民用運輸類飛機最小離地速度試飛風險控制

屈飛舟　成婷婷

摘 要：對于民用運輸類飛機，最小離地速度是制定飛機起飛特征速度的關鍵，是保障飛機安全起飛離地的基礎速度，必須通過飛行試驗確定飛機的最小離地速度，并演示飛機在該速度下能夠安全地起飛離地。由于進行最小離地速度試驗時，飛機是在一種大迎角狀態下起飛，加之地面效應的影響，飛機離地后極易觸發失速告警，甚至進入失速狀態。對于受幾何結構限制的飛機，在地面保持大姿態滑跑時，由于規章有擦地時間的要求，因此對試飛員的駕駛技術要求極高，一旦操作不當，可能造成飛機結構的損傷。文章研究了最小離地速度試飛的風險點，制定了飛機結構保護措施和試飛駕駛技術，在研的運輸類飛機最小離地速度合格審定飛行試驗可參考使用。

關鍵詞：最小離地速度；尾橇；風險控制；試飛駕駛

中圖分類號：V217+.3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）15-0019-03

Abstract： For the civil transport aircraft， the minimum unstick speed （Vmu） is the key to determining the take-off characteristic velocity and the basic speed for the safe take-off of the aircraft. The minimum unstick speed of the aircraft must be determined through flight tests， and demonstrates that the plane can safely take off from the ground at this speed. Due to the fact that the aircraft takes off at a high angle of attack and the impact of ground effect， it is easy to trigger the stall alarm and even enter the stall state when the Vmu test is carried out. For the aircraft restricted by geometric structure， when the plane glides in a large attitude on the ground， the rules and regulations require the time to wipe the ground， so the driving technology of the test pilot is very high； once the operation is improper， it may cause damage to the aircraft structure. In this paper， the risk point of the flight test at the minimum unstick speed is studied， and the structure protection measures and flight test technology of the aircraft are established， which can be used for reference in the approved flight test of the transport aircraft at the minimum unstick speed.

Keywords： minimum unstick speed （Vmu）； tail skid； risk control； flight test pilot technique

1 概述

最小離地速度是指飛機不呈現任何危險特性，能夠安全離地并且繼續起飛的最小速度，是運輸類飛機在最大可用迎角條件下安全起飛可達到的最低速度[1]。最小離地速度是運輸類飛機制定抬前輪速度的重要限制因素之一，運輸類飛機適航標準要求飛機的起飛抬前輪速度必須與最小離地速度之間具有安全的裕度，因此，最小離地速度飛行試驗是新研制的民用運輸類飛機必須進行試飛科目，在飛機的全包線范圍內確定最小離地速度，可驗證飛機的抬前輪速度能否滿足適航標準的要求，這對于保障民用運輸類飛機的安全運行意義重大。

最小離地速度（VMU）是民用飛機最大性能起飛的試驗機動，它是飛機在地面效應影響的情況下進行的低速大迎角試飛科目[2]，試驗的風險大，要求飛行組織嚴密有序，試飛員的駕駛技術高超。

2 試驗風險分析

根據具體飛機的幾何特性、失速特性和升降舵操縱效能之間的相互關系，最小離地速度可分為以下幾種類型：

（1）受失速限制的最小離地速度。

（2）受飛機幾何結構（尾部擦地）限制的最小離地速度。

（3）受升降舵可用操縱效能限制的最小離地速度。

圖2給出了判斷一型運輸類飛機的最小離地速度類型的程序。

現代民用運輸類飛機的最小離地速度試飛類型大多數是受飛機幾何結構限制的。

對于受幾何結構限制的運輸類飛機的最小離地速度，一般期望在尾部觸地瞬間飛機俯仰角速度近似為零，以便減小由于尾部重接地帶來的結構損傷現象。但是，在不同推重比情況下進行最小離地速度試飛，從拉桿建立大迎角姿態、尾部觸地調整操縱到飛機離地的整個過程中時間間隔存在差異，因此，這會給試飛員操縱飛機帶來很大難度。

