RFM性能章节评审要素和编制规范研究

2019-04-13葛红娟胡孟军

中国民航大学学报 2019年1期

林怡，葛红娟，胡孟军，张璐，赵权

（1.南京航空航天大学民航学院，南京 211106；2.中国直升机设计研究所，天津 300000）

直升机飞行手册（RFM,rotorcraft flight manual）为飞行员掌握飞机基本信息、安全操作或应对突发情况提供信息来源，是飞机安全运行的重要资料文件[1]。中国民用航空法规CCAR-21-R3第21.7条明确规定必须为每架航空器制定航空器飞行手册，供飞行机组人员使用[2]。CCAR29第1581～1589条规定了运输类直升机飞行手册中必须由局方批准的章节和内容[3]。现仅对CCAR29.1587“性能资料”及对应章节的编制规范展开讨论。

在航空规章、咨询通告（AC）以及相关中外标准规范的指导下，经适航当局批准的现役RFM中有很多受到广泛认可的手册编制案例[4]，如AC313、S-76C和BK117-C2[5-8]。这3个机型的RFM分别由中国、美国、欧盟适航当局批准颁发。

研究发现，由于CCAR、FAR和АП29部规章本身存在差异[3，9-11]、各国国情不同、所适用机型的特殊性等原因，各手册性能章节会出现部分性能资料缺失、条款的细节要求没有落实以及数据和图表的格式不够严谨等问题，这都会导致飞行手册在实际操作中应用效果欠佳[12-13]。

飞行手册的编制和审定工作是中国民用直升机自主研发体系中不可缺少的一环[14]，但目前中国还没有一套成熟的、适合国情的RFM编写指导规范。在此背景下，以CCAR29.1587条规章为基础，研究RFM性能章节对条款的符合性审定要素，针对现有飞行手册存在的问题，提出改进建议，可为后续完善中国民用直升机飞行手册编制和管理体系打下良好基础。

1 CCAR29.1587“性能资料”条款解析

CCAR第29.1587条“性能资料”规定了运输类旋翼航空器性能章节必须提供的性能要求和专用条件等，还包括执行有关运行要求所必需的补充资料和数据[14]。针对这一条款，FAA和EASA都颁发有相应的咨询通告，以便手册编写人全面地理解条款要求并提供相应性能资料。根据AC29.1587的指导，结合对现有RFM的学习研究，可对CCAR29.1587条款进行解析。

CCAR29.1587条款开头部分规定：只有在为了阐述清楚或为了确定经批准的选装设备或程序的影响时，可在飞行手册中提供超出任何使用限制（包括重量、高度、温度等）的性能资料。但必须清楚地指明限制，并且限制范围外的飞行数据应当明显区别于限制范围内的飞行数据。

条款主体分（a）、（b）两则（顺序号标记遵从条款原文，以下同）。其中，（a）则（1）～（7）条针对 A 类旋翼航空器，（b）则（1）～（9）条针对 B 类旋翼航空器。两者要求的性能资料按照飞行阶段均可大致分为：空速校准、起飞性能、爬升梯度、悬停性能、下降、着陆等。但由于A类与B类旋翼航空器在最大总重及允许客座数等方面存在设计上的差异，因此各部分内容也不尽相同。

1）空速校准手册应提供在平飞、爬升、自转和所推荐的进场下降率情况下，校准空速与指示空速的关系数据和图表。

2）起飞性能 A类旋翼航空器飞行手册应分别给出无障碍机场起飞和平台起飞两种情况下的起飞性能数据（如适用），包括：最大起飞重量、起飞安全速度、起飞决断点、起飞剖面和起飞距离。

（a）则（1）条中还要求提供起飞期间临界发动机失效时应采取的程序，但RFM中一般将此内容放在应急程序章节。B类RFM与A类相比存在以下区别：①起飞剖面，A类RFM应提供正常、中断起飞和继续起飞剖面图，B类RFM要求至少提供正常起飞剖面图，并标出离场爬升速度；②起飞距离，A类RFM应提供正常和中断起飞距离两种情况，B类RFM要求至少提供正常起飞距离数据。

