大型民用飛機前輪轉彎系統適航條款研究

王浩

【摘 要】本文介紹了歐洲宇航局的前輪轉彎系統的適航條款，分析了條款內容，根據適航要求，提出了前輪轉彎系統設計時應考慮的方面，給出了建議的符合性驗證方法，對民用飛機適航取證具有指導意義。

【關鍵詞】前輪轉彎系統；適航；符合性驗證

前輪轉彎系統是飛機起落架系統的組成部分，是飛機主要的地面方向控制系統，是影響飛機安全起降的重要系統。美國民航局（FAA）和中國民航局（CAAC）的適航規章目前沒有前輪轉彎系統的條款，歐洲宇航局（EASA）發布的運輸類飛機審定規范（CS-25）第25.745條是針對前輪轉彎系統的條款，本文以此為基礎，討論大型民用飛機前輪轉彎系統的適航考慮。

1 前輪轉彎系統簡介

大型民用飛機的前輪轉彎系統一般采用電傳-液壓或者機械-液壓兩種控制方式，主要有三種工作狀態：

1）低速滑行時，提供大角度轉向；

2）高速滑行時輔助方向舵進行小角度航向修正；

3）自由轉向狀態。

低速時，通過設置在駕駛艙的1個或2個轉彎手輪提供輸入信號，高速糾偏時，轉彎角度較小，一般采用腳蹬信號作為輸入，當系統出現故障或者地面牽引時，可以通過設置在駕駛艙開關或者起落架上的液壓裝置，使轉彎系統內部液壓壓力油路和回油油路接通，解除對前輪的控制，同時提供前輪減擺功能。

2 前輪轉彎系統的適航條款

CS 25.745前輪轉彎的條款如下：

（a）除非限制在低速情況使用，前輪轉向系統必須設計成在起飛和著陸使用時不需要特殊技巧，包括在起飛滑跑的任何階段出現側風和動力裝置突然失效的情況。這一點必須用試驗來表明。

（b）必須表明在任何實際環境下飛行員的轉向控制運動（包括在起落架收放過程中和在起落架收起后的運動）不得與起落架的收放運動干涉。

（c）在失效情況下系統必須符合CCAR25.1309或其等效安全判定的要求。系統的布置必須是：單個失效將不會導致前輪處于會產生危害影響的位置。前輪轉向系統在需要表明符合CCAR25.233的地方，必須表明符合CCAR25.1309 或其等效安全判定的要求。

（d）前輪轉向系統、牽引裝置以及相關部件必須設計成或必須通過適當的方法對它們進行保護，以獨立于飛機的方式操作飛機地面運行時：

1）不會產生影響前輪轉向系統安全運行的損傷；或

2）如果可能產生損傷，則必須在飛機開始滑行之前向機組提供警告。

（e）當放下時，除非前輪能自動地處于縱向姿態（自動對中），否則就必須驗證前輪在所有可能偏離中心的初始位置情況能成功著陸。

3 適航條款的解讀、對設計的影響及適航符合性考慮

下面逐條對上述條款內容分析解讀，并結合條款要求考慮對轉彎系統設計的影響，給出建議的條款符合性驗證方法。

3.1 CS25.745（a）

條款理解

（a）條要求明確前輪轉彎系統的使用條件，是否只在低速情況下使用。如果在高速情況下使用，起飛和著陸階段“不需要特殊技巧”，即不需要使用專用設備——轉彎手輪。本條特別提到，在起飛滑跑時出現“側風”和“動力裝置突然失效”的情況，這兩種情況都會導致飛機會出現航向偏離，也就是說，在糾偏時也不可以使用轉彎手輪。

本條明確要求需要通過試驗驗證。

條款相關的設計考慮

起飛和著陸這兩個階段飛機都是沿直線行駛，正常情況下無需轉彎，但如果出現側風，不對稱推力等情況，則需要糾偏功能（小角度轉彎）。高速時，為了應對航向偏離，飛行會操作方向舵實現糾偏功能，此時前輪轉彎系統如果需要工作，并且不能轉彎手輪，通常飛機設計成通過方向舵腳蹬信號作為前輪轉彎系統小角度轉彎（糾偏）的輸入信號。

