民用運輸類直升機吊掛運行適航符合性設計

曹友明

摘 要：由于民用直升機吊掛運行適航取證較難，且國內缺乏此類項目的取證經驗，為此該文將對民用直升機吊掛運行適航取證要求進行研究。該文對直升機外掛物進行定義，介紹了吊掛運行類型。進一步對吊掛運行適航要求進行系統性梳理，并介紹了直升機吊掛運行符合性的設計要求，以期能為直升機企業申請吊掛運行適航取證提供借鑒和指導。

關鍵詞：直升機；吊掛運行；適航要求

中圖分類號：V239 文獻標志碼：A

0 引言

直升機因其具有靈活的機動性、懸停性能、能夠垂直起降等優點，使其在吊掛運輸、消防救火等領域應用愈加廣泛。民用直升機吊掛運行只有經過適航取證才能投入運營，由于吊掛運行涉及的適航要求較多，驗證技術難度大，且缺乏相應的項目取證經驗，導致國內直升機企業申請吊掛運行的難度較大。根據目前對影響直升機吊掛運行安全因素和直升機/剛性鋼索/剛體吊掛物的全耦合飛行力學模型進行研究，發現其多偏于運用吊掛技術，缺乏直升機吊掛運行符合性設計說明。為此該文將對直升機吊掛運行適航要求進行研究，以期能夠給直升機企業申請直升機吊掛運行適航取證提供參考。

1 直升機吊掛運行界定

直升機吊掛是指具有真實有效載重能力的機外裝置或箱體。直升機吊掛分為可拋放型和不可拋放型，對于可拋放型吊掛還需滿足具有真實拋放能力的要求。對于不可拋放型吊掛需滿足A級吊掛要求。

真實有效載重：除外掛裝置或箱體自身重量外，吊掛有效載重的載重能力。

真實拋放能力：使用經批準的快速釋放系統在30 s內或者更短時間內釋放外掛載重的能力。

FAR133部根據直升機不同吊掛載荷的作業形式，將直升機吊掛運行分為A級、B級、C級和D級4種類型，并根據吊掛運輸對象的不同，分為有人外吊掛（HEC）和無人外吊掛（NHEC）。

2 吊掛運行適航要求解讀

吊掛運行適航取證涉及設備取證、裝機驗證、運行符合性等方面內容。涉及的主要適航條款有CCAR29.601、29.865、29.1301、29.1309以及運行規則CCAR91部中第N章的要求。

2.1 設計要求

吊掛運行的設計要求主要涵蓋設備取證、裝機驗證等要求。設備取證需考慮吊掛設備預期的使用環境要求。吊掛設備設計方面需要滿足CCAR 29.601、29.865、29.1301、29.1309等相關適航要求，如設計過程中不得出現危險或不可靠因素；吊掛設備的選材必須建立在試驗的基礎上；吊掛設備制造方法要選擇經批準的工藝方法，如果采用新的工藝方法，必須通過試驗證實該工藝的穩定性。

2.2 載重適航符合性設計

CCAR29.25（c）款允許無人可拋放型吊掛最大吊掛載重大于民用直升機合格審定中的最大重量。即申請人在取得型號合格證的基礎上，加裝吊掛構型最大重量超過按本條（a）款制定的最大重量，但必須保證超過的部分僅為外掛載重的全部或部分重量。且需考慮超出部分重量應符合結構部件強度要求、發動機功率、飛行性能以及外掛物在整個經批準的包線內的可拋放性等要求。對無人不可拋放和有人外掛不允許吊掛的情況時，最大載重不能超過直升機審定時確定的最大重量。

2.3 載荷適航符合性設計

CCAR29.865（a）款規定了旋翼航空器擬申請外吊掛裝載組合設備所須承受的載荷限制。

2.3.1 吊掛運行載荷角度要求

對任何級別的吊掛組合和載重類型，載荷必須作用在垂直方向。

對于可拋放外掛物載重類型，載荷作用方向另有規定，載荷必須作用在使用中所能達到的與垂直方向成最大角度（但不小于30°）的任何方向上，但是如果因為一些物理約束措施或是由于運行限制導致不能達到這個角度，則可以降低此角度。

2.3.2 載荷系數考慮

對于無人外掛載重，吊掛設備承受的垂直限制載荷系數（NZW）取2.5，或取經批準的CCAR29.337“限制機動載荷系數”，或取按照CCAR29.339“合成機動載荷”或CCAR29.341“突風載荷”確定的最小限制靜載荷。

如果申請小于2.5的設計限制載荷系數，申請方需提供合理的分析或飛行運行數據，表明在使用中不可能超過所申請的載荷系數，則允許采用該設計限制載荷系數作為NZW。

對于有人外掛載重，吊掛設備承受的垂直限制載荷系數取3.5（保守值），或2.5≤NZW≤3.5，或按CCAR29.337條確定的某一較小但不小于2.5的載荷系數，或取按照CCAR29.339“合成機動載荷”或CCAR29.341“突風載荷”確定的最小限制靜載荷。

