某型飛機縱向靜穩(wěn)定性試飛方法研究

王 勇 劉慶靈 / WANG Yong LIU Qingling

(中國商飛民用飛機試飛中心，上海 200232)

?

某型飛機縱向靜穩(wěn)定性試飛方法研究

王 勇 劉慶靈 / WANG Yong LIU Qingling

(中國商飛民用飛機試飛中心，上海 200232)

縱向靜穩(wěn)定性試飛屬于飛行試驗科目中的經(jīng)典科目，依據(jù)CCAR25部要求，傳統(tǒng)民用運輸機執(zhí)行此科目時主要考察飛機改變速度所需的桿力方向、桿力-速度平衡曲線以及操縱結(jié)束后飛機速度的恢復(fù)能力。但對于具有縱向中立靜穩(wěn)定性設(shè)計特點的全電傳飛機，傳統(tǒng)的適航條款和試飛方法都已不再適用。在咨詢通告AC25-7C和某型飛機專用條件的基礎(chǔ)上，給出了使用操縱品質(zhì)等級評定方法(HQRM)來開展縱向靜穩(wěn)定性試飛的基本方法和判據(jù)要求。

縱向中立靜穩(wěn)定性；飛行試驗；操縱品質(zhì)等級評定

0 引言

飛機在平衡飛行狀態(tài)下縱向受到瞬時干擾后具有恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)的趨勢稱為縱向靜穩(wěn)定性。在CCAR25部運輸類飛機適航標(biāo)準(zhǔn)中，縱向靜穩(wěn)定性是民用運輸類飛機必須要進(jìn)行試飛驗證的科目，主要是考察改變速度所需的桿力方向、桿力-速度平衡曲線以及操縱結(jié)束后飛機速度的恢復(fù)能力。

1 某型飛機縱向中立靜穩(wěn)定性設(shè)計特點

對于采用機械連接控制俯仰操縱面的傳統(tǒng)飛機，縱向靜穩(wěn)定性表現(xiàn)為拉桿力使飛機從配平速度減速，而推桿力使飛機從配平速度加速。由于以下原因，適航規(guī)章CCAR25部對縱向靜穩(wěn)定性進(jìn)行了規(guī)定：

1)通過控制器上的桿力增加或者減小給飛行員提供速度變化提示。

2)對飛機的短時無意操縱不會對飛行高度、空速和過載系數(shù)帶來明顯變化。

3)飛行員可以預(yù)期俯仰操縱響應(yīng)。

4)達(dá)到并維持配平速度和高度時飛行員的注意力(工作負(fù)荷)水平是可接受的。

5)縱向穩(wěn)定性提供突風(fēng)穩(wěn)定性。

對于某型飛機，側(cè)桿的俯仰控制運動通過法向過載系數(shù)或“g”指令控制升降舵面的初始運動來獲得指令要求的過載，然后通過水平安定面和升降舵的整體運動自動配平飛機，從而實現(xiàn)中立的1g松桿穩(wěn)定性。飛機的飛行航跡由初始側(cè)桿輸入指令控制并可以在松桿后維持，直到飛行員給出另外的指令。該控制功能應(yīng)用于從Vaprot(迎角保護(hù)限制啟動的速度)到VMO/MMO速度范圍內(nèi)的正常控制律。一旦超出這個速度范圍，控制律將實現(xiàn)傳統(tǒng)的縱向靜穩(wěn)定性。由于具有中立靜穩(wěn)定性的特點，該型飛機并不符合CCAR25部關(guān)于縱向靜穩(wěn)定性的要求。

2 某型飛機縱向靜穩(wěn)定性試飛方法確定

某型飛機縱向中立靜穩(wěn)定性的設(shè)計特點，使得傳統(tǒng)的桿力和控制面偏度之間的對應(yīng)關(guān)系并不適用于其“過載指令式”的飛行控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)的縱向靜穩(wěn)定性試飛方法也就不再適用。需要通過適合其使用的飛行試驗機動動作來進(jìn)行飛機飛行品質(zhì)的評定從而評估縱向靜穩(wěn)定特性，這可以通過運輸類飛機合格審定飛行試驗指南AC25-7C 附錄5提出的操縱品質(zhì)等級評定方法(HQRM)來完成。

操縱品質(zhì)等級評定方法(HQRM)是美國聯(lián)邦航空局(FAA)針對運輸類飛機制定的基于駕駛員對操縱品質(zhì)進(jìn)行主觀評定的方法，該方法是隨著采用電子飛行控制系統(tǒng)(EFCS)技術(shù)飛機的研制而發(fā)展起來的。依據(jù)AC25-7C，確定HQRM適航符合性評定的流程如圖1所示，主要包含以下四部分關(guān)鍵內(nèi)容。

