襟縫翼控制系統(tǒng)扭力管允許的變形量進(jìn)行對(duì)比，以確定襟縫翼控制系統(tǒng)能否正常工作。

對(duì)于采用電傳飛控系統(tǒng)的民用飛機(jī)來(lái)說(shuō)，由于作動(dòng)器采用分布式布置，因此在限制載荷作用下機(jī)體的變形量對(duì)主飛行控制系統(tǒng)和舵面的運(yùn)動(dòng)影響很小。

3.2 MOC4驗(yàn)證工作

對(duì)于采用電傳飛控系統(tǒng)或電子飛行控制系統(tǒng)的飛機(jī)來(lái)說(shuō)，由于不存在從操縱器件到舵面的直接傳力路徑，因此按CCAR/FAR25.683條款要求的駕駛艙操縱組件端的操作試驗(yàn)和舵面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)端的操作試驗(yàn)可以分兩段來(lái)實(shí)施。

針對(duì)CCAR/FAR25.683條款的地面模擬試驗(yàn)，主要是在鐵鳥(niǎo)臺(tái)架上，通過(guò)液壓伺服加載裝置來(lái)模擬正常運(yùn)行中施加在舵面上的氣動(dòng)力，以此來(lái)模擬舵面承受氣動(dòng)載荷的情況進(jìn)行操縱試驗(yàn)，以驗(yàn)證操縱機(jī)構(gòu)是否會(huì)出現(xiàn)卡阻、摩擦和過(guò)度變形的情況。

其中舵面加載方法如圖1所示。

對(duì)駕駛艙操作組件，則根據(jù)條款要求施加駕駛員最大作用力的80%進(jìn)行操作試驗(yàn)以驗(yàn)證是否會(huì)出現(xiàn)卡阻、過(guò)度摩擦和過(guò)度變形。

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1003-6660（2014）03-0044-03