3）爬升 A 类 RFM 应按 CCAR 29.67（a）则（1）～（2）条的规定，分别对2个高度段制定所有重量、高度和温度下的稳定爬升梯度数据；B类RFM则要求在编制起飞数据的所有重量、高度和温度下，计算和给出稳定爬升率数据。

4）悬停性能 A类RFM应分别给出全发工作和单发不工作状态下，有地效和无地效悬停性能（按CCAR 29.49条）；提供最大悬停重量与大气温度、高度等的关系数据。对于单发失效无地效悬停，应说明其限制条件，如引气加热装置和其他消耗引气的装置都必须关闭；对于无地效悬停性能，还应给出在数据对应条件下演示的最大安全风。

根据（b）则（2）条要求，B类RFM中除了要提供与A类基本一致的悬停性能以外，还应提供“悬停升限”，即有地效和无地效情况下，对于不同的发动机功率（MCP/TOP）设置，提供悬停升限与重量、大气温度的关系数据，同样应考虑引气加温装置开/关的影响，有地效情况还应考虑风（无风/逆风/侧风）的影响。

5）下降 A类RFM应提供航空器自旋着陆操作技术相应的空速和下降率；而B类应提供以最小下降率和最佳下滑角（按CCAR29.71确定）所对应的速度和条件自转时，下滑距离随高度变化的资料。注意本部分内容应与飞行手册第3章应急程序中提供的相应数据保持一致。

6）着陆手册应提供以下两部分着陆性能资料。

着陆剖面图 A类RFM应在临界发动机不工作情况下，提供无障碍机场着陆和平台着陆时的继续着陆剖面图（按CCAR29.79制定）和中断着陆剖面图（按CCAR 29.85制定）；B类RFM应提供单发失效着陆剖面图（按CCAR29.83制定）并说明着陆场地类型，还应给出进场前或进场过程中任何时间点临界发动机/单发失效时，航空器能安全着陆的说明，即避开由极限高度—速度（H-V）包线确定的回避区。根据（b）则（6）条要求，H-V包线应符合CCAR29.87要求。

所有着陆剖面图中均应标注必要的文字说明，如：着陆决断点（LDP）、关键点速度（Vtoss、VY等）。

着陆距离手册应按CCAR 29.81或CCAR 29.83确定直升机从50 ft（1 ft=0.304 8 m）高度到完全停止的着陆距离与大气温度、压力高度、风速、重量的关系数据，并说明相应的空速和着陆场地类型。

另外，对于满足A类旋翼航空器动力装置安装要求的多发B类旋翼航空器，应根据实际使用情况，选择提供与A类或B类相同的着陆剖面及其着陆距离[1]。

7）最大安全风根据（b）则（4）条规定，手册性能章节中应给出旋翼起动和停止时，近地面飞行情况下，航空器在逆风/顺风/左右侧风方向的最大安全风数值。而对于A类旋翼航空器，CCAR25.1587条虽不涉及，但在 CCAR25.1583（g）条中要求其“限制”章节中提供本部分内容。若在飞行手册限制章节中给出该数据，则本章节应与限制章节保持一致。

8）其他性能数据（b）则（9）条提出，除以上需要局方批准的性能数据外，其他对提高安全性或为使营运条例能够应用所必需的资料都应包括在RFM内，作为附加性能数据给出，不需要局方批准。手册编写人员可根据实际情况考虑如下性能数据：密度高度与压力高度换算，巡航性能、噪声水平、结冰条件下的性能数据等[1，5-8]。

2 RFM性能章节符合性评审要素

CCAR29.1587条指导手册的编写人应从整体上把握RFM性能章节所包含的基本内容。但性能章节涉及的飞行和操作专业知识广泛，为了明确局方符合性评审的具体要求，还需在条款解析的基础上进行相应的补充和提炼。因此本节以CCAR29.1587及与之相关的“性能”章节（29.45～29.87）为基本原则，同时参考现有的飞行手册评审会议纪要、符合性说明报告等资料，总结出以下符合性评审要素。建议的每一条要素，均在现有型号飞行手册[5-8]相关章节中得到体现，作为经验验证。

2.1 使用限制的标识

为表述清楚，应检查所有使用限制是否被清楚地标记，是否将必要限制之外的数据与限制之内的数据清楚地区别开来：如用曲线族给出性能数据时，限制范围内用实曲线表示，限制范围外用虚曲线表示。