1)大氣擾動、飛控系統(tǒng)故障和飛行包線的單一概率的確定以及組合概率的計算；

2)飛行任務(wù)的選擇；

3)操縱品質(zhì)等級的評定；

4)基于操縱品質(zhì)評定結(jié)果的適航符合性驗證。

圖1 HQRM評定流程

3 HQRM評估縱向靜穩(wěn)定性試飛方法分析

3.1 計算組合概率

3.1.1 大氣擾動概率

依據(jù)AC25-7C，大氣擾動按強度大小可分為三個等級，不同的等級對應(yīng)不同的發(fā)生概率，見表1。

表1 大氣擾動強度等級

3.1.2 飛行包線概率

依據(jù)AC25-7C，根據(jù)飛機的飛行狀態(tài)，飛行包線分為正常飛行包線(NFE)、使用飛行包線(OFE)和限制飛行包線(LFE)三種，各飛行包線的概率見表 2。

表2 飛行包線概率

3.1.3 故障組合概率表

依照某型飛機飛控系統(tǒng)功能危險性評估分析報告，某型飛機的故障組合概率見表 3(不考慮≤10-9的故障)。

表3 飛控系統(tǒng)故障組合概率表

3.2 確定HQRM評估縱向靜穩(wěn)定性的飛行任務(wù)

AC25-7C將HQRM考核飛行任務(wù)分為三類，根據(jù)縱向靜穩(wěn)定性的科目特性，及其與飛行包線的對應(yīng)關(guān)系，可以選擇如下飛行任務(wù)對該型飛機的縱向靜穩(wěn)定性進(jìn)行適航符合性評定，具體見表 4。

表4 HQRM評估縱向靜穩(wěn)定性飛行任務(wù)

3.3 確定HQRM評估縱向靜穩(wěn)定性的判據(jù)

AC25-7C中給出了操縱品質(zhì)等級評定準(zhǔn)則的建議，某型飛機專用條件中提出了一種對原HQRM準(zhǔn)則等效的操縱品質(zhì)等級評定準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則在飛行控制系統(tǒng)安全性分析的基礎(chǔ)上，綜合考慮飛行包線、大氣擾動及飛行控制系統(tǒng)的故障，確定了各種情況下飛機飛行操縱品質(zhì)的最低要求，見表5，可以作為使用HQRM方法進(jìn)行縱向靜穩(wěn)定性結(jié)果評定的判據(jù)。

根據(jù)表中要求，某型飛機在正常模式下，各種可能的飛行包線和大氣擾動組合狀態(tài)下至少要求飛行品質(zhì)是足夠的；在直接模式下，各種可能的飛行包線和大氣擾動組合狀態(tài)下至少要求飛行品質(zhì)是可控的。

4 結(jié)論

縱向靜穩(wěn)定性試飛是經(jīng)典的操穩(wěn)試飛科目，主要考察飛機是否具有合適的靜穩(wěn)定性。在CCAR25部運輸類飛機適航標(biāo)準(zhǔn)中，對縱向靜穩(wěn)定性主要是考察改變速度所需的桿力方向、桿力-速度平衡曲線以及操縱結(jié)束后飛機速度的恢復(fù)能力。但某型飛機縱向中立靜穩(wěn)定性的設(shè)計特點，使得傳統(tǒng)的桿力和控制面偏度之間的對應(yīng)關(guān)系并不適用于其“過載指令式”的飛行控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)的縱向靜穩(wěn)定性試飛方法也就不再適用。本文在咨詢通告AC 25-7C和某型飛機專用條件的基礎(chǔ)上，給出了使用操縱品質(zhì)等級評定方法(HQRM)來開展縱向靜穩(wěn)定性試飛的基本方法和判據(jù)要求。鑒于目前國內(nèi)有關(guān)具有中立靜穩(wěn)定性設(shè)計特點的全電傳飛機的穩(wěn)定性試飛方法還在探索和實踐中，希望本文提出的建議方法能為以后國內(nèi)民機的縱向靜穩(wěn)定性試飛工作提供參考和借鑒。

表5 操縱品質(zhì)等級評定要求

[1] 中國民用飛機航空局.CCAR 25-R4中國民用航空規(guī)章第25部：運輸類飛機適航標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國民用航空局，2011.

[2] 25-7C Flight Test Guide For Certification Of Transport Category Airplanes[S]. US：Ali Bahrami，X/X/2012.

[3] National test pilot school. Longitudinal Static Stability[S]. US：NTPS, 2011.

Research on Flight Test Method of Longitudinal Static Stability for Some Aircraft

(Flight Test Center of COMAC，Shanghai 200232，China)

Longitudinal static stability flight test is a classical flight test subject. According to CCAR 25, the longitudinal static stability flight test is to verify the control force vector、force versus airspeed curve and airspeed recovery ability after control release for the conventional aircraft while for fly-by-wire aircraft with longitudinal neutral static stability, conventional airworthiness requirements and flight test method are not applicable. Based on AC25-7C and special conditions of certain aircraft, the handling quality rating method (HQRM) is presented to evaluate longitudinal static stability in this paper.

longitudinal neutral static stability；flight test; handling quality rating method

10.19416/j.cnki.1674-9804.2016.03.015

V217+.3

A