民用直升机设计更改审定基础的确定方法研究

摘 要：民用直升机的型号合格审定基础是开展型号合格审定的依据，是直升机型号及其设计更改是否能够获得适航当局批准的判断准则。在以往国内民用直升机的研制和适航取证过程中，没有一个完善的审定基础分析方法和清晰的流程。该文通过对美国FAA和中国CAAC颁布的有关航空器型号合格审定设计，更改审定基础确定指导材料的分析，结合AC311A型直升机取证过程实践，总结出民用直升机设计更改审定基础的分析方法和流程，使得审定基础分析和确认更加科学化、合理化、规范化。

关键词：民用直升机；设计更改；审定基础；更改要素；型号实践

中图分类号：V275.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）28-0161-06

Abstract： The basis for the type certification of civil helicopters serves as the foundation for conducting type certification; therefore， it is the criterion for determining whether the helicopter model， and its design changes can obtain approval from the airworthiness authority. In the past， during the development and certification process of civil helicopters in China， there was no comprehensive analysis method for the certification basis and no clear process. This paper summarizes the analysis method and process for the certification basis of civil helicopter design changes by analyzing the guidance materials issued by the U.S. FAA and China CAAC on the determination of the certification basis for aircraft type certification and design changes， in combination with the certification process practice of the AC311A helicopter model， thus making the analysis and confirmation of the certification basis more scientific， rational， and standardized.

Keywords： civil helicopter; design change; certification basis; change elements; model practice

民用直升机的型号合格审定基础是开展型号合格审定的依据，是直升机型号及其设计更改是否能够获得适航当局批准的判断准则。因此，直升机审定基础分析是型号取证工作的根基，其分析的准确程度直接影响着民用直升机型号安全性水平的保持和适航符合性验证工作的代价，是保证民用直升机能够在市场中获得胜利的关键技术。

在以往国内民用直升机的研制和适航取证过程中，没有一个完善的审定基础分析方法和清晰的流程，尤其是针对新增衍生型别的设计大改，审定基础的分析主要取决于适航技术人员的技术水平和工作经验，对人的过分依赖导致型号在审定过程中出现各种问题，比如条款遗漏，条款理解使用不当等问题，都给型号研制和取证带来了惨重的代价，有的未能直接达到必须的安全性水平，有的不能直接满足当前民用直升机适航的要求，设计和验证的反复经常出现。

因此，必须发展民用直升机型号合格审定（含设计更改）的审定基础分析技术，建立符合最新民航规章要求的、科学的审定基础分析流程，以满足国产先进民用直升机型号研制和适航取证的急需。本文主要通过对美国FAA（Federal Aeronautics Administration，联邦航空管理局）和中国CAAC（Civil Aviation Administration of China，中国民用航空局）颁布的有关航空器型号合格审定设计、更改审定基础、确定指导材料的分析，结合AC311A型直升机取证过程实践，总结给出民用直升机设计更改审定基础的分析方法和流程，使得审定基础分析和确认更加科学化、合理化、规范化。

1 国内外适航当局政策现状

长期以来，美国FAA引领着全球民用航空的发展，其在适航技术和管理方面的经验帮助其建立了完善的、先进的适航政策和法规。下面首先介绍美国FAA有关航空器取证后设计更改审定基础分析确定的相关政策。

1.1 美国FAA相关政策现状

FAA发布的FAR part 21《Certification Procedures for Products and Articles》[1]中第21.101条规定了设计更改审定基础的确定要求。该条款于2000年6月发布，并分别于2007年11月、2012年4月和2016年12月进行了修订。

为了更加便于局方检查确认审定基础的合理性和准确性，FAA于2001年8月发布了AC21.101-1《Advisory Material for the Establishment of the Certificetion Basis of Changed Aeronautical Products》[2]，该咨询通告为航空产品更改的审定基础确定提供指导，包括如何确定更改是否需要申请一个新的型号，是否为实质性更改，是否为重大更改等。

2010年9月，FAA换版了该咨询通告，并发布了AC21.101-1A《Establishing the Certificetion Basis of Changed Aeronautical Products》[3]，这次修订增加了型号合格证更改，补充型号合格证和补充型号合格证更改等几类更改确定审定基础的流程，以及整个过程中的详细评估、分类和决定。

