操作试验适航条款要求及符合性验证方法研究

王留呆

（上海飞机设计研究院，上海 201210）

操作试验适航条款要求及符合性验证方法研究

王留呆

（上海飞机设计研究院，上海 201210）

研究了CCAR25.683条款的要求和条款制定背景，对CCAR25部、FAR25部和CS25部中25.683条款差异进行了分析，研究了针对25.683条款要求可接受的验证方法，结合电传飞控系统的设计特征提出了为满足25.683条款要求所需采取的验证方法和具体验证工作。

25.683；条款差异；符合性验证方法

1 条款要求及条款制定背景

由于飞机操纵系统通常都依附在邻近的机体结构上，因此有必要确保由于外部载荷引起机体结构的变形不会对操纵系统的安全操作产生负面的影响，如引起卡阻、摩擦或变形。而中国民用航空规章第25部CCAR-25-R4《运输类飞机适航标准》中的CCAR25.683“操作试验”条款和FAR-25AIRWORTHINESS STANDARDS: TRANSPORT CATEGORY AIRPLANES（《运输类飞机适航标准》）中的FAR25.683“操作试验”条款的目的是验证操纵系统中的结构承受在正常运行中预期的最大载荷时，操纵系统的操作不会受到负面影响。

CCAR/FAR25.683“操作试验”：“必须用操作试验表明，对操纵系统中受驾驶员作用力的部分施加规定的该系统限制载荷的80%，以及对操纵系统中受动力载荷的部分施加正常运行中预期的最大载荷时，系统不出现下列情况：(a) 卡阻；(b) 过度摩擦；(c) 过度变形。”

欧洲航空安全局EASA的CS-25Certification Specifications for Large Aeroplanes（《运输类飞机适航标准》）中的CS25.683“操作试验”条款，除包括了CCAR/FAR25.683条款要求外，还要求包括CS25.683(b) 和CS25.683 (c)两款内容，具体要求为：

CS25.683(b)： 必须通过分析，必要时通过试验表明，在俯仰，横滚，偏航限制机动载荷分别单独作用引起飞机结构变形的情况下，操纵系统为获得这些限制载荷而承载并在工作偏转范围内操纵时，对于所有的操纵系统都能实行操纵，且不出现下列情况：

(1)卡阻；

(2)过度摩擦；

(3)脱开；

(4)任何形式的永久损伤。

CS25.683(c)：必须表明，在正常飞行和地面操作的振动载荷下，不致因与相邻部件的干扰或接触造成危险。”

FAR25.683条款的前身为美国民用航空法4b.328条，要求试验对操纵系统施加80%的限制载荷，该载荷应同时施加于操纵系统及操纵面。人们已经认识到对于动力操纵系统，80%的驾驶员作用力（25.397）的施加会导致操纵系统动力操纵部分受百分之百的载荷。为此，FAR25.683 条款经修订后可以反映更加现实的情况，修改前后的条款要求差别仅在于操纵系统中有动力部分，其所受载荷从80%限制载荷变为正常运行中可能的最大载荷。

2 条款理解

从“操作试验”的要求可以看出，对于采用电传飞行控制系统的飞机，“操纵系统中受驾驶员作用力的部分”指驾驶舱中的飞行控制系统所使用的相关驾驶舱操纵组件，以及综合了位置传感器和提供反力的人感系统的驾驶舱模块，包括驾驶杆、驾驶盘、侧杆（适用于侧杆操纵的飞机）、脚蹬，以及对应的驾驶舱模块。对这些组件应施加相应系统限制载荷的80%进行操作试验，试验中不应出现卡阻、过度摩擦或过度变形的情况，其中限制载荷应根据25.397(c)款关于驾驶员限制作用力和扭矩的规定来确定；对于采用传统钢索操纵系统的飞机，则“对操纵系统中受驾驶员作用力的部分”还应包括钢索和铰链等。

