民用运输类直升机吊挂运行适航符合性设计

1、    民用运输类直升机吊挂运行适航符合性设计    曹友明摘 要：由于民用直升机吊挂运行适航取证较难，且国内缺乏此类项目的取证经验，为此该文将对民用直升机吊挂运行适航取证要求进行研究。该文对直升机外挂物进行定义，介绍了吊挂运行类型。进一步对吊挂运行适航要求进行系统性梳理，并介绍了直升机吊挂运行符合性的设计要求，以期能为直升机企业申请吊挂运行适航取证提供借鉴和指导。关键词：直升机；吊挂运行；适航要求中图分类号：v239 文献标志码：a0 引言直升机因其具有灵活的机动性、悬停性能、能够垂直起降等优点，使其在吊挂运输、消防救火等领域应用愈加广泛。民用直升机吊

2、挂运行只有经过适航取证才能投入运营，由于吊挂运行涉及的适航要求较多，验证技术难度大，且缺乏相应的项目取证经验，导致国内直升机企业申请吊挂运行的难度较大。根据目前对影响直升机吊挂运行安全因素和直升机/刚性钢索/刚体吊挂物的全耦合飞行力学模型进行研究，发现其多偏于运用吊挂技术，缺乏直升机吊挂运行符合性设计说明。为此该文将对直升机吊挂运行适航要求进行研究，以期能够给直升机企业申请直升机吊挂运行适航取证提供参考。1 直升机吊挂运行界定直升机吊挂是指具有真实有效载重能力的机外装置或箱体。直升机吊挂分为可抛放型和不可抛放型，对于可抛放型吊挂还需满足具有真实抛放能力的要求。对于不可抛放型吊挂需满足a级吊挂要

3、求。真实有效载重：除外挂装置或箱体自身重量外，吊挂有效载重的载重能力。真实抛放能力：使用经批准的快速释放系统在30 s内或者更短时间内释放外挂载重的能力。far133部根据直升机不同吊挂载荷的作业形式，将直升机吊挂运行分为a级、b级、c级和d级4种类型，并根据吊挂运输对象的不同，分为有人外吊挂（hec）和无人外吊挂（nhec）。2 吊挂运行适航要求解读吊挂运行适航取证涉及设备取证、装机验证、运行符合性等方面内容。涉及的主要适航条款有ccar29.601、29.865、29.1301、29.1309以及运行规则ccar91部中第n章的要求。2.1 设计要求吊挂运行的设计要求主要涵盖设备取证、装机

4、验证等要求。设备取证需考虑吊挂设备预期的使用环境要求。吊挂设备设计方面需要满足ccar 29.601、29.865、29.1301、29.1309等相关适航要求，如设计过程中不得出现危险或不可靠因素；吊挂设备的选材必须建立在试验的基础上；吊挂设备制造方法要选择经批准的工艺方法，如果采用新的工艺方法，必须通过试验证实该工艺的稳定性。2.2 载重适航符合性设计ccar29.25（c）款允许无人可抛放型吊挂最大吊挂载重大于民用直升机合格审定中的最大重量。即申请人在取得型号合格证的基础上，加装吊挂构型最大重量超过按本条（a）款制定的最大重量，但必须保证超过的部分仅为外挂载重的全部或部分重量。且需考虑超

5、出部分重量应符合结构部件强度要求、发动机功率、飞行性能以及外挂物在整个经批准的包线内的可抛放性等要求。对无人不可抛放和有人外挂不允许吊挂的情况时，最大载重不能超过直升机审定时确定的最大重量。2.3 载荷适航符合性设计ccar29.865（a）款规定了旋翼航空器拟申请外吊挂装载组合设备所须承受的载荷限制。2.3.1 吊挂运行载荷角度要求对任何级别的吊挂组合和载重类型，载荷必须作用在垂直方向。对于可抛放外挂物载重类型，载荷作用方向另有规定，载荷必须作用在使用中所能达到的与垂直方向成最大角度（但不小于30°）的任何方向上，但是如果因为一些物理约束措施或是由于运行限制导致不能达到这个角度，则