2016年3月，FAA发布了AC21.101-1B《Establishing the Certificetion Basis of Changed Aeronautical Products》[4]，也是该咨询通告目前的最新版本。这次修订提出了“changed product rule”的概念，同时增加一章描述FAR 21.101（c）款除外的产品，还增加了部分其他考虑和附录，但是确定审定基础的流程和方法没有变化。

1.2 中国CAAC相关政策现状

我国民机适航工作起步较晚，在1980年代，参考美国FAA初步建立了适航规章体系，其中就包括CCAR-21部，经过几十年的发展，CCAR-21部已经发展至第四次修订状态[5]，其中CCAR-21.101条是CAAC有关航空器设计更改审定基础确定的要求，该条款内容与目前FAR最新版本的21.101条一致。

2014年1月， CAAC参考AC 21.101-1A，发布了AC-21-AA-2014-36《航空产品设计更改审定基础的确定方法》[6]，目的是为按照CCAR-21部的第21.101条对已经型号合格审定的航空产品进行更改时局方确定审定基础提供指导，以及帮助确认按照第21.19条是否有必要申请新的型号合格证。同时发布了AP-21-AA-2014-36《航空产品设计更改审定基础的确定程序》[7]，目的是为局方提供对已经型号合格审定的产品进行更改时确定其审定基础的程序，以执行CCAR-21部第21.19条和第21.101条。以上咨询通告和管理程序，适用于通过型号合格证（TC）更改、补充型号合格证（STC）或STC更改、改装设计批准书（MDA）或MDA 更改来进行的设计更改，也适用于型号认可证（VTC）和补充型号认可证（VSTC）审定基础的确定。

以上均为指导局方确定航空产品设计更改审定基础的文件，目前尚无相关用于指导工业部门开展此项工作的解析说明、技术流程和方法应用指南。

2 CAAC现有规章要求

本文只讨论民用直升机设计更改的审定基础确定，CCAR 21.101条中相关内容为第一到六款。如下所示。

第21.101条 适用规章的确定

（一）除本条第（二）款和第（三）款的规定外，型号合格证更改或者型号认可证更改的申请人应当表明更改的民用航空产品符合更改申请之日有效适用的适航要求，并且符合《涡轮发动机飞机燃油排泄和排气排出物规定》（CCAR－34）和《航空器型号和适航合格审定噪声规定》（CCAR－36）要求。

（二）如果本款的第1、2 或3 项适用，申请人应当表明更改的民用航空产品符合本条第（一）款要求的适航条款的较早修订版以及局方确认有直接关系的其他适航条款的较早修订版。但是，该较早修订的适航条款不得早于型号合格证或者型号认可证中引以为据的相应条款或者适航规章中有关该更改的特别追溯要求。对下述情况，申请人可以表明符合较早修订的适航条款：

1. 局方确认不是重大更改。确定某个更改是否重大更改，局方考虑所有在该更改之前与之相关的设计更改和该民用航空产品型号合格证或者型号认可证中所列的适用规章的相关修正案。符合下列准则之一的更改被自动确认是重大更改：

（1）未保持民用航空产品原有的总体构型或构造原理；

（2）欲更改的民用航空产品在合格审定时曾采用的前提条件不再有效。

2. 局方确认不受更改影响的每个区域、系统、部件、设备或者机载设备；

3. 受更改影响的每个区域、系统、部件、设备或者机载设备，局方确认要它们符合本条第（一）款中所述的规章对被更改的民用航空产品的安全水平没有实质作用或者不切实际。

（三）申请更改最大重量不大于2 700 公斤（6 000 磅）的航空器（不包括旋翼航空器）或最大重量不大于1 360 公斤（3 000 磅）的非涡轮驱动的旋翼航空器的申请人，可以表明其更改的民用航空产品符合型号合格审定所依据的规章。但是，如果局方确认某一区域更改重大，可以要求申请人符合型号合格审定所依据的规章中适用于产品更改的较晚修订的适航条款以及任何局方确认有直接关系的其他规章，除非局方确认其符合这些适航条款或者规章对被更改的民用航空产品的安全水平没有实质性作用或者不切实际。