當飛機尾部接地時，若俯仰角速度過大，則存在尾部重接地現象。某型機在飛行試驗中，試驗推重比相對較大，達到0.35以上，此時飛機滑行加速度較大，從飛機尾部觸地到起飛離地之間的間隔時間相對較短，通常只有1～2s。如果此時要求試飛員較早地回桿修正，以降低尾部觸地的俯仰角速度，可能存在沒有達到尾部觸地飛機就已經離地的現象。因此，大推重比的情況下可能存在尾部觸地和離地期間俯仰角速度較大或者如果減小觸地和離地俯仰角速度飛機沒有達到尾部觸地就已經離地兩種現象之間的矛盾。此時若操縱不及時，可能使飛機尾部擦到地面，造成飛機結構損傷。圖3和圖4分別給出了某型機進行最小離地速度試驗前后飛機的尾部結構，此次試驗中飛機尾部結構被嚴重擦傷。

因此，對于大推重比情況下的最小離地速度試飛，考慮可以使用能夠實現推重比的最大重量，以便盡力增加飛機離地速度，保證尾部觸地到離地之間具有足夠的加速時間，減輕試飛員進行操縱調整飛機姿態的難度。

3 尾橇設計

對于受幾何結構限制的運輸類飛機最小離地速度試飛，需要在飛機底部觸地的位置加裝尾橇，以便保護飛機的尾部結構，尾橇在試驗中直接與跑道進行摩擦，熱量會急劇增加，冒出持續的火花，因此尾橇必須符合一定的設計技術要求才能在飛行試驗中使用。尾橇的主要技術要求為：

（1）尾橇應能夠有效保護試驗中飛機可能與地面摩擦的區域。

（2）尾橇材料要求有阻燃特性，同時耐磨性好。

（3）尾橇上易損壞的零部件更換方便。

（4）尾橇與跑道的接觸面應平滑，其與機體銜接處應非常牢靠，以防止脫落的零部件損傷飛機結構，或遺留在跑道上。

（5）尾橇應具有緩沖裝置，避免機體與跑道硬性撞擊，造成機體損傷。

（6）安裝尾橇后造成的飛機最大俯仰角的減小量應盡可能小（一般不能超過0.5°）。

（7）需給試飛員提供預觸地信號和觸地信號，尾橇預觸地信號一般應提前觸地信號1°發生[3]，在駕駛艙內通過不同顏色指示燈給試飛員警示尾橇觸地狀態。

（8）尾橇觸地信號傳感器的信號應當連續，不能因觸地摩擦而中斷。

不同飛機具有不同的尾橇結構和幾何形狀。某型飛機的尾橇較大，飛機最大俯仰角減小量達0.7°之多，最小離地速度增加量約為3km/h，這樣對飛機起飛性能來說具有較明顯的損失。研究表明，尾橇的安裝使飛機最大俯仰角降低的可接受量應當根據最小離地速度的增加量來衡量，最小離地速度增加量控制在2km/h以內較為合理。

尾部觸地信號傳感器的選擇在尾橇設計時需要特別關注，必須能夠提供連續可靠的觸地信號，信號采樣率至少每秒8個點。圖5給出了某型機飛行試驗中使用的尾橇。

4 試飛員駕駛技術

最小離地速度試驗要求飛機在盡可能到達其最大升力系數時離地，而且飛機的俯仰角在機動期間要求保持穩定。由于起飛時地面效應影響，屬于難度高、風險大的試飛科目，該試驗時對試飛員操縱要求高，挑戰大，試飛的風險和難度均很高。根據理論分析、試驗實施過程和數據分析，該科目的試飛員駕駛技術可概括如下：