对于采用电传飞控系统或者电子飞行控制系统的飞机，尽管驾驶舱操纵系统的人感系统可能不会产生等同于驾驶员80%的操纵反力或操纵感觉力，但是某些并非极不可能的故障或失效，比如出现轴承卡滞的情况，可能导致比较大的驾驶员操纵力。在驾驶舱操纵组件上施加80%驾驶员作用力的操作试验应能确保驾驶舱操纵组件有足够的刚度，从而能防止在受动力载荷部分即舵面作动器尚未得到足够大的运动位置输入指令之前，驾驶舱操纵组件已经触底的现象。操纵系统采用了极软钢索系统操纵环节，在正常操纵时只需用很小的驾驶员操纵力的情况也是可能的，但这种操纵系统也要通过限制载荷试验。因此，当受动力载荷部分即舵面作动器被固定在0位时，控制系统中受驾驶员作用力的部分即驾驶舱操纵组件施加80%驾驶员作用力时，受驾驶员作用力的操纵组件不应触底。

“操纵系统中受动力载荷的部分”指受动力载荷的各个气动面，包括方向舵、升降舵、副翼、水平安定面、扰流板以及襟/缝翼，按CCAR/ FAR25.683条款的条文要求，应对这些舵面施加正常运行中预期的最大载荷并对舵面进行操作，所谓的“正常运行中预期的最大载荷”指每一块舵面运动时作用在舵面上的全部气动力绕其转轴产生的最大铰链力矩，试验中舵面运动机构不应出现卡阻、过度摩擦或过度变形的情况；

条款中要求的“卡阻”，指导致移动部件锁住并无法动作的场景；

条款中要求的“过度摩擦”指在运动过程中出现阻滞或异常振动的现象，即操纵过程中操纵机构运动不流畅，断断续续，可通过对运动曲线平滑性分析来判断是否在操纵过程中出现阻滞现象或异常振动现象，从而判断是否出现过度摩擦现象；

条款中要求的“过度变形”一般认为是当驾驶舱的操纵器件在限制载荷作用下做全行程运动，而使得对应的舵面达到的权限偏转角度能够满足飞机飞行特性的要求，便可认为该系统无过度变形。

3 CCAR/FAR25.683条款验证方法

根据对条款要求的理解，应通过符合性分析计算、并分别在铁鸟台架和飞机上进行相关操作试验来验证对CCAR/FAR25.683条款的符合性，即分别采用适航审定程序AP-21-03《航空器型号合格审定程序》中的符合性验证方法（MOC），MOC2分析/计算、MOC4试验室试验和MOC5地面试验来验证对该条款的符合性。但考虑到在真实飞机上加装模拟加载装置的难度，在实际验证中通常采用MOC2和MOC4即通过符合性分析计算和试验室试验来验证型号对该条款的符合性。

3.1 MOC2验证内容

针对CCAR/FAR25.683的计算分析符合性验证方法，主要是结合全机静力试验的结果，来计算出机翼和其它飞控操纵面在限制载荷作用下的变形量，并与飞行控制系统操纵机构允许的变形量进行对比，以确认在限制载荷作用下操纵机构的变形量是否在允许的变形范围内，从而确定操纵机构在机翼变形的情况下能否正常工作。

由于在限制载荷作用下机翼变形量最大，因此需要计算出限制载荷作用下机翼的最大变形量并与襟缝翼控制系统扭力管允许的变形量进行对比，以确定襟缝翼控制系统能否正常工作。

对于采用电传飞控系统的民用飞机来说，由于作动器采用分布式布置，因此在限制载荷作用下机体的变形量对主飞行控制系统和舵面的运动影响很小。

3.2 MOC4验证工作

对于采用电传飞控系统或电子飞行控制系统的飞机来说，由于不存在从操纵器件到舵面的直接传力路径，因此按CCAR/FAR25.683条款要求的驾驶舱操纵组件端的操作试验和舵面运动机构端的操作试验可以分两段来实施。

针对CCAR/FAR25.683条款的地面模拟试验，主要是在铁鸟台架上，通过液压伺服加载装置来模拟正常运行中施加在舵面上的气动力，以此来模拟舵面承受气动载荷的情况进行操纵试验，以验证操纵机构是否会出现卡阻、摩擦和过度变形的情况。

其中舵面加载方法如图1所示。

对驾驶舱操作组件，则根据条款要求施加驾驶员最大作用力的80%进行操作试验以验证是否会出现卡阻、过度摩擦和过度变形。

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1003-6660（2014）03-0044-03