民用運輸類飛機最小操縱速度試飛對比研究

劉經緯++付琳++劉星宇

摘 要：根據運輸類飛機適航標準中CCAR25.149條最小操縱速度的型號合格審定試飛要求，對民用運輸類飛機在適航取證過程中需要通過試飛驗證的三種最小操縱速度考察的飛行階段、試飛限制條件及要求、試飛方法等進行了對比分析研究，最后結合分析結果給出試飛計劃安排。可供民用運輸類飛機最小操縱速度適航試飛參考。

關鍵詞：飛行試驗 地面最小操縱速度 空中最小操縱速度 著陸進場最小操縱速度 型號合格審定

中圖分類號：V21 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0057-02

最小操縱速度是裝置多臺發動機的民用運輸類飛機必須要進行試飛驗證的高風險科目之一，也是適航合格審定試飛的重點科目之一。航線運行中，若飛機的一臺發動機發生停車，那么為確保發動機在此狀態下飛機還能繼續安全飛行，就必須確定一個最小操縱速度，確保在不同的飛行環境下在不小于該速度邊界的情況下可繼續安全操縱飛機。

CCAR-25部運輸類飛機適航標準CCAR25.149條最小操縱速度[1]中規定了三種最小操縱速度的適航標準，包括：空中最小操縱速度（VMCA）、地面最小操縱速度（VMCG）及著陸進場最小操縱速度（VMCL）。

最小操縱速度與飛機的構形、發動機功率、重量重心位置、側滑角、滾轉角、方向舵最大偏角及腳蹬操縱力等有關[2]，主要是考核低速時方向舵的操縱效率以及飛機的穩定特性。

下面從適航要求出發，對三種最小操縱速度試飛的相同點及不同點進行對比分析。

1 VMCG、VMCA、VMCL試飛的區別及共性

1.1 前提條件

最小操縱速度試飛前要先通過臨界發動機確定試飛來確定飛機裝配的哪臺發動機是臨界發動機，及通過失速試飛確定飛機的失速速度來作為試飛時的速度基準。

1.2 定義

1.2.1 地面最小操縱速度（VMCG）

VMCG是起飛滑跑期間的校正空速，在該速度當臨界發動機突然停車，能夠只使用方向舵即可保持對飛機的操縱。不使用前輪轉彎，橫向操縱的使用僅限于保持機翼水平。且采用正常駕駛技巧就能安全地繼續起飛。

1.2.2 空中最小操縱速度（VMCA）

VMCA是在空中的校正空速，在該速度，當臨界發動機突然停車時，能在該發動機繼續停車狀況下通過滿偏方向舵及向工作發動機一側滾轉不大于5°的傾斜角可保持對飛機的操縱，并保持航向不變。

1.2.3 進場著陸最小操縱速度（VMCL）

VMCL是進場著陸的校正空速，在此速度，當臨界發動機突然停車時，能在該發動機繼續停車狀況下對飛機進行安全操縱，且滾轉角不大于5°。

1.3 考察的飛行階段

三個最小操縱速度的定義不同，其考察的飛行階段也不同。

VMCG考察的飛行階段是地面起飛滑跑階段，此時發動機處于最大起飛功率狀態，當臨界發動機在VMCG突然停車，要求飛機是可以繼續安全起飛并可控的，它是加速/停止距離、起飛決斷速度（V1）等科目試飛的前提。VMCG確認試飛過程中臨界發動機停車時若飛機速度太小，方向舵效率低，則飛機偏離初始滑跑中心線會太遠，有沖出跑道的危險，若飛機速度太大則容易造成飛機抬前輪甚至單發起飛，是三個最小操縱速度中風險等級最高的試飛科目。

VMCA考察的飛行階段是離地低空增速的起飛爬升階段，此時發動機處于最大起飛功率狀態，若臨界發動機在VMCA突然停車時，要求飛機是可以繼續飛行并安全可控的。

VMCL考察的飛行階段是低空減速的進場著陸階段，此時若施加復飛推力復飛時，臨界發動機在VMCL停車，要求飛機是可以繼續飛行并安全可控的，且有一定的橫向機動能力。

VMCA、VMCL試飛的共同特點是飛機高度低、速度小、方向舵效率低、風險高。進行該科目試飛之前試飛員要做好充分的理論學習及訓練準備工作。

1.4 試飛限制條件及要求

1.4.1 地面最小操縱速度VMCG

VMCG試飛條件是三個最小操縱速度中最為苛刻的，主要有以下要求：

（1）試飛時的最大正側風不能超過3 m/s[4]。若逆風試飛，方向舵效率會變強，試飛結果將比飛機的實際VMCG要小；若順風試飛時，試飛結果將比飛機的實際VMCG要大。要通過正反航向試飛消除風對試驗結果的影響。試驗對風的要求極為嚴格。

