民用运输类飞机最小操纵速度试飞对比研究

刘经纬++付琳++刘星宇

摘 要：根据运输类飞机适航标准中CCAR25.149条最小操纵速度的型号合格审定试飞要求，对民用运输类飞机在适航取证过程中需要通过试飞验证的三种最小操纵速度考察的飞行阶段、试飞限制条件及要求、试飞方法等进行了对比分析研究，最后结合分析结果给出试飞计划安排。可供民用运输类飞机最小操纵速度适航试飞参考。

关键词：飞行试验 地面最小操纵速度 空中最小操纵速度 着陆进场最小操纵速度 型号合格审定

中图分类号：V21 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（b）-0057-02

最小操纵速度是装置多台发动机的民用运输类飞机必须要进行试飞验证的高风险科目之一，也是适航合格审定试飞的重点科目之一。航线运行中，若飞机的一台发动机发生停车，那么为确保发动机在此状态下飞机还能继续安全飞行，就必须确定一个最小操纵速度，确保在不同的飞行环境下在不小于该速度边界的情况下可继续安全操纵飞机。

CCAR-25部运输类飞机适航标准CCAR25.149条最小操纵速度[1]中规定了三种最小操纵速度的适航标准，包括：空中最小操纵速度（VMCA）、地面最小操纵速度（VMCG）及着陆进场最小操纵速度（VMCL）。

最小操纵速度与飞机的构形、发动机功率、重量重心位置、侧滑角、滚转角、方向舵最大偏角及脚蹬操纵力等有关[2]，主要是考核低速时方向舵的操纵效率以及飞机的稳定特性。

下面从适航要求出发，对三种最小操纵速度试飞的相同点及不同点进行对比分析。

1 VMCG、VMCA、VMCL试飞的区别及共性

1.1 前提条件

最小操纵速度试飞前要先通过临界发动机确定试飞来确定飞机装配的哪台发动机是临界发动机，及通过失速试飞确定飞机的失速速度来作为试飞时的速度基准。

1.2 定义

1.2.1 地面最小操纵速度（VMCG）

VMCG是起飞滑跑期间的校正空速，在该速度当临界发动机突然停车，能够只使用方向舵即可保持对飞机的操纵。不使用前轮转弯，横向操纵的使用仅限于保持机翼水平。且采用正常驾驶技巧就能安全地继续起飞。

1.2.2 空中最小操纵速度（VMCA）

VMCA是在空中的校正空速，在该速度，当临界发动机突然停车时，能在该发动机继续停车状况下通过满偏方向舵及向工作发动机一侧滚转不大于5°的倾斜角可保持对飞机的操纵，并保持航向不变。

1.2.3 进场着陆最小操纵速度（VMCL）

VMCL是进场着陆的校正空速，在此速度，当临界发动机突然停车时，能在该发动机继续停车状况下对飞机进行安全操纵，且滚转角不大于5°。

1.3 考察的飞行阶段

三个最小操纵速度的定义不同，其考察的飞行阶段也不同。

VMCG考察的飞行阶段是地面起飞滑跑阶段，此时发动机处于最大起飞功率状态，当临界发动机在VMCG突然停车，要求飞机是可以继续安全起飞并可控的，它是加速/停止距离、起飞决断速度（V1）等科目试飞的前提。VMCG确认试飞过程中临界发动机停车时若飞机速度太小，方向舵效率低，则飞机偏离初始滑跑中心线会太远，有冲出跑道的危险，若飞机速度太大则容易造成飞机抬前轮甚至单发起飞，是三个最小操纵速度中风险等级最高的试飞科目。

VMCA考察的飞行阶段是离地低空增速的起飞爬升阶段，此时发动机处于最大起飞功率状态，若临界发动机在VMCA突然停车时，要求飞机是可以继续飞行并安全可控的。

VMCL考察的飞行阶段是低空减速的进场着陆阶段，此时若施加复飞推力复飞时，临界发动机在VMCL停车，要求飞机是可以继续飞行并安全可控的，且有一定的横向机动能力。

VMCA、VMCL试飞的共同特点是飞机高度低、速度小、方向舵效率低、风险高。进行该科目试飞之前试飞员要做好充分的理论学习及训练准备工作。

1.4 试飞限制条件及要求

1.4.1 地面最小操纵速度VMCG

VMCG试飞条件是三个最小操纵速度中最为苛刻的，主要有以下要求：

（1）试飞时的最大正侧风不能超过3 m/s[4]。若逆风试飞，方向舵效率会变强，试飞结果将比飞机的实际VMCG要小；若顺风试飞时，试飞结果将比飞机的实际VMCG要大。要通过正反航向试飞消除风对试验结果的影响。试验对风的要求极为严格。