2.2 发动机功率检查数据

检查性能资料或正常程序章节的最后位置是否有发动机功率检查数据；建议提供以下一系列图表：每台发动机的燃气涡轮转速Ng检查曲线（即Ng与压力高度、大气温度、单发分扭矩Q的关系曲线）；发动机涡轮间温度ITT检查曲线（即ITT与压力高度、大气温度、单发分扭矩Q的关系曲线）；发动机功率检查时间间隔、功率检查条件、功率检查方法和功率检查示例。建议以发动机功率检查记录表的方式给出发动机性能状况。

2.3 性能图表和标识

在满足条款解析中所有要求的基础上，检查RFM是否按要求提供下列图表和细节标识。

2.3.1 空速校准图表

应注意检查是否分别给出驾驶员和副驾驶员的空速系统校准图表，且所有校准数据应涵盖相应的速度适用范围。

2.3.2 高度校准图表

对驾驶员和副驾驶员仪表中的高度表修正，表明修正因子与在海平面及相应海拔高度上的指示空速的关系（CCAR29.1587未涉及，但仍建议作为审查要素要求RFM提供）。

2.4 飞行阶段性能数据

为避免重复赘述，将以B类RFM为研究示例，下列清单罗列了各飞行阶段的评审要素，检查手册中是否全部包含以下几个方面。

2.4.1 悬停

对于B类直升机，检查是否提供了悬停性能和悬停升限两部分悬停资料；是否分别提供有地效和无地效悬停资料曲线及其影响因素和使用说明。虽然条款未涉及有地效悬停性能曲线，但可能有用，因此仍建议作为审定要素。

2.4.2 起飞

按照解析后的条款要求提供起飞性能资料，重点检查是否包含以下细节要素。

1）最大起飞重量检查是否给出航空器最大起飞重量与温度、高度的一系列曲线图和计算示例，并清楚地标明相关限制（如温度限制），应注意与手册限制章节给出的起飞重量限制（如存在）的一致性。

2）起飞剖面检查剖面图中是否标注必要的说明，如起飞前的悬停高度、起飞决断点（TDP）等；检查图中是否标出离场爬升速度。

3）起飞距离检查是否提供起飞距离与大气温度、高度、风速的一系列曲线图，图中应包含温度或高度限制。

2.4.3 爬升

检查是否提供一系列爬升率图表，适用不同的条件组合，如发动机工作台数（全发工作/单发不工作）和功率设置（起飞功率/最大连续功率/2.5 min OEI功率/OEI连续功率/30 min OEI功率）、主减限制条件、适用的总重范围、发动机引气开/关等。

2.4.4 着陆

检查本节是否提供了条款要求的所有着陆性能资料，并需注意以下细节要素。

1）对于B类旋翼航空器，在限制章节没有强制要求给出极限高度-速度（H-V）包线，但若在限制章节已提供，检查本节是否提供详细指引信息，方便读者查阅前文。

2）检查着陆剖面图中是否标明场地类型以及必要的文字说明。如适用应考虑：着陆距离、着陆决断点（LDP）、关键点速度/高度等。

3 性能章节编写规范建议和应用实例

以规章解析和评审要素为基础，分析AC313、BK117-C2、A109S、S-76C等型号RFM性能章的符合性和规范性，总结手册开发经验和技巧，最后从结构、内容和格式3个方面提出编制规范建议，并给出应用实例作为参考。

3.1 结构

建议RFM性能章节按图1所示框架结构编排。图中将性能章节分为基本性能数据和附加性能数据两部分，以区分和强调需要局方批准的性能资料。

图1 RFM性能章节结构框架建议Fig.1 Suggested structure of performance chapter in RFM

现行手册基本都适用于图1中的框架结构，只在个别小节的划分及编排顺序上略有差异。如S-76C按是否需要局方批准，将整个手册分为2个分部，附加性能与基本性能数据分别编入Part 1与Part 2中成为2个独立的章节；AC313将起飞和着陆性能资料编在同一节中等。这些均可接受，因为RFM的编排结构应以方便飞行员查阅为目的，同时要参考机型结构、1个飞行周期内的操作顺序等，以使飞行手册更清晰完整。