符合性驗證方法

MOC1：通過系統設描述文件，說明轉彎系統的設計具有高速時方向舵腳蹬控制方向的功能，或者表明前輪轉彎系統高速時不具備轉彎功能。

MOC6：通過飛行試驗驗證可以在不使用轉彎手輪的情況下完成起飛和著陸；試驗條件為：側風起飛/著陸；單發失效時，起飛/著陸。

其中，單發失效時，前輪轉彎系統要提供持續正常轉彎能力。為了證明轉彎系統滿足要求，需要通過下面兩種情況說明：

a）起飛時，一個動力裝置失效，前輪轉彎系統在剩余動力裝置地面慢車時，支持飛機完成加速停止滑行；

b）在起飛或者任何后續飛行階段發生一個動力裝置失效，前輪轉彎系統在剩余動力裝置慢車時，完成一次著陸滑行。

3.2 CS25.745（b）

條款理解

（b）條要求很明確，前輪轉彎運動不得與起落架收放運動干涉。由于前起落架參與了收放運動和轉彎運動，從設計及安全性出發，要求轉彎運動不能干涉收放運動，尤其是收放過程中及收上以后。

條款相關的設計考慮

起落架有4個狀態：收上狀態，放下狀態，收上過程中，放下過程中。條款明確要求的是，收放過程中或收上后，前輪轉彎運動不能與收放運動干涉。考慮飛機實際運行情況，當飛機進行收放運動或收上后，飛機是在空中的，此時進行前輪轉彎是沒有意義的，因為飛機在空，前輪的偏轉無法改變飛機航向。

因此，通常飛機設計的前輪轉彎系統激活的條件之一就是“飛機在地”。飛機在地有兩層含義：1.前起落架放下并鎖定；2.前起落架有輪載信號。

要滿足上述兩條，可以通過控制器邏輯實現，有的飛機則通過在前起落架轉軸處設置液壓控制裝置，設計成只有前起落架放下轉彎系統才能獲得液壓源。

符合性驗證方法

MOC1：設計說明。描述前輪轉彎系統的架構，說明只有起落架放下后，前輪轉彎系統才能工作，兩種運動時序不一樣，不會干涉。

MOC5：機上地面試驗。在起落架收、放過程中和起落架收上后，操作轉彎系統，沒有相應的前輪偏轉。

3.3 CS25.745（c）

條款理解

（c）條為系統安全性要求，有3句話，第1句要求系統滿足CCAR25.1309條要求，25.1309條是對機載系統通用安全性要求，在此不展開說明，簡言之，本句要求前輪轉彎系統也要像其他機載系統一樣，進行安全性分析和驗證。第2句是更細致的安全性要求，“單個失效不會導致前輪處于產生危害影響的位置”。考慮單個失效時，對于已經證明完整性的零件，如簡單的插頭或者單向閥，可以不用考慮其失效或未連接上。第3句，也是對第1句的補充，在表明飛機滿足航向穩定性時，必須表明系統的安全性。

條款相關的設計考慮

為了防止單個失效時前輪在危害影響的位置，設計上要充分考慮冗余備份，轉彎指令的輸入要冗余備份，系統通常設置兩個轉彎手輪、兩個轉彎角度測量傳感器，控制器也冗余備份，控制器需要監控系統的工作狀態。

系統在設計過程中要貫穿著安全性的要求。在評估單點故障引起的前輪偏轉導致危險情形時，應該考慮飛行員的對故障現象的本能反應，由于提供給飛行員的故障提醒比較緊急快速，還應考慮飛行員在采取應對措施的反應時間。

