民用运输类飞机最小离地速度试飞风险控制

屈飞舟　成婷婷

摘 要：对于民用运输类飞机，最小离地速度是制定飞机起飞特征速度的关键，是保障飞机安全起飞离地的基础速度，必须通过飞行试验确定飞机的最小离地速度，并演示飞机在该速度下能够安全地起飞离地。由于进行最小离地速度试验时，飞机是在一种大迎角状态下起飞，加之地面效应的影响，飞机离地后极易触发失速告警，甚至进入失速状态。对于受几何结构限制的飞机，在地面保持大姿态滑跑时，由于规章有擦地时间的要求，因此对试飞员的驾驶技术要求极高，一旦操作不当，可能造成飞机结构的损伤。文章研究了最小离地速度试飞的风险点，制定了飞机结构保护措施和试飞驾驶技术，在研的运输类飞机最小离地速度合格审定飞行试验可参考使用。

关键词：最小离地速度；尾橇；风险控制；试飞驾驶

中图分类号：V217+.3 文献标志码：A 文章编号：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

最小离地速度是指飞机不呈现任何危险特性，能够安全离地并且继续起飞的最小速度，是运输类飞机在最大可用迎角条件下安全起飞可达到的最低速度[1]。最小离地速度是运输类飞机制定抬前轮速度的重要限制因素之一，运输类飞机适航标准要求飞机的起飞抬前轮速度必须与最小离地速度之间具有安全的裕度，因此，最小离地速度飞行试验是新研制的民用运输类飞机必须进行试飞科目，在飞机的全包线范围内确定最小离地速度，可验证飞机的抬前轮速度能否满足适航标准的要求，这对于保障民用运输类飞机的安全运行意义重大。

最小离地速度（VMU）是民用飞机最大性能起飞的试验机动，它是飞机在地面效应影响的情况下进行的低速大迎角试飞科目[2]，试验的风险大，要求飞行组织严密有序，试飞员的驾驶技术高超。

2 试验风险分析

根据具体飞机的几何特性、失速特性和升降舵操纵效能之间的相互关系，最小离地速度可分为以下几种类型：

（1）受失速限制的最小离地速度。

（2）受飞机几何结构（尾部擦地）限制的最小离地速度。

（3）受升降舵可用操纵效能限制的最小离地速度。

图2给出了判断一型运输类飞机的最小离地速度类型的程序。

现代民用运输类飞机的最小离地速度试飞类型大多数是受飞机几何结构限制的。

对于受几何结构限制的运输类飞机的最小离地速度，一般期望在尾部触地瞬间飞机俯仰角速度近似为零，以便减小由于尾部重接地带来的结构损伤现象。但是，在不同推重比情况下进行最小离地速度试飞，从拉杆建立大迎角姿态、尾部触地调整操纵到飞机离地的整个过程中时间间隔存在差异，因此，这会给试飞员操纵飞机带来很大难度。

當飞机尾部接地时，若俯仰角速度过大，则存在尾部重接地现象。某型机在飞行试验中，试验推重比相对较大，达到0.35以上，此时飞机滑行加速度较大，从飞机尾部触地到起飞离地之间的间隔时间相对较短，通常只有1～2s。如果此时要求试飞员较早地回杆修正，以降低尾部触地的俯仰角速度，可能存在没有达到尾部触地飞机就已经离地的现象。因此，大推重比的情况下可能存在尾部触地和离地期间俯仰角速度较大或者如果减小触地和离地俯仰角速度飞机没有达到尾部触地就已经离地两种现象之间的矛盾。此时若操纵不及时，可能使飞机尾部擦到地面，造成飞机结构损伤。图3和图4分别给出了某型机进行最小离地速度试验前后飞机的尾部结构，此次试验中飞机尾部结构被严重擦伤。

因此，对于大推重比情况下的最小离地速度试飞，考虑可以使用能够实现推重比的最大重量，以便尽力增加飞机离地速度，保证尾部触地到离地之间具有足够的加速时间，减轻试飞员进行操纵调整飞机姿态的难度。

3 尾橇设计

对于受几何结构限制的运输类飞机最小离地速度试飞，需要在飞机底部触地的位置加装尾橇，以便保护飞机的尾部结构，尾橇在试验中直接与跑道进行摩擦，热量会急剧增加，冒出持续的火花，因此尾橇必须符合一定的设计技术要求才能在飞行试验中使用。尾橇的主要技术要求为：

（1）尾橇应能够有效保护试验中飞机可能与地面摩擦的区域。

（2）尾橇材料要求有阻燃特性，同时耐磨性好。

（3）尾橇上易损坏的零部件更换方便。

（4）尾橇与跑道的接触面应平滑，其与机体衔接处应非常牢靠，以防止脱落的零部件损伤飞机结构，或遗留在跑道上。

（5）尾橇应具有缓冲装置，避免机体与跑道硬性撞击，造成机体损伤。

（6）安装尾橇后造成的飞机最大俯仰角的减小量应尽可能小（一般不能超过0.5°）。

（7）需给试飞员提供预触地信号和触地信号，尾橇预触地信号一般应提前触地信号1°发生[3]，在驾驶舱内通过不同颜色指示灯给试飞员警示尾橇触地状态。

（8）尾橇触地信号传感器的信号应当连续，不能因触地摩擦而中断。

不同飞机具有不同的尾橇结构和几何形状。某型飞机的尾橇较大，飞机最大俯仰角减小量达0.7°之多，最小离地速度增加量约为3km/h，这样对飞机起飞性能来说具有较明显的损失。研究表明，尾橇的安装使飞机最大俯仰角降低的可接受量应当根据最小离地速度的增加量来衡量，最小离地速度增加量控制在2km/h以内较为合理。

