某大型民用水陆两栖飞机起飞构型告警设计

吴海燕 陈振兴

摘要：针对某型水陆两用飞机起飞构型特点，设计了告警系统用来提高飞机起飞阶段安全性。告警系统能有效的指示飞机起飞阶段各系统的不正常形态，并获取飞行机组的注意，飞行机组根据告警系统告警指示，及时准确的采取规避、解决措施，保证飞行安全。

关键词：水陆两栖飞机；起飞；告警系统

1 前言

在中国民用航空局颁布的适航规章第703条”起飞警告系统”中对飞机起飞形态时告警设计要求：

飞机必须安装起飞警告系统并满足下列要求：

（a） 在起飞滑跑的开始阶段，如果飞机处于任何一种不允许安全起飞的形态，则警告系统必须自动向驾驶员发出音响警告，这些形态包括：

（1） 襟翼或前缘升力装置不在经批准的起飞位置范围以内；

（2） 机翼扰流板（符合第25.671条要求的横向操纵扰流板除外），减速板或纵向配平装置处于不允许安全起飞的位置；

（b） 本条（a）中要求的警告必须持续到下列任一时刻为止：

（1） 飞机的形态改变为允许安全起飞；

（2） 驾驶员采取行动停止起飞滑跑；

（3） 飞机抬头起飞；

（4） 驾驶员人为地切断警告；

（c） 在申请合格审定的整个起飞重量、高度和温度范围内，用于接通警告系统的装置必须能正常工作。[1]

结合某大型民用水陆两栖飞机具有水上、陆上两种起飞构型特点，对民用飞机陆上起飞、水上起飞告警进行研究。

2 起飞警告适航需求追溯

通常襟翼和机翼前缘升力装置都是由电机带动的机械装置，没有自动恢复中立位置的功能。如果停机后驾驶员没有执行恢复操作，装置会一直处于上一次工作位置。如果下一次飞行前驾驶员没有发现位置的偏差，或没有按要求操纵这些升力装置，则极易发生危险，引气不同程度的飞行事故。

此外，飞机的扰流板及纵向配平装置等对飞行安全均会产生较大的影响，如果这些装置出现故障或处于错误位置，均会给飞机的飞行安全构成严重的威胁，因此，通常将这些装置作为飞机起飞时需控制的构型。

为解决起飞时飞机构型不正确的问题，几乎所有飞机制造商在进行飞机设计时，均设计了起飞警告系统，以最大能力避免飞机在起飞期间的安全事故。

3 某型民用飞机起飞告警相关系统分析介绍

3.1 起飞阶段需关注系统

3.1.1 襟翼及前缘升力装置

某型水陆两栖民用飞机襟翼及前缘升力装置包括襟翼系统。飞机在飞行任务过程当中，通过调节襟翼在起飞位、巡航位及降落位置之间的收放位置，从而改变飞机的气动特性，辅助飞机完成在起飞、爬升、巡航、进场和着陆着水的任务。

飞机起飞阶段，飞行员应通过操纵中央操纵台上的襟翼手柄向襟翼控制计算机发出控制指令，控制动力驱动装置工作，并向扭力杆输出扭矩，带动滚珠螺旋作动器运动，从而驱动襟翼舵面偏转到飞机起飞相应角度，用以增加机翼升力，提高飞机起飞性能。如襟翼未可靠保持在起飞位置进行起飞，可能带来灾难性的后果。

襟翼控制手柄设置在中央操纵台，飞行机组无法实时感受并观察到襟翼位置，而襟翼角度对飞机起飞安全性影响较大，因此，必须在起飞阶段对襟翼角度进行实时监控。

3.1.2 机翼扰流板或纵向配平装置

某型水陆两栖民用飞机扰流片仅用于辅助副翼进行飞机滚转控制，左右机翼各两片。扰流片控制系统功能上与副翼联动，在结构上与副翼相互独立。飞机横滚姿态对飞机的起飞安全性影响非常大，但由于该型民用飞机副翼和扰流片偏转均由飞行员操纵驾驶盘控制，若驾驶盘偏转，飞行机组直观感觉比较明显，因此，未在起飞警告阶段对副翼及扰流板状态进行监控。

某型水陆两栖民用飞机纵向配平装置包括升降舵和调整片操纵系统。飞行员通过操纵驾驶杆和升降舵传动线系操纵升降舵舵面偏转，从而实现飞机俯仰控制，通过调效机构实现驾驶杆操纵力的俯仰配平控制。飞机俯仰偏转对飞机的起飞安全性影响非常大，若在起飞阶段飞机低头，可能带来灾难性的影响，且飞行员对驾驶杆直观感觉较差，因此，在起飞警告阶段对升降舵调效机构状态进行实时监控。

综上所述，某型民用水陆两栖飞机起飞阶段仅对升降舵调效机构状态进行实时监控。起飞阶段升降舵调效机构应处于中立位置，调效控制盒实时采集升降舵调效机构状态，并传送给告警系统，用于起飞构型告警逻辑判断。