（四）如果局方确认，因所申请更改具有新颖或独特的设计特点，更改申请之日有效的适航规章无法提供充分的标准，则申请人还应当符合专用条件及其修正案，从而达到等同于更改申请之日有效的适航规章所确定的安全水平。

（五）运输类航空器型号合格证或者型号认可证更改的申请书有效期为五年，任何其他的型号合格证或者型号认可证更改的申请书有效期为三年。如果在本款规定的时间期限内更改未取得批准或者已经明确不可能取得批准，申请人应当符合以下要求之一：

1. 提出新的型号合格证或者型号认可证更改的申请，并符合本条第（一）款中适用于原始更改申请的所有规定；

2. 提出型号合格证或者型号认可证更改的申请书的延期，并符合本条第（一）款的规定。此时，申请人必须选择一个新的申请日期。这个新的申请日期不得早于更改获得批准日期前本款规定的有效期的时间。

（六）对于根据第21.17 条第（二）款、第21.24 条、第21.25 条和第21.26 条颁发型号合格证的航空器，在更改申请之日有效的适用于该民用航空产品类别的适航要求包括局方确认对该航空器型号合格审定适用的每一适航要求。

3 审定基础分析方法和流程

3.1 CCAR 21.101条款分析

根据CCAR-21部第21.101条规章要求，申请型号设计更改合格审定的申请人必须表明符合最新的适用适航要求，除非按照第21.101条第（二）款提出例外的处理。除非判定新的适航要求对于型号不适用，否则必须事先对更改进行分类，确定更改是重大的还是非重大的，并提出适当的审定基础。

CCAR21.101条第（二）款规定，满足以下3个条件可以选择较早的适航条款版本，但不能早于原始型号的审定基础状态：①属于非重大更改；②不受更改影响的区域；③对安全性水平没有实质作用或不切实际。

因此，审定基础分析确认的重点在于对重大更改的判断、受更改的影响域分析，以及采用最新条款对安全性水平是否有实质作用或是否切合实际这几个方面的分析。

3.2 FAA AC21.101-1A分析

FAA咨询通告AC21.101-1A，给出局方确认申请人提议的审定基础方法及流程如下。

①确定航空产品的型号设计更改；②判断更改是否为实质性的更改；③判断是否使用最新的修正案要求；④确认更改之间的关系；⑤判断确认设计更改/更改组是否是重大更改；⑥判断确认是否是受重大更改影响的区域；⑦对受重大更改影响的区域，判断确认符合最新要求是否切合实际或对安全水平有实质贡献；⑧确认审定基础及修正案水平。

根据上述流程，可以看出FAA在确认申请人提议的审定基础时，重点关注设计更改的识别和分类，根据确认申请人项目是否属于重大更改，判定是否接受申请人提议的审定基础状态。

3.3 审定基础分析流程

根据对CCAR21.101规章的解析，以及FAA相关咨询通告的分析研究，确定了审定基础分析工作主要包括：方案分析并确定是否重新申请TC、更改要素识别、筛选适用条款范围、重大更改判断、审定基础状态评估5个步骤，并重点识别出其中三大关键环节：更改要素识别、重大更改判定、审定基础状态评估，形成了民用直升机设计更改审定基础分析流程，如图1所示（关键环节对应步骤2、步骤4和步骤5）。

3.3.1 更改要素识别

设计更改可能包括物理上的设计更改和功能上的更改（如运行包线或性能的更改），且在对更改进行识别时要确定受更改影响的区域，更改有可能是一个独立的更改或一些更改的组合。通过研究，提出了识别型号设计更改的方法。

①确认更改的型号设计构型。对于系列型号，如直11系列直升机（AC301、AC301A、AC311、AC311A），必须确认要更改的型别平台，并且还要考虑之前所进行更改的累积效果；②按直升机专业或系统分别对各自具体的更改内容进行识别和确认。通过判断各项设计更改相互间是否有关联对各型号设计更改进行分组，如增加最大乘客的数量可能导致机身的加长，机身加长会导致重量增加，且有可能导致发动机功率的增加。因此，机身加长、重量增加和发动机功率增大都是为达到增加最大乘客数量的目标所带来的相关更改。同时，对驾驶舱航电升级就是一个独立的更改，与增加乘客数量更改无关；③通过影响域分析，确定各更改/更改组对产品其他区域、系统、部件、装备或机载设备产生的影响。