（2）跑道要求盡量平坦，橫向坡度不能太大，否則影響試飛結果。在濕跑道，由于跑道摩擦系數較干跑到小，方向舵平衡發動機不對稱推力力矩的能力減小，會導致試飛結果偏大。跑道最好是無污染的干跑道。

（3）應只用方向舵來控制飛機航向。橫向操縱機構，如副翼及擾流板，僅用來修正飛機姿態的變化及保持機翼水平狀態，不允許通過它們補償方向舵效率。試飛過程中不允許使用前輪轉彎及剎車功能來輔助方向舵平衡不對稱推力，否則試飛結果會偏小。

（4）若飛機開始加速滑跑時的航跡是沿著跑道中心線，從臨界發動機停車那一點到安全改出至航向平行于中心線之間的航跡，其中任何一點相對中心線的橫向偏離不得超過30 ft[3]。

（5）試飛過程中飛機的速度是不斷增大的，在某一點飛機速度會比較接近抬前輪速度，為防止VMCG確認試飛過程中飛機無意抬前輪起飛，一般要求試飛員稍微向前推桿， 使前輪與地面保持最小距離。若推桿力過大，前輪和地面充分接觸后前輪與地面的摩擦力變大，此摩擦力可輔助方向舵平衡發動機不對稱推力力矩，使方向舵糾偏能力變強，試飛結果會偏小[4]。

1.4.2 空中最小操縱速度VMCA

VMCA試飛分為兩部分：靜態試驗及動態演示。

（1）靜態試驗—以不大于5°的滾轉角可保持對飛機的操縱且飛機航向不變；endprint

（2）動態演示—在動態演示過程中，航向變化不超過20°。

1.4.3 進場著陸最小操縱速度VMCL

VMCL試飛具體分為三部分：靜態試驗、動態演示、橫向機動能力檢查。

（1）靜態試驗—以不大于5°的滾轉角可保持對飛機的操縱且飛機航向不變。

（2）動態演示—在動態演示過程中，航向變化不超過20°。

（3）橫向機動能力—基于VMCL的穩定直線飛行中，5s內向工作發動機一側滾轉20°坡度。

三個最小操縱速度試飛期間的方向舵操縱力都不得超過68 kg。

1.5 試飛方法

三個最小操縱速度的考察階段及限制條件不同，所用試飛方法也有所不同。AC25-7A《運輸類飛機合格審定飛行試驗指南》中推薦了最小操縱速度的試飛方法，下面依次對試飛方法進行分析：

1.5.1 地面最小操縱速度（VMCG）

VMCG的確定試驗在地面進行，最終確定以側向偏離距離等于30 ft為依據。試飛開始前襟縫翼狀態及發動機功率按照起飛構型設置，重量為起飛范圍內的最不利重量（由于VMCG在飛機大重量時會影響V1值，故選取大重量作為試驗重量），重心為最不利重心、工作發動機處于最大可用起飛推力。實際飛機在試驗時橫向偏移位移不可能剛好是30 ft，這就需要在同一構型設置下試驗速度從較高速度開始，通過逐漸縮小切斷臨界發動機燃油時的飛機速度，直至飛機側向偏離距離等于或大于30 ft，然后統計數據分析出偏離距離等于30 ft時切斷臨界發動機燃油時的飛機速度即為試驗日的VMCG。最后要以試飛確定的VMCG演示一次繼續起飛。

1.5.2 空中最小操縱速度（VMCA）

VMCA的確定試驗在空中通過靜態試驗進行，襟縫翼狀態及發動機功率按照起飛構型設置。對于重量選擇的考慮，由于受5°的傾斜角限制時的VMCA隨重量的增加而減小，失速速度隨重量的增加而增大，為了使失速速度最小，且最小操縱速度及失速速度的間距最大，因此，通常選擇輕重量進行VMCA確認試驗[2]。重心為最不利重心，工作發動機處于最大可用起飛推力。首先將飛機按起飛狀態配平并使其處于穩定直線飛行，然后在要求的發動機狀態下減速至方向舵全偏，限制滾轉角不超過5°，保持航向不變確定靜態最小操縱速度。最后用切斷臨界發動機燃油的方法進行動態最小操縱速度演示，要求航向變化不超過20°，且能恢復到保持航向不變。