（2）跑道要求尽量平坦，横向坡度不能太大，否则影响试飞结果。在湿跑道，由于跑道摩擦系数较干跑到小，方向舵平衡发动机不对称推力力矩的能力减小，会导致试飞结果偏大。跑道最好是无污染的干跑道。

（3）应只用方向舵来控制飞机航向。横向操纵机构，如副翼及扰流板，仅用来修正飞机姿态的变化及保持机翼水平状态，不允许通过它们补偿方向舵效率。试飞过程中不允许使用前轮转弯及刹车功能来辅助方向舵平衡不对称推力，否则试飞结果会偏小。

（4）若飞机开始加速滑跑时的航迹是沿着跑道中心线，从临界发动机停车那一点到安全改出至航向平行于中心线之间的航迹，其中任何一点相对中心线的横向偏离不得超过30 ft[3]。

（5）试飞过程中飞机的速度是不断增大的，在某一点飞机速度会比较接近抬前轮速度，为防止VMCG确认试飞过程中飞机无意抬前轮起飞，一般要求试飞员稍微向前推杆， 使前轮与地面保持最小距离。若推杆力过大，前轮和地面充分接触后前轮与地面的摩擦力变大，此摩擦力可辅助方向舵平衡发动机不对称推力力矩，使方向舵纠偏能力变强，试飞结果会偏小[4]。

1.4.2 空中最小操纵速度VMCA

VMCA试飞分为两部分：静态试验及动态演示。

（1）静态试验—以不大于5°的滚转角可保持对飞机的操纵且飞机航向不变；endprint

（2）动态演示—在动态演示过程中，航向变化不超过20°。

1.4.3 进场着陆最小操纵速度VMCL

VMCL试飞具体分为三部分：静态试验、动态演示、横向机动能力检查。

（1）静态试验—以不大于5°的滚转角可保持对飞机的操纵且飞机航向不变。

（2）动态演示—在动态演示过程中，航向变化不超过20°。

（3）横向机动能力—基于VMCL的稳定直线飞行中，5s内向工作发动机一侧滚转20°坡度。

三个最小操纵速度试飞期间的方向舵操纵力都不得超过68 kg。

1.5 试飞方法

三个最小操纵速度的考察阶段及限制条件不同，所用试飞方法也有所不同。AC25-7A《运输类飞机合格审定飞行试验指南》中推荐了最小操纵速度的试飞方法，下面依次对试飞方法进行分析：

1.5.1 地面最小操纵速度（VMCG）

VMCG的确定试验在地面进行，最终确定以侧向偏离距离等于30 ft为依据。试飞开始前襟缝翼状态及发动机功率按照起飞构型设置，重量为起飞范围内的最不利重量（由于VMCG在飞机大重量时会影响V1值，故选取大重量作为试验重量），重心为最不利重心、工作发动机处于最大可用起飞推力。实际飞机在试验时横向偏移位移不可能刚好是30 ft，这就需要在同一构型设置下试验速度从较高速度开始，通过逐渐缩小切断临界发动机燃油时的飞机速度，直至飞机侧向偏离距离等于或大于30 ft，然后统计数据分析出偏离距离等于30 ft时切断临界发动机燃油时的飞机速度即为试验日的VMCG。最后要以试飞确定的VMCG演示一次继续起飞。

1.5.2 空中最小操纵速度（VMCA）

VMCA的确定试验在空中通过静态试验进行，襟缝翼状态及发动机功率按照起飞构型设置。对于重量选择的考虑，由于受5°的倾斜角限制时的VMCA随重量的增加而减小，失速速度随重量的增加而增大，为了使失速速度最小，且最小操纵速度及失速速度的间距最大，因此，通常选择轻重量进行VMCA确认试验[2]。重心为最不利重心，工作发动机处于最大可用起飞推力。首先将飞机按起飞状态配平并使其处于稳定直线飞行，然后在要求的发动机状态下减速至方向舵全偏，限制滚转角不超过5°，保持航向不变确定静态最小操纵速度。最后用切断临界发动机燃油的方法进行动态最小操纵速度演示，要求航向变化不超过20°，且能恢复到保持航向不变。