3.1.3 横向、航向配平装置

某型水陆两栖民用飞机横向配平装置包括扰流片控制系统。该系统功能及操作详见3.1.2章节，未在起飞警告阶段对横向配平装置状态进行监控。

某型水陆两栖民用飞机航向配平装置包括方向舵及调整片操纵系统。由于该型民用飞机方向舵的偏转均由飞行员通过脚蹬进行控制，若脚蹬向前或向后动作，飞行机组直观感觉比较明显，因此，未在起飞警告阶段对此状态进行监控。

3.2 飞机形态判断

与以往飞机不同的是，水陆两栖飞机存在水上、陆上及空中三种状态。因此，在起飞警告系统中，首先应识别飞机起飞状态，继而进行起飞阶段各系统异常状态判断。

根据某型水陆两栖飞机设计特点，其空中、水上及陆上状态判断如下表1：

表1 空中、水上及陆上状态判断

飞机状态 判断逻辑

陆上 主起轮载信号为接地

水面 主起无轮载信号∩无线电高度<15m∩空速

空中 除陆上和水面以外的状态

水上、陆上起飞状态判断如下表2：

表2 水上、陆上起飞状态

飛机状态 动力

陆上起飞 飞机在陆上状态∩油门角度处于起飞位

水上起飞 飞机在水面状态∩油门角度处于起飞位

3.2.1 起落架电气系统

用于提供飞机轮载信号。

起落架电气收放系统由起落架收放控制系统、起落架信号灯盒与水陆选择开关等组成。起落架收放控制系统通过接收起落架收放控制手柄的收放指令，控制起落架收/放，并将起落架轮载信号实时传送给告警系统，用于起飞状态判断。

3.2.2 大气数据系统

为起飞警告系统提供指示空速。

大气数据系统采集全静压受感器传送的大气静压压力、大气全压压力、大气温度，解算出指示空速值，并将指示空速实时发送给告警系统，用于起飞状态判断。

3.2.3 无线电高度表

通过其收发机发射、接收无线电波，精确测量无线电波从飞机到地面/水面再从地面/水面返回飞机所经历的时间，经过解算后获得飞机距离地面、水面的相对高度，解算后的高度值以数字数据格式经数据总线实时传送给告警系统，用来进行起飞构型的逻辑判断。

3.3 动力系统

动力装置系统由螺旋桨系统、动力装置、发动机、发动机燃油与控制系统、点火系统、空气系统、发动机操纵系统、发动机指示系统、排气系统、滑油系统和起动系统组成， 起飛过程中，飞行员通过推动驾驶杆，使得发动机达到起飞功率，从而保证飞机获得足够的动力。远程数据采集器采集动力系统相关传感器模拟信号，转换成数字量，实时传送给告警系统，用于起飞构型的逻辑判断。

3.4 中央告警系统

中央告警系统由告警计算机、中央告警灯盒及左、右主警告-主戒备灯组成。中央告警系统实时接收各相关系统发送的数据，进行起飞警告构型逻辑判断，及时准确的以声光形式[2]，告知飞行机组进行起飞构型告警状态。

4 起飞构型告警系统交联图

5 告警逻辑设计

通过以上对各个系统着陆状态影响分析，水陆两栖飞机起飞构型告警分为以下两种情况：

陆上起飞：输入的参数有襟翼角度、起落架轮载信号、升降舵调效机构中立指示灯信号和油门角度；

告警逻辑：飞机前轮轮载信号为接地状态且发动机在起飞功率，如果襟翼不在起飞位或升降舵调效机构中立指示灯信号不在起飞位置则告警。

水上起飞：输入的参数有襟翼角度、起落架轮载信号、升降舵调效机构中立指示灯信号、油门角度、无线电高度值和指示空速；

告警逻辑：飞机前轮轮载信号为悬空状态且发动机在起飞功率且无线电高度小于15m且指示空速小于160km/h，如果襟翼不在起飞位或升降舵调效机构中立指示灯信号不在起飞位则告警。

注：起飞时发动机在起飞功率范围由油门角度大于55°来判断，襟翼起飞位指襟翼角度为20±0.5°，油门角度为其中任意的2发或者3发角度值。起飞告警逻辑原理图如下：

6 告警数据的查阅及验证

中央告警系统需将告警数据发送飞参系统，飞参实时记录中央告警系统告警数据，同时，源端各系统将发送给中央告警系统数据同时发送飞参进行实时记录，以便对比中央告警系统告警在整个飞行过程中告警逻辑判断的正确性。

7结论

该告警方法针对水陆两用飞机起飞构型特点，提供了更为完整的起飞构型告警解决途径，能有效的提示飞行机组水陆两用飞机在水上起飞、陆上起飞时各系统所出现不正常起飞形态，以便及时的采取相应规避措施，提高了飞机起飞的安全性。

参考文献：

[1]CCAR-25-R4. 中国民用航空规章运输类飞机适航标准[S]. 北京：中国民用航空局，2011.

[2]蒋枫，飞机设计手册 第17册 航空电子系统及仪表[M]. 北京：航空工业出版社，2001.