尾部触地信号传感器的选择在尾橇设计时需要特别关注，必须能够提供连续可靠的触地信号，信号采样率至少每秒8个点。图5给出了某型机飞行试验中使用的尾橇。

4 试飞员驾驶技术

最小离地速度试验要求飞机在尽可能到达其最大升力系数时离地，而且飞机的俯仰角在机动期间要求保持稳定。由于起飞时地面效应影响，属于难度高、风险大的试飞科目，该试验时对试飞员操纵要求高，挑战大，试飞的风险和难度均很高。根据理论分析、试验实施过程和数据分析，该科目的试飞员驾驶技术可概括如下：

飞机按照预定的试验要求设置高升力装置的工作状态，起飞滑跑前，试飞员根据试验日的温度条件确定需要的发动机状态对应的油门杆目标位置。试验时最好安排三名试飞员，同时有一到两名试飞工程师与试飞员协同配合[4]。为了缩短起飞滑跑距离，试验开始时飞机采用起飞推力滑跑，飞机加速到一定速度时收油门杆到目标位置并尽快拉杆到底，建立大俯仰角起飞姿态（一般情况下可选择距离最小离地速度40～60km/h时拉杆，典型运输类飞机此时的表速约在160～200km/h），观察飞机俯仰角增加的趋势；拉杆到底的时机根据试验的不同推重比可能有所不同，对于中小推重比试验，飞机加速慢，试飞员有足够的时间完成拉杆到底、姿态调整和保持预定姿态等动作，可选择晚拉杆；对于大推重比试验，可能需要开始滑跑就拉杆到底，以便使飞机早达到预定姿态，确保达到预定姿态到飞机离地之间的时间间隔；因此，拉杆到底的时机需要根据推重比、飞机重量和预定的离地速度之间的相互关系进行选择。

尽可能确保飞机在离地过程中的俯仰角速度较小，不能使用突然升降舵偏转产生的高俯仰速率相关的动态效应使飞机离地，这样会降低最小离地速度。大推重比时抬前轮和离地之间的时间间隔很短，因此尽量在开始滑跑时就拉杆到底，以减小飞机离地前的动态特性。

对于受几何结构限制的飞机，当飞机的俯仰角有明显增加的趋势时，可适当调整驾驶杆，防止飞机与跑道之间撞击猛烈。当尾橇触地时，根据需要增加拉杆量，保证尾部触地状态一直保持，直到飞机起飞。对于不受几何结构限制飞机的最小离地速度，当俯仰姿态达到确定最小离地速度所期望的姿态时，调整俯仰操纵，防止飞机过分抬头。保持目标姿态，以不小于目标俯仰姿态使飞机起飞离地。飞机主轮离地后，飞机爬升姿态应不小于离地时的俯仰姿态，直到飞机脱离地面效应的影响。试飞员需根据经验和飞机特性确定驾驶杆操纵的时机和用量。

对于受几何结构限制的飞机，进行最小离地速度试飞时，应当加装信号指示灯，为试飞员提供飞机即将触地和已经触地的信息，以避免飞机尾部与跑道撞击过猛，从而造成飞机结构损伤。

最小离地速度试飞的过程中，在已经证明试验点是受几何结构限制的条件下，可以使用稍大于飞行手册建议的配平设置量，以使飞机抬头速度更低，从而试飞员在飞机尾部触地到离地之间有足够的时间调整飞机的状态。

试验时机翼应尽可能保持水平状态，微小的滚转就会导致飞机的左右机轮不能同时离地，从而使得离地速度难以判定，增加了试验结果的分散度。尽量选择平整跑道，减小由于跑道不平带来的飞机尾部触地特性的变化，影响试验的成功率。

5 结束语

最小离地速度试飞是运输类飞机适航标准中明确要求进行的试验，本文研究了该项飞行试验科目试飞时的风险点，针对试验的风险，给出了受几何结构限制飞机的尾橇设计技术要求，同时总结了试飞员的驾驶技术，对于在研的民用和军用运输类飞机的最小离地速度试飞都具有重要的借鉴价值。

参考文献：

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

[2]張建，屈飞舟，刘静.受结构限制的运输类飞机最小离地速度试飞技术[J].飞行力学，2012，30（5）：458-462.

[3]张建.飞机最小离地速度试飞设计和风险控制技术[J].飞行力学，2014，32（6）：549-556.

[4]陈明太，刘立苏.民用飞机最小离地速度试飞实施方法研究[J].民用飞机设计与研究，2013，110（3）：12-40.

[5]王曦瑶.运输类飞机轮胎爆破适航条款追踪分析[J].科技创新与应用，2015（26）：7.