1.5.3 进场着陆最小操纵速度（VMCL）

VMCL的确定试验在空中通过静态试验进行。襟缝翼状态及发动机功率按照进场构型设置，重量同样考虑小重量、重心为最不利重心、工作发动机处于复飞功率。首先飞机按全发工作的进场状态配平，以大约3°下滑角进场，然后在发动机复飞功率状态下将飞机减速至方向舵全偏，使滚转角不超过5°，保持航向不变确定静态最小操纵速度。最后用切断临界发动机燃油的方法进行动态最小操纵速度演示，要求航向变化不超过20°，且能恢复到保持航向不变。由于是进场着陆阶段，应保证飞机在丧失临界发动机推力状况下仍具备一定的横向机动能力，所以在VMCL稳定直线飞行中，应演示飞机具有在5 s内向工作发动机方向改变20°坡度的能力。

上面提到的最不利的重心位置通常为后重心。因为在后重心状态下，方向舵偏转引起的侧力的作用力臂最短，纠偏能力最低，且飞机的稳定性也最临界。横向重心也应调为最临界情况，可根据试验机型的最大横向燃油不平衡量来设置飞机横向重心的偏移，使不工作发动机侧的燃油更多，保证由发动机推力产生的偏航力矩更大，阻止飞机滚转趋势所需的操纵更多，得到的试验结果也就更加保守[5]。

1.6 试飞计划安排

通过以上对最小操纵速度试飞的分析，建议民用飞机最小操纵速度型号合格审定试飞计划如表1所示。

2 结语

VMCG、VMCA、VMCL适航试飞的目的是确定一台临界发动机停车后可以继续保持对飞机操纵的最小安全速度，验证对CCAR25部中第149条最小操纵速度适航条款的符合性，为飞机运行中飞行员对飞机进行安全操纵提供依据。最后制定的试飞计划安排可为组织民用运输类飞机最小操纵速度适航试飞时提供参考。

参考文献

[1] CCAR-25中国民用航空条例第25部运输类飞机适航标准[S].

[2] AC25-7A运输类飞机合格审定飞行试验指南[Z].

[3] 刘瑜，王海维，柳勇.最小操纵速度飞行试验技术研究[J].科学技术与工程，2012，3（12）：607-610，624.

[4] 杨翠霞，程伟豪，张培田，等.民机地面最小操纵速度试飞技术研究[J].飞行力学，2007，3（25）：75-78.

[5] 程伟豪，焦连跃，张强.受方向舵偏度限制的空中最小操纵速度试飞研究[J].工程与试验，2011，3（51）：29-32，61.endprint

（2）动态演示—在动态演示过程中，航向变化不超过20°。

1.4.3 进场着陆最小操纵速度VMCL

VMCL试飞具体分为三部分：静态试验、动态演示、横向机动能力检查。

（1）静态试验—以不大于5°的滚转角可保持对飞机的操纵且飞机航向不变。

（2）动态演示—在动态演示过程中，航向变化不超过20°。

（3）横向机动能力—基于VMCL的稳定直线飞行中，5s内向工作发动机一侧滚转20°坡度。

三个最小操纵速度试飞期间的方向舵操纵力都不得超过68 kg。

1.5 试飞方法

三个最小操纵速度的考察阶段及限制条件不同，所用试飞方法也有所不同。AC25-7A《运输类飞机合格审定飞行试验指南》中推荐了最小操纵速度的试飞方法，下面依次对试飞方法进行分析：

1.5.1 地面最小操纵速度（VMCG）

VMCG的确定试验在地面进行，最终确定以侧向偏离距离等于30 ft为依据。试飞开始前襟缝翼状态及发动机功率按照起飞构型设置，重量为起飞范围内的最不利重量（由于VMCG在飞机大重量时会影响V1值，故选取大重量作为试验重量），重心为最不利重心、工作发动机处于最大可用起飞推力。实际飞机在试验时横向偏移位移不可能刚好是30 ft，这就需要在同一构型设置下试验速度从较高速度开始，通过逐渐缩小切断临界发动机燃油时的飞机速度，直至飞机侧向偏离距离等于或大于30 ft，然后统计数据分析出偏离距离等于30 ft时切断临界发动机燃油时的飞机速度即为试验日的VMCG。最后要以试飞确定的VMCG演示一次继续起飞。