1.5.3 進場著陸最小操縱速度（VMCL）

VMCL的確定試驗在空中通過靜態試驗進行。襟縫翼狀態及發動機功率按照進場構型設置，重量同樣考慮小重量、重心為最不利重心、工作發動機處于復飛功率。首先飛機按全發工作的進場狀態配平，以大約3°下滑角進場，然后在發動機復飛功率狀態下將飛機減速至方向舵全偏，使滾轉角不超過5°，保持航向不變確定靜態最小操縱速度。最后用切斷臨界發動機燃油的方法進行動態最小操縱速度演示，要求航向變化不超過20°，且能恢復到保持航向不變。由于是進場著陸階段，應保證飛機在喪失臨界發動機推力狀況下仍具備一定的橫向機動能力，所以在VMCL穩定直線飛行中，應演示飛機具有在5 s內向工作發動機方向改變20°坡度的能力。

上面提到的最不利的重心位置通常為后重心。因為在后重心狀態下，方向舵偏轉引起的側力的作用力臂最短，糾偏能力最低，且飛機的穩定性也最臨界。橫向重心也應調為最臨界情況，可根據試驗機型的最大橫向燃油不平衡量來設置飛機橫向重心的偏移，使不工作發動機側的燃油更多，保證由發動機推力產生的偏航力矩更大，阻止飛機滾轉趨勢所需的操縱更多，得到的試驗結果也就更加保守[5]。

1.6 試飛計劃安排

通過以上對最小操縱速度試飛的分析，建議民用飛機最小操縱速度型號合格審定試飛計劃如表1所示。

2 結語

VMCG、VMCA、VMCL適航試飛的目的是確定一臺臨界發動機停車后可以繼續保持對飛機操縱的最小安全速度，驗證對CCAR25部中第149條最小操縱速度適航條款的符合性，為飛機運行中飛行員對飛機進行安全操縱提供依據。最后制定的試飛計劃安排可為組織民用運輸類飛機最小操縱速度適航試飛時提供參考。

參考文獻

[1] CCAR-25中國民用航空條例第25部運輸類飛機適航標準[S].

[2] AC25-7A運輸類飛機合格審定飛行試驗指南[Z].

[3] 劉瑜，王海維，柳勇.最小操縱速度飛行試驗技術研究[J].科學技術與工程，2012，3（12）：607-610，624.

[4] 楊翠霞，程偉豪，張培田，等.民機地面最小操縱速度試飛技術研究[J].飛行力學，2007，3（25）：75-78.

[5] 程偉豪，焦連躍，張強.受方向舵偏度限制的空中最小操縱速度試飛研究[J].工程與試驗，2011，3（51）：29-32，61.endprint

（2）動態演示—在動態演示過程中，航向變化不超過20°。

1.4.3 進場著陸最小操縱速度VMCL

VMCL試飛具體分為三部分：靜態試驗、動態演示、橫向機動能力檢查。

（1）靜態試驗—以不大于5°的滾轉角可保持對飛機的操縱且飛機航向不變。

（2）動態演示—在動態演示過程中，航向變化不超過20°。

（3）橫向機動能力—基于VMCL的穩定直線飛行中，5s內向工作發動機一側滾轉20°坡度。

三個最小操縱速度試飛期間的方向舵操縱力都不得超過68 kg。

1.5 試飛方法

三個最小操縱速度的考察階段及限制條件不同，所用試飛方法也有所不同。AC25-7A《運輸類飛機合格審定飛行試驗指南》中推薦了最小操縱速度的試飛方法，下面依次對試飛方法進行分析：

1.5.1 地面最小操縱速度（VMCG）

VMCG的確定試驗在地面進行，最終確定以側向偏離距離等于30 ft為依據。試飛開始前襟縫翼狀態及發動機功率按照起飛構型設置，重量為起飛范圍內的最不利重量（由于VMCG在飛機大重量時會影響V1值，故選取大重量作為試驗重量），重心為最不利重心、工作發動機處于最大可用起飛推力。實際飛機在試驗時橫向偏移位移不可能剛好是30 ft，這就需要在同一構型設置下試驗速度從較高速度開始，通過逐漸縮小切斷臨界發動機燃油時的飛機速度，直至飛機側向偏離距離等于或大于30 ft，然后統計數據分析出偏離距離等于30 ft時切斷臨界發動機燃油時的飛機速度即為試驗日的VMCG。最后要以試飛確定的VMCG演示一次繼續起飛。