对于无法直接从物理方面或功能特性方面做出判断的更改，通过对比国内外航空产品更改合格审定工作经验，提出了用于受更改影响区域的判断准则：①产品基线是否发生更改？②该区域是否受设计更改影响？③系统或系统功能的部分更改是否对非更改区域产生功能效应？④不受更改影响的区域是否需要符合更改中系统或产品的最新等级要求？⑤产品级特性是否受更改影响？⑥该区域内现有的符合性工作是否不再有效？

满足其中任一准则，就作为UaJHYgVcyxvw0QL3iKQu4NYvZJpxSQ9I4+pSHv3pBTU=受更改的影响区域。

设计更改要素的识别和分组技术是关键技术之一，以AC311A直升机为例，按航电、电气、动力装置、结构、旋翼、增稳和飞行/总体等系统/专业分别对更改的内容进行分析、识别，最终确定设计更改被分为7项独立设计更改/更改组，见表1。

其中，换装发动机时，与发动机相关的传动系统、燃油系统、滑油系统等进行适应性改进，因此，组合在一个更改组中。机体结构和环控系统由于之间的关联关系也组合在一个更改组中。

3.3.2 重大更改判断

CCAR-21第21.101条第二款规定，重大更改是对型号合格证的更改达到下面一项或者一项以上的更改：总体构型变更、构造原理变更或用于合格审定的假设不再有效，但没有达到实质性更改的程度。对重大更改的判断是审定基础分析的另一重要环节，由于CAAC是参照FAA发布了该要求，因此，通过对FAA咨询通告的分析研究，提出了规章解析、重大更改的判断方法，具体如下。

①不再保持原有总体构型的更改（总体构型的重大更改）。在产品级对总体构型进行更改，更改后的产品不同于其他产品型号，例如性能或主要部件的互换性。需要一个新的型别号区别于其他产品型别；②不再保持原构造原理的更改（构造原理的重大更改）。在产品级对影响整个产品运行特性或固有强度的材料及构造方法的更改。这些可能需要大规模的重新审查以表明符合性。主结构由金属材料变为复合材料就是一个例子；③用于原型号合格审定的假设不再有效的产品级更改（欲更改的民用航空产品在合格审定时曾采用的前提条件不再有效的更改）。在产品级对与符合性验证、性能或运行包线相关的假设进行更改。例如，航空器从非结冰运行条件到结冰运行条件的更改、飞行控制从机械式更改为电传操纵、驾驶舱从完全独立的机电仪表更改为大量使用软件及复杂硬件的高度集成的综显系统等。

如果一个独立的更改或更改组被确认为重大更改，对于该设计更改，以及受该更改影响的区域的审定就必须符合最新的适航规章要求。除非使用最新的适航规章要求对安全性提升没有实质作用或者不切实际。

对于非重大更改，可以符合现有的审定基础，除非所提议的审定基础标准的确是不适当的。如果现有的审定基础不适当或者没有规章标准，则要使用专用条件。

以AC311A直升机为例，说明如何判断是否为重大更改，见表2。

3.3.3 审定基础状态评估

依据CCAR21.101，对于重大更改需采用最新的适航规章，除非采用最新规章要求对安全性没有实质性提升或采用最新适航规章不切合实际。因此，对于申请人来说，若不采用最新的规章要求，必须向局方提供充实有力的证据。

是否采用最新的适航规章，是实现民用直升机经济性与安全性平衡的关键。在进行分析时必须考虑到受重大更改影响的所有区域、系统、部件、设备。

通过研究分析，提出是否采用最新规章要求的评估方法。

1）若采用最新规章要求对安全性提升无实质作用，则可不采用最新适航条款版本，具体有以下几种情况：①条款修订是行政性质，内容要求无更改或仅勘误等；②条款要求有变化，但通过条款研究确定在安全性方面的要求无实质变化；③原型号服役数据表明原审定基础已经能够保证安全性水平，即便使用新规章，对安全性水平提升没有作用；④属于受重大更改影响的区域，但其改动不是增加新功能，而仅仅是为了保留原有的功能或能力。