1.5.2 空中最小操纵速度（VMCA）

VMCA的确定试验在空中通过静态试验进行，襟缝翼状态及发动机功率按照起飞构型设置。对于重量选择的考虑，由于受5°的倾斜角限制时的VMCA随重量的增加而减小，失速速度随重量的增加而增大，为了使失速速度最小，且最小操纵速度及失速速度的间距最大，因此，通常选择轻重量进行VMCA确认试验[2]。重心为最不利重心，工作发动机处于最大可用起飞推力。首先将飞机按起飞状态配平并使其处于稳定直线飞行，然后在要求的发动机状态下减速至方向舵全偏，限制滚转角不超过5°，保持航向不变确定静态最小操纵速度。最后用切断临界发动机燃油的方法进行动态最小操纵速度演示，要求航向变化不超过20°，且能恢复到保持航向不变。

1.5.3 进场着陆最小操纵速度（VMCL）

VMCL的确定试验在空中通过静态试验进行。襟缝翼状态及发动机功率按照进场构型设置，重量同样考虑小重量、重心为最不利重心、工作发动机处于复飞功率。首先飞机按全发工作的进场状态配平，以大约3°下滑角进场，然后在发动机复飞功率状态下将飞机减速至方向舵全偏，使滚转角不超过5°，保持航向不变确定静态最小操纵速度。最后用切断临界发动机燃油的方法进行动态最小操纵速度演示，要求航向变化不超过20°，且能恢复到保持航向不变。由于是进场着陆阶段，应保证飞机在丧失临界发动机推力状况下仍具备一定的横向机动能力，所以在VMCL稳定直线飞行中，应演示飞机具有在5 s内向工作发动机方向改变20°坡度的能力。

上面提到的最不利的重心位置通常为后重心。因为在后重心状态下，方向舵偏转引起的侧力的作用力臂最短，纠偏能力最低，且飞机的稳定性也最临界。横向重心也应调为最临界情况，可根据试验机型的最大横向燃油不平衡量来设置飞机横向重心的偏移，使不工作发动机侧的燃油更多，保证由发动机推力产生的偏航力矩更大，阻止飞机滚转趋势所需的操纵更多，得到的试验结果也就更加保守[5]。

1.6 试飞计划安排

通过以上对最小操纵速度试飞的分析，建议民用飞机最小操纵速度型号合格审定试飞计划如表1所示。

2 结语

VMCG、VMCA、VMCL适航试飞的目的是确定一台临界发动机停车后可以继续保持对飞机操纵的最小安全速度，验证对CCAR25部中第149条最小操纵速度适航条款的符合性，为飞机运行中飞行员对飞机进行安全操纵提供依据。最后制定的试飞计划安排可为组织民用运输类飞机最小操纵速度适航试飞时提供参考。

参考文献

[1] CCAR-25中国民用航空条例第25部运输类飞机适航标准[S].

[2] AC25-7A运输类飞机合格审定飞行试验指南[Z].

[3] 刘瑜，王海维，柳勇.最小操纵速度飞行试验技术研究[J].科学技术与工程，2012，3（12）：607-610，624.

[4] 杨翠霞，程伟豪，张培田，等.民机地面最小操纵速度试飞技术研究[J].飞行力学，2007，3（25）：75-78.

[5] 程伟豪，焦连跃，张强.受方向舵偏度限制的空中最小操纵速度试飞研究[J].工程与试验，2011，3（51）：29-32，61.endprint

（2）动态演示—在动态演示过程中，航向变化不超过20°。

1.4.3 进场着陆最小操纵速度VMCL

VMCL试飞具体分为三部分：静态试验、动态演示、横向机动能力检查。

（1）静态试验—以不大于5°的滚转角可保持对飞机的操纵且飞机航向不变。

（2）动态演示—在动态演示过程中，航向变化不超过20°。

（3）横向机动能力—基于VMCL的稳定直线飞行中，5s内向工作发动机一侧滚转20°坡度。

三个最小操纵速度试飞期间的方向舵操纵力都不得超过68 kg。

1.5 试飞方法

三个最小操纵速度的考察阶段及限制条件不同，所用试飞方法也有所不同。AC25-7A《运输类飞机合格审定飞行试验指南》中推荐了最小操纵速度的试飞方法，下面依次对试飞方法进行分析：