1.5.2 空中最小操縱速度（VMCA）

VMCA的確定試驗在空中通過靜態試驗進行，襟縫翼狀態及發動機功率按照起飛構型設置。對于重量選擇的考慮，由于受5°的傾斜角限制時的VMCA隨重量的增加而減小，失速速度隨重量的增加而增大，為了使失速速度最小，且最小操縱速度及失速速度的間距最大，因此，通常選擇輕重量進行VMCA確認試驗[2]。重心為最不利重心，工作發動機處于最大可用起飛推力。首先將飛機按起飛狀態配平并使其處于穩定直線飛行，然后在要求的發動機狀態下減速至方向舵全偏，限制滾轉角不超過5°，保持航向不變確定靜態最小操縱速度。最后用切斷臨界發動機燃油的方法進行動態最小操縱速度演示，要求航向變化不超過20°，且能恢復到保持航向不變。

1.5.3 進場著陸最小操縱速度（VMCL）

VMCL的確定試驗在空中通過靜態試驗進行。襟縫翼狀態及發動機功率按照進場構型設置，重量同樣考慮小重量、重心為最不利重心、工作發動機處于復飛功率。首先飛機按全發工作的進場狀態配平，以大約3°下滑角進場，然后在發動機復飛功率狀態下將飛機減速至方向舵全偏，使滾轉角不超過5°，保持航向不變確定靜態最小操縱速度。最后用切斷臨界發動機燃油的方法進行動態最小操縱速度演示，要求航向變化不超過20°，且能恢復到保持航向不變。由于是進場著陸階段，應保證飛機在喪失臨界發動機推力狀況下仍具備一定的橫向機動能力，所以在VMCL穩定直線飛行中，應演示飛機具有在5 s內向工作發動機方向改變20°坡度的能力。

上面提到的最不利的重心位置通常為后重心。因為在后重心狀態下，方向舵偏轉引起的側力的作用力臂最短，糾偏能力最低，且飛機的穩定性也最臨界。橫向重心也應調為最臨界情況，可根據試驗機型的最大橫向燃油不平衡量來設置飛機橫向重心的偏移，使不工作發動機側的燃油更多，保證由發動機推力產生的偏航力矩更大，阻止飛機滾轉趨勢所需的操縱更多，得到的試驗結果也就更加保守[5]。

1.6 試飛計劃安排

通過以上對最小操縱速度試飛的分析，建議民用飛機最小操縱速度型號合格審定試飛計劃如表1所示。

2 結語

VMCG、VMCA、VMCL適航試飛的目的是確定一臺臨界發動機停車后可以繼續保持對飛機操縱的最小安全速度，驗證對CCAR25部中第149條最小操縱速度適航條款的符合性，為飛機運行中飛行員對飛機進行安全操縱提供依據。最后制定的試飛計劃安排可為組織民用運輸類飛機最小操縱速度適航試飛時提供參考。

參考文獻

[1] CCAR-25中國民用航空條例第25部運輸類飛機適航標準[S].

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[4] 楊翠霞，程偉豪，張培田，等.民機地面最小操縱速度試飛技術研究[J].飛行力學，2007，3（25）：75-78.

[5] 程偉豪，焦連躍，張強.受方向舵偏度限制的空中最小操縱速度試飛研究[J].工程與試驗，2011，3（51）：29-32，61.endprint

（2）動態演示—在動態演示過程中，航向變化不超過20°。

1.4.3 進場著陸最小操縱速度VMCL

VMCL試飛具體分為三部分：靜態試驗、動態演示、橫向機動能力檢查。

（1）靜態試驗—以不大于5°的滾轉角可保持對飛機的操縱且飛機航向不變。

（2）動態演示—在動態演示過程中，航向變化不超過20°。

（3）橫向機動能力—基于VMCL的穩定直線飛行中，5s內向工作發動機一側滾轉20°坡度。

三個最小操縱速度試飛期間的方向舵操縱力都不得超過68 kg。

1.5 試飛方法

三個最小操縱速度的考察階段及限制條件不同，所用試飛方法也有所不同。AC25-7A《運輸類飛機合格審定飛行試驗指南》中推薦了最小操縱速度的試飛方法，下面依次對試飛方法進行分析：