2）除了从安全性水平提升角度考虑外，还需考虑实施是否切合实际，通常主要考虑按照最新要求设计和验证的实施成本，方法如下：①对比适航条款历史版本和最新版本的要求差异；②分析差异对应的设计要求和验证要求，并评估按照最新要求实施所需要付出的工作量和成本；③对于工作量和成本增加显著，达到需要重新申请TC的程度或者项目无法承受的程度时，需将成本与安全性进行平衡，具体要和适航当局协商确定。

以AC311A直升机取证过程中27.561条的验证为例，CCAR27-R1版27.561条款版本修订和新增27.562条款的目的是为了在直升机遭受应急着陆撞击时，加强对乘员的保护。版本更新进一步补充和提升了民用直升机在可生存应急着陆中约束和保护乘员的标准，提高了安全水平，但同时大大增加了设计、验证的难度和成本。为了符合27.561、562条款的最新要求，AC311A直升机需对座椅、地板、舱内质量块支承结构等进行重新设计。同时，为了向局方表明符合27.561、562条的最新要求，要补充大量验证工作，导致成本代价过高。根据AC301型机和AC311直升机的服役经验数据表明，按照原有的CCAR27-R0版条款要求已经能够保证足够的安全水平，因此，分析认为沿用原AC301和AC311取证时规章条款版本CCAR27.561条（R0版）可以保证足够的安全性。

4 型号实践

2013年，在原AC311直升机基础上通过换装发动机，并配套使用国产化综合航电系统，最大起飞重量外扩至2 250 kg，适当增加旋翼系统转动惯量，并对全机结构、电气等系统进行适应性改进研制的高原型直升机，命名为AC311A直升机。

基于AC311A直升机型号合格审定工作的需要，在AC311A直升机首次TCB会议上，局方要求申请人依据CCAR21.101条款的要求，针对产品各项设计更改，分析CCAR27部适用条款及其修正案水平。因此，申请人针对AC311A直升机开展了审定基础分析工作。其主要内容和过程如下：①为了识别AC311A各项设计更改，按直升机主要系统/专业划分，对各系统/专业的更改内容进行识别，并通过关联性分析，给出独立的设计更改/设计更改组；②对各设计更改/更改组的影响域进行分析，给出相关适用的审定基础条款；③对各设计更改/更改组是否是重大设计更改进行判断；④对受影响区域适用条款的修正案（CCAR27-R0或CCAR27-R1）的修订内容，以及AC311采用的审定基础进行对比，分析采用最新有效规章的可行性；⑤给出AC311A建议的审定基础及修正案水平。

最终确定AC311A直升机审定基础共计181条，获得了局方的认可，并在一定程度上推动CAAC在2014年颁布的“AC-21-AA-2014-36”和“AP-21-AA-2014-36”。

5 结束语

民用直升机的审定基础直接决定了航空器证后设计更改的安全性水平和验证代价，只有表明对所有审定基础的符合性后，民用直升机才能投入运营。因此，本研究是国产民用直升机型号设计更改取证、实现市场化运营的关键技术。

本研究作为民用航空器适航取证的关键技术，在追求民用航空器安全性的同时，也为工业方带来了很大的经济效益，对我国民用器的产业化、系列化发展具有重大意义。随着民用直升机投入运行后，用户个性化定制要求的不断提出，证后设计更改工作的不断增加，本研究将随着型号实践经验的积累继续完善和修订，也会为CAAC制定、更新适航法规政策提供借鉴。

参考文献：

[1] FAA.FAR part 21，Certification Procedures for Products and Articles[Z].1966.

[2] FAA.AC21-101，Advisory Material for the Establishment of the Certificetion Basis of Changed Aeronautical Products[Z].2001.

[3] FAA.AC21-101A，Establishing the Certificetion Basis of Changed Aeronautical Products[Z].2010.

[4] FAA.AC21-101B，Establishing the Certificetion Basis of Changed Aeronautical Products[Z].2016.

[5] 中国民用航空局.CCAR-21-R4，民用航空产品和零部件合格审定规定[Z].2017.

[6] 中国民用航空局.AC-21-AA-2014-36，航空产品设计更改审定基础的确定方法[Z].2014.

[7] 中国民用航空局.AP-21-AA-2014-36，航空产品设计更改审定基础的确定程序[Z].2014.