3.2 内容

为保证RFM性能章节内容的完整性和准确性，首先手册编写人员必须严格按照条款解析和符合性评审要素提供所有基本性能数据；其次，应总结现行RFM编写经验，现提出以下补充建议。

1）性能概述建议在性能章节开头设置“概述”一节。此节应提供区别构形和状态所必需的、性能数据适用的所有叙述性资料，如航空器和发动机的型号全称，可能影响性能和工作状态的设备等；还可视情况提供性能章节中专用的定义或术语[14]，如构形、临界决断点等。查阅手册[5-6]可验证，AC313、BK117-C2两种机型手册均设置相应小节，有利于保证手册内容的完整性，因此建议提供。

2）附加性能数据附加性能数据对直升机安全运行具有重要意义，但由于没有规章的限制，因此无需局方批准，编写方式灵活。手册[5-7]均提供了巡航性能资料，但其他内容都不尽相同。BK117-C2手册甚至将噪声水平归为需要局方批准的部分。可见，手册编写人应以飞行员可读为目标，视机型特点和适用性等，决定附加性能资料的有无和编写风格。

3）条件组合为确保性能资料的准确性，在描述性能资料时，提供完整详细的影响因素和条件组合尤为关键。结合手册[5-7]，建议考虑的相关条件有：工作发动机数/功率设置，主减限制，环境系统操作，防冰系统操作，跑道降水、坡度或表面类型等。手册编写人员应视实际情况选择。

3.3 格式

RFM中多数性能资料都以图表形式给出，因此图表格式是否规范对手册性能章节的评审有直观而重大的影响。因此建议在RFM总目录或章节分目录后附上图表清单，方便飞行员查阅。结合手册实例，针对图表格式提出如下规范性建议。

1）图表查询和计算首先是涉及读数和计算的曲线图或表格，如图2所示。

图2 地面功率检查1号、2号引擎70%单发扭矩Fig.2 Ground power check for engine No.1～No.2 and 70%torque

图2对手册[6]中的原图进行改进。原图中用红色实线标明使用限制，符合审定要素（1）的要求；同样，原图用彩色箭头线演示查图流程，指明读图结果[5]。手册还应提供相应的读图示例，格式要求规范统一。示例中应给出完整的已知条件、数据和详细的解答说明。以下针对图2提供一种读图示例，仅供参考。

说明：在以上示例中，N1安全裕度为3.4%。满足可接受的功率检查条件。

对以上这种简单的或是一系列查阅流程相似的性能图表，可仅提供1个读图示例，如BK117-C2手册的图5-12～图5-19是不同组合条件下的有地效悬停性能曲线，手册编写人仅对图5-12提供了1个示例。而对于多图联查，甚至涉及复杂计算的图表，1个示例无法阐明所有情况和流程，则建议提供多个典型示例，如S-76C手册中就对图4-7提供了2个计算示例。另外，在一些国外手册中还会对示例提供双单位读数，如BK117图5-12对高度数据同时提供英尺（ft）和米（m）两个单位的数值。

2）飞行剖面示意图性能章节还有大量的飞行剖面示意图，如图3所示。

图3 A类无障碍机场着陆剖面图Fig.3 Category A landing profile on a obstacle clearance surface

图3以S-76C性能章节中的“A类着陆剖面图”为例，并改用彩色的箭头线区分正常着陆和中断着陆复飞的轨迹。必须严格按照条款解析和评审要素中的要求提供每个示意图中的关键点标注。此外，为保证航空器安全运行，应提供必要的文字说明，如“A类着陆过程如图3所示。建立以45KIAS和不超过600FPM的下降率，到达离地高度200 ft的起飞决断点的过程。从50 ft高度处以45KIAS的空速开始减速，继续减速进场直到触地滑行或悬停。参考单引擎着陆应急程序。”

以上这些建议融合总结了各现行手册的优点，相比之下中国的直升机手册提供的性能图表和示例信息，还不够细致规范。为方便飞行员精准快速地理解图表含义，手册编写人员应结合中国国情和实际操作，灵活选用以上建议。