1.5.1 地面最小操縱速度（VMCG）

VMCG的確定試驗在地面進行，最終確定以側向偏離距離等于30 ft為依據。試飛開始前襟縫翼狀態及發動機功率按照起飛構型設置，重量為起飛范圍內的最不利重量（由于VMCG在飛機大重量時會影響V1值，故選取大重量作為試驗重量），重心為最不利重心、工作發動機處于最大可用起飛推力。實際飛機在試驗時橫向偏移位移不可能剛好是30 ft，這就需要在同一構型設置下試驗速度從較高速度開始，通過逐漸縮小切斷臨界發動機燃油時的飛機速度，直至飛機側向偏離距離等于或大于30 ft，然后統計數據分析出偏離距離等于30 ft時切斷臨界發動機燃油時的飛機速度即為試驗日的VMCG。最后要以試飛確定的VMCG演示一次繼續起飛。

1.5.2 空中最小操縱速度（VMCA）

VMCA的確定試驗在空中通過靜態試驗進行，襟縫翼狀態及發動機功率按照起飛構型設置。對于重量選擇的考慮，由于受5°的傾斜角限制時的VMCA隨重量的增加而減小，失速速度隨重量的增加而增大，為了使失速速度最小，且最小操縱速度及失速速度的間距最大，因此，通常選擇輕重量進行VMCA確認試驗[2]。重心為最不利重心，工作發動機處于最大可用起飛推力。首先將飛機按起飛狀態配平并使其處于穩定直線飛行，然后在要求的發動機狀態下減速至方向舵全偏，限制滾轉角不超過5°，保持航向不變確定靜態最小操縱速度。最后用切斷臨界發動機燃油的方法進行動態最小操縱速度演示，要求航向變化不超過20°，且能恢復到保持航向不變。

1.5.3 進場著陸最小操縱速度（VMCL）

VMCL的確定試驗在空中通過靜態試驗進行。襟縫翼狀態及發動機功率按照進場構型設置，重量同樣考慮小重量、重心為最不利重心、工作發動機處于復飛功率。首先飛機按全發工作的進場狀態配平，以大約3°下滑角進場，然后在發動機復飛功率狀態下將飛機減速至方向舵全偏，使滾轉角不超過5°，保持航向不變確定靜態最小操縱速度。最后用切斷臨界發動機燃油的方法進行動態最小操縱速度演示，要求航向變化不超過20°，且能恢復到保持航向不變。由于是進場著陸階段，應保證飛機在喪失臨界發動機推力狀況下仍具備一定的橫向機動能力，所以在VMCL穩定直線飛行中，應演示飛機具有在5 s內向工作發動機方向改變20°坡度的能力。

上面提到的最不利的重心位置通常為后重心。因為在后重心狀態下，方向舵偏轉引起的側力的作用力臂最短，糾偏能力最低，且飛機的穩定性也最臨界。橫向重心也應調為最臨界情況，可根據試驗機型的最大橫向燃油不平衡量來設置飛機橫向重心的偏移，使不工作發動機側的燃油更多，保證由發動機推力產生的偏航力矩更大，阻止飛機滾轉趨勢所需的操縱更多，得到的試驗結果也就更加保守[5]。

1.6 試飛計劃安排

通過以上對最小操縱速度試飛的分析，建議民用飛機最小操縱速度型號合格審定試飛計劃如表1所示。

2 結語

VMCG、VMCA、VMCL適航試飛的目的是確定一臺臨界發動機停車后可以繼續保持對飛機操縱的最小安全速度，驗證對CCAR25部中第149條最小操縱速度適航條款的符合性，為飛機運行中飛行員對飛機進行安全操縱提供依據。最后制定的試飛計劃安排可為組織民用運輸類飛機最小操縱速度適航試飛時提供參考。

參考文獻

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[4] 楊翠霞，程偉豪，張培田，等.民機地面最小操縱速度試飛技術研究[J].飛行力學，2007，3（25）：75-78.

[5] 程偉豪，焦連躍，張強.受方向舵偏度限制的空中最小操縱速度試飛研究[J].工程與試驗，2011，3（51）：29-32，61.endprint