1.5.1 地面最小操纵速度（VMCG）

VMCG的确定试验在地面进行，最终确定以侧向偏离距离等于30 ft为依据。试飞开始前襟缝翼状态及发动机功率按照起飞构型设置，重量为起飞范围内的最不利重量（由于VMCG在飞机大重量时会影响V1值，故选取大重量作为试验重量），重心为最不利重心、工作发动机处于最大可用起飞推力。实际飞机在试验时横向偏移位移不可能刚好是30 ft，这就需要在同一构型设置下试验速度从较高速度开始，通过逐渐缩小切断临界发动机燃油时的飞机速度，直至飞机侧向偏离距离等于或大于30 ft，然后统计数据分析出偏离距离等于30 ft时切断临界发动机燃油时的飞机速度即为试验日的VMCG。最后要以试飞确定的VMCG演示一次继续起飞。

1.5.2 空中最小操纵速度（VMCA）

VMCA的确定试验在空中通过静态试验进行，襟缝翼状态及发动机功率按照起飞构型设置。对于重量选择的考虑，由于受5°的倾斜角限制时的VMCA随重量的增加而减小，失速速度随重量的增加而增大，为了使失速速度最小，且最小操纵速度及失速速度的间距最大，因此，通常选择轻重量进行VMCA确认试验[2]。重心为最不利重心，工作发动机处于最大可用起飞推力。首先将飞机按起飞状态配平并使其处于稳定直线飞行，然后在要求的发动机状态下减速至方向舵全偏，限制滚转角不超过5°，保持航向不变确定静态最小操纵速度。最后用切断临界发动机燃油的方法进行动态最小操纵速度演示，要求航向变化不超过20°，且能恢复到保持航向不变。

1.5.3 进场着陆最小操纵速度（VMCL）

VMCL的确定试验在空中通过静态试验进行。襟缝翼状态及发动机功率按照进场构型设置，重量同样考虑小重量、重心为最不利重心、工作发动机处于复飞功率。首先飞机按全发工作的进场状态配平，以大约3°下滑角进场，然后在发动机复飞功率状态下将飞机减速至方向舵全偏，使滚转角不超过5°，保持航向不变确定静态最小操纵速度。最后用切断临界发动机燃油的方法进行动态最小操纵速度演示，要求航向变化不超过20°，且能恢复到保持航向不变。由于是进场着陆阶段，应保证飞机在丧失临界发动机推力状况下仍具备一定的横向机动能力，所以在VMCL稳定直线飞行中，应演示飞机具有在5 s内向工作发动机方向改变20°坡度的能力。

上面提到的最不利的重心位置通常为后重心。因为在后重心状态下，方向舵偏转引起的侧力的作用力臂最短，纠偏能力最低，且飞机的稳定性也最临界。横向重心也应调为最临界情况，可根据试验机型的最大横向燃油不平衡量来设置飞机横向重心的偏移，使不工作发动机侧的燃油更多，保证由发动机推力产生的偏航力矩更大，阻止飞机滚转趋势所需的操纵更多，得到的试验结果也就更加保守[5]。

1.6 试飞计划安排

通过以上对最小操纵速度试飞的分析，建议民用飞机最小操纵速度型号合格审定试飞计划如表1所示。

2 结语

VMCG、VMCA、VMCL适航试飞的目的是确定一台临界发动机停车后可以继续保持对飞机操纵的最小安全速度，验证对CCAR25部中第149条最小操纵速度适航条款的符合性，为飞机运行中飞行员对飞机进行安全操纵提供依据。最后制定的试飞计划安排可为组织民用运输类飞机最小操纵速度适航试飞时提供参考。

参考文献

[1] CCAR-25中国民用航空条例第25部运输类飞机适航标准[S].

[2] AC25-7A运输类飞机合格审定飞行试验指南[Z].

[3] 刘瑜，王海维，柳勇.最小操纵速度飞行试验技术研究[J].科学技术与工程，2012，3（12）：607-610，624.

[4] 杨翠霞，程伟豪，张培田，等.民机地面最小操纵速度试飞技术研究[J].飞行力学，2007，3（25）：75-78.

[5] 程伟豪，焦连跃，张强.受方向舵偏度限制的空中最小操纵速度试飞研究[J].工程与试验，2011，3（51）：29-32，61.endprint