飛機按照預定的試驗要求設置高升力裝置的工作狀態，起飛滑跑前，試飛員根據試驗日的溫度條件確定需要的發動機狀態對應的油門桿目標位置。試驗時最好安排三名試飛員，同時有一到兩名試飛工程師與試飛員協同配合[4]。為了縮短起飛滑跑距離，試驗開始時飛機采用起飛推力滑跑，飛機加速到一定速度時收油門桿到目標位置并盡快拉桿到底，建立大俯仰角起飛姿態（一般情況下可選擇距離最小離地速度40～60km/h時拉桿，典型運輸類飛機此時的表速約在160～200km/h），觀察飛機俯仰角增加的趨勢；拉桿到底的時機根據試驗的不同推重比可能有所不同，對于中小推重比試驗，飛機加速慢，試飛員有足夠的時間完成拉桿到底、姿態調整和保持預定姿態等動作，可選擇晚拉桿；對于大推重比試驗，可能需要開始滑跑就拉桿到底，以便使飛機早達到預定姿態，確保達到預定姿態到飛機離地之間的時間間隔；因此，拉桿到底的時機需要根據推重比、飛機重量和預定的離地速度之間的相互關系進行選擇。

盡可能確保飛機在離地過程中的俯仰角速度較小，不能使用突然升降舵偏轉產生的高俯仰速率相關的動態效應使飛機離地，這樣會降低最小離地速度。大推重比時抬前輪和離地之間的時間間隔很短，因此盡量在開始滑跑時就拉桿到底，以減小飛機離地前的動態特性。

對于受幾何結構限制的飛機，當飛機的俯仰角有明顯增加的趨勢時，可適當調整駕駛桿，防止飛機與跑道之間撞擊猛烈。當尾橇觸地時，根據需要增加拉桿量，保證尾部觸地狀態一直保持，直到飛機起飛。對于不受幾何結構限制飛機的最小離地速度，當俯仰姿態達到確定最小離地速度所期望的姿態時，調整俯仰操縱，防止飛機過分抬頭。保持目標姿態，以不小于目標俯仰姿態使飛機起飛離地。飛機主輪離地后，飛機爬升姿態應不小于離地時的俯仰姿態，直到飛機脫離地面效應的影響。試飛員需根據經驗和飛機特性確定駕駛桿操縱的時機和用量。

對于受幾何結構限制的飛機，進行最小離地速度試飛時，應當加裝信號指示燈，為試飛員提供飛機即將觸地和已經觸地的信息，以避免飛機尾部與跑道撞擊過猛，從而造成飛機結構損傷。

最小離地速度試飛的過程中，在已經證明試驗點是受幾何結構限制的條件下，可以使用稍大于飛行手冊建議的配平設置量，以使飛機抬頭速度更低，從而試飛員在飛機尾部觸地到離地之間有足夠的時間調整飛機的狀態。

試驗時機翼應盡可能保持水平狀態，微小的滾轉就會導致飛機的左右機輪不能同時離地，從而使得離地速度難以判定，增加了試驗結果的分散度。盡量選擇平整跑道，減小由于跑道不平帶來的飛機尾部觸地特性的變化，影響試驗的成功率。

5 結束語

最小離地速度試飛是運輸類飛機適航標準中明確要求進行的試驗，本文研究了該項飛行試驗科目試飛時的風險點，針對試驗的風險，給出了受幾何結構限制飛機的尾橇設計技術要求，同時總結了試飛員的駕駛技術，對于在研的民用和軍用運輸類飛機的最小離地速度試飛都具有重要的借鑒價值。

參考文獻：

[1]FAA. AC25-7C， Flight Test Guide For Certification of Transport Category Airplanes[S].2012：23-28.

[2]張建，屈飛舟，劉靜.受結構限制的運輸類飛機最小離地速度試飛技術[J].飛行力學，2012，30（5）：458-462.

[3]張建.飛機最小離地速度試飛設計和風險控制技術[J].飛行力學，2014，32（6）：549-556.

[4]陳明太，劉立蘇.民用飛機最小離地速度試飛實施方法研究[J].民用飛機設計與研究，2013，110（3）：12-40.

[5]王曦瑤.運輸類飛機輪胎爆破適航條款追蹤分析[J].科技創新與應用，2015（26）：7.