2.3.3 疲勞要求

對可能危及旋翼航空器或人員安全的外吊掛設備應按AC29 MG11進行分析或試驗，并把壽命限制編入維修手冊中。

對于用于無人外掛載重的吊掛組合，如果涉及關重件，則必須考慮CCAR29.571條疲勞評定要求。

對于用于有人外掛載重的吊掛組合，必須考慮整個快速釋放系統和載人裝置結構系統及其連接件的CCAR29.571條疲勞評定要求。

2.4 快速釋放系統適航符合性設計

對于可拋放型吊掛組合的外掛物吊掛設備，必須具有使駕駛員在飛行中能夠快速釋放外掛物的釋放系統（QRS）。該快速釋放系統必須由一個主快速釋放子系統（PQRS）和一個備用快速釋放子系統（BQRS）組成，需滿足。

（1）對于可拋放的外掛載重類型RLC，必須設置互相獨立的主、備用快速釋放子系統。

（2）PQRS的操縱機構必須安裝在駕駛員的一個主操縱器件上或可接近的位置上，并且設計和布置成在應急情況下任意駕駛員或機組成員都能操作而不會危及旋翼航空器的安全性。

（3）BQRS操縱機構必須布置成駕駛員或機組成員都易于接近并操作。

（4）必須確保在各種工況下，主、備用快速釋放系統均能正常工作。對所有構成PQRS或對它有影響的功能裝置進行重復試驗，在臨界狀態下對于NHEC至少試驗10次，HEC至少30次，并且要通過環境試驗（高低溫、鹽霧、振動、霉菌等）考核。

（5）必須對主、備用快速釋放子系統進行保護，以防止由于旋翼航空器其他部件的電氣或機械故障而導致系統失效。

（6）對于可拋放NHEC系統，要求PQRS應能承受至少20 V/m的射頻場強；對于可拋放HEC系統，要求PQRS應能承受至少200 V/m的射頻場強。

（7）對于可拋放外掛物，要求為PQRS和BQRS分別提供一套雙作動裝置以及一套隔開的雙作動裝置。

（8）通過理論分析、地面試驗和飛行試驗相結合的方法表明，在正常飛行條件下，使用包線內臨界構型的可拋放外掛載重可以運輸和拋放，并且不會對旋翼航空器產生危險。

（9）通過理論分析、地面試驗和飛行試驗相結合的方法表明，在應急飛行情況下，臨界構型的可拋放外掛載重的拋放，不會對旋翼航空器產生危險。

2.5 飛行試驗適航符合性設計

吊掛運行的功能驗證需要通過飛行試驗來表明。CCAR29.865（d）和FAR 133.41規定應攜帶整套外吊掛裝置進行飛行試驗驗證，驗證其使用包線。飛行驗證應在申請取證的基本吊掛類型中最臨界直升機吊掛物組合構型和最臨界使用狀態下進行，其他的吊掛物組合形式在不超出基本吊掛類型的結構限制和可靠性限制因素下可作為等效安全批準。

（1）各種構形的臨界組合，大重量和小重量，長鋼索和短鋼索，貨物形狀，低、中、高密度的載重等。

（2）飛行試驗重量和重心位置，在重量重心包線內、在臨界重量和縱橫重心組合情況下進行。

（3）飛行特性，在不同的重量重心組合下，驗證不同的飛行狀態時，需要考慮氣動特性、操穩特性、吊掛和機身干涉等因素的情況，確定外吊掛飛行時的空速、最大轉彎角、側飛/風速等限制。

（4）拋放特性，在足夠的空速和下降率狀態下進行應急和正常拋放演示，得到滿意的分離特性的空速限制以及外吊掛釋放系統的功能驗證。

2.6 運行適航符合性設計

CCAR91R2中第N章和FAR133部規定了外吊掛運行要求。主要涉及飛行員和機組資質、操作規則、吊掛人員、飛行手冊、審查和營運規則、通信、飛行特性、結構設計、運行限制以及夜間吊掛運行照明等要求。

2.7 其他

（1）標記標牌設置。需在緊鄰吊掛裝置附近設置外掛載荷標記標牌，在駕駛艙內駕駛員可見的地方設置吊掛運行限制標牌，以及針對有人外掛，應在所有適當的位置設置標牌或標記，并清楚地標明系統操作指南，對于載人裝置，應標明乘員進入和退出的指南。

（2）吊掛運行限制。提供由于直升機載重能力和運行限制而制定的飛行手冊。

（3）機內通話。對于HEC，需要設置指定的機組成員與外部人員直接通話的設備，并且對該設備采取保護措施，避免電磁干擾，其能經受DO-160中Y類最低的射頻場強。

（4）重心限制。應確保吊掛組合的重心范圍在型號合格審定批準的重心范圍內。

3 結語

隨著民用直升機選裝外掛、電動絞車等實用設備進行運輸和救援任務成為普遍需求，為保證國產民用直升機吊掛運行能迅速占領市場，提升國產民用直升機的市場競爭力，必須對民用直升機吊掛運行適航取證過程進行研究，梳理并解讀直升機吊掛運行適航要求，解決直升機吊掛運行適航符合性設計難題，以期能夠保證民用直升機加裝外吊掛運行適航符合性設計與驗證工作的順利開展。

參考文獻

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