符合性驗證方法

MOC3：對前輪轉彎系統進行安全性分析，說明系統達到25.1309條要求的安全性要求。逐個分析可能的單個失效，證明不會導致前輪處于危害影響的位置。

3.4 CS25.745（d）

條款理解

“以獨立于飛機的方式操作飛機地面運行”主要指的是“牽引”，飛機在航線運營時，經常要被牽引或者拖拽，除了常規的使用牽引桿拖拽飛機的方式外，無桿牽引車逐漸被航空公司采用，無桿牽引車采用抬起前起落架、捆綁或者箍住輪胎的方式牽引飛機，沒有了牽引桿的限制，無桿牽引的角度大為增加，可以實現360°牽引。另外，無桿牽引對前輪轉彎系統乃至前起落架的載荷輸入都與有桿牽引完全不同。本條要求在各種形式的牽引時，前輪轉彎系統不會損壞；如果可能產生損壞，需要在開始牽引前向機組提供告警信息。

條款相關的設計考慮

d（1）和d（2）是“或”的關系，滿足對于d（1），就是要考慮到所有可能遇到的各種牽引形式和載荷，設計思路有：

a）轉彎系統設計成能夠承受任何牽引載荷；

b）轉彎系統設計成允許360°牽引；

c）轉彎系統可以被人工或者自動斷開；

d）轉彎系統在前起落架上裝有過載保護裝置。

如果d（1）較難實現，可以采用d（2）的要求，即牽引時可能會損傷轉彎系統，但是滑行前會向機組人員提供告警信息。這條可以通過在前起落架上設置牽引指示燈實現，控制盒通過對飛機狀態的判斷，確定是否可以牽引飛機，通過指示燈傳遞給地面人員。

如果d（2）也無法滿足，還可以有如下方法：

1）在飛機飛行手冊，在限制章節中，應該聲明“不允許使用無桿牽引”；

2）在飛機飛行手冊，在限制章節中，應該聲明“不允許使用無桿牽引，除非按特定的無桿牽引車的操作程序牽引，使用的無桿牽引車不會損傷轉向系統或者當轉彎系統損傷時，可以提供可靠告警信息”， 并且要在持續適航文件中要提供適用于機型的無桿牽引車型號目錄；

符合性驗證方法

MOC1：通過說明前輪轉彎系統的設計時，考慮了各種牽引飛機的情況，系統不會在無桿牽引時受到損傷，或者說明前輪轉彎系統具備損傷告警功能，還可以直接通過飛行手冊限制飛機的無桿牽引。

MOC2：分析計算無桿牽引轉彎系統的載荷，證明前輪轉彎系統不會受到損傷。

MOC4：通過試驗驗證前輪轉彎的損傷告警功能。

3.5 CS25.745（e）

條款理解

（e）條要求前輪轉彎具備自動對中功能，否則需要驗證飛機能在前輪在任何可能偏轉角度下成功著陸。

條款相關的設計考慮

無論從對飛機的設計本身，還是從適航工作量來說，自動對中功能是必須的。

通常情況下，前起落架可以通過設置凸輪機構實現自動對中，當緩沖器壓縮時，上下回中凸輪脫開，前輪可以自由轉向；當飛機離地時，前起落架緩沖器伸長，上下凸輪嚙合，使前輪回到中立位置。另外，在前起落架放下后著陸前，可以通過轉彎轉反饋傳感器監測前輪偏轉角度，或者設置如果偏角超出誤差范圍，自動通過液壓驅動前輪回到中立位。

符合性驗證方法

MOC1：通過前起落架的轉彎機構的設計圖紙或者控制系統設計原理圖說明前輪轉彎系統具備自動對中功能。

MOC5：機上地面試驗，通過試驗來驗證前起落架放下后的前輪可以實現自動對中。

4 總結

本文介紹了歐洲宇航局的CS25.745條款，對條款進行了解讀，針對條款要求，提出前輪轉彎系統的設計上應該考慮的問題，提供了條款的符合性驗證思路，對大型民用飛機的適航取證具有的指導意義。最后，祝愿中國的民用飛機能在歐洲的天空翱翔。

【參考文獻】

[1]CS-25：Certification Specifications and Acceptable Means of Compliance for Large Aeroplanes.

[2]A320 Flight Crew Operation Manual.

[責任編輯：田吉捷]