6、可以降低此角度。2.3.2 载荷系数考虑对于无人外挂载重，吊挂设备承受的垂直限制载荷系数（nzw）取2.5，或取经批准的ccar29.337“限制机动载荷系数”，或取按照ccar29.339“合成机动载荷”或ccar29.341“突风载荷”确定的最小限制静载荷。如果申请小于2.5的设计限制载荷系数，申请方需提供合理的分析或飞行运行数据，表明在使用中不可能超过所申请的载荷系数，则允许采用该设计限制载荷系数作为nzw。对于有人外挂载重，吊挂设备承受的垂直限制载荷系数取3.5（保守值），或2.5nzw3.5，或按ccar29.337条确定的某一较小但不小于2.5的载荷系数，或取按照ccar29.33

7、9“合成机动载荷”或ccar29.341“突风载荷”确定的最小限制静载荷。2.3.3 疲劳要求对可能危及旋翼航空器或人员安全的外吊挂设备应按ac29 mg11进行分析或试验，并把寿命限制编入维修手册中。对于用于无人外挂载重的吊挂组合，如果涉及关重件，则必须考虑ccar29.571条疲劳评定要求。对于用于有人外挂载重的吊挂组合，必须考虑整个快速释放系统和载人装置结构系统及其连接件的ccar29.571条疲劳评定要求。2.4 快速释放系统适航符合性设计对于可抛放型吊挂组合的外挂物吊挂设备，必须具有使驾驶员在飞行中能够快速释放外挂物的释放系统（qrs）。该快速释放系统必须由一个主快速释放子系统（pq

8、rs）和一个备用快速释放子系统（bqrs）组成，需满足。（1）对于可抛放的外挂载重类型rlc，必须设置互相独立的主、备用快速释放子系统。（2）pqrs的操纵机构必须安装在驾驶员的一个主操纵器件上或可接近的位置上，并且设计和布置成在應急情况下任意驾驶员或机组成员都能操作而不会危及旋翼航空器的安全性。（3）bqrs操纵机构必须布置成驾驶员或机组成员都易于接近并操作。（4）必须确保在各种工况下，主、备用快速释放系统均能正常工作。对所有构成pqrs或对它有影响的功能装置进行重复试验，在临界状态下对于nhec至少试验10次，hec至少30次，并且要通过环境试验（高低温、盐雾、振动、霉菌等）考核。（5）必

9、须对主、备用快速释放子系统进行保护，以防止由于旋翼航空器其他部件的电气或机械故障而导致系统失效。（6）对于可抛放nhec系统，要求pqrs应能承受至少20 v/m的射频场强；对于可抛放hec系统，要求pqrs应能承受至少200 v/m的射频场强。（7）对于可抛放外挂物，要求为pqrs和bqrs分别提供一套双作动装置以及一套隔开的双作动装置。（8）通过理论分析、地面试验和飞行试验相结合的方法表明，在正常飞行条件下，使用包线内临界构型的可抛放外挂载重可以运输和抛放，并且不会对旋翼航空器产生危险。（9）通过理论分析、地面试验和飞行试验相结合的方法表明，在应急飞行情况下，临界构型的可抛放外挂载重的抛放

10、，不会对旋翼航空器产生危险。2.5 飞行试验适航符合性设计吊挂运行的功能验证需要通过飞行试验来表明。ccar29.865（d）和far 133.41规定应携带整套外吊挂装置进行飞行试验验证，验证其使用包线。飞行验证应在申请取证的基本吊挂类型中最临界直升机吊挂物组合构型和最临界使用状态下进行，其他的吊挂物组合形式在不超出基本吊挂类型的结构限制和可靠性限制因素下可作为等效安全批准。（1）各种构形的临界组合，大重量和小重量，长钢索和短钢索，货物形状，低、中、高密度的载重等。（2）飞行试验重量和重心位置，在重量重心包线内、在临界重量和纵横重心组合情况下进行。（3）飞行特性，在不同的重量重心组合下，验证

11、不同的飞行状态时，需要考虑气动特性、操稳特性、吊挂和机身干涉等因素的情况，确定外吊挂飞行时的空速、最大转弯角、侧飞/风速等限制。（4）抛放特性，在足够的空速和下降率状态下进行应急和正常抛放演示，得到满意的分离特性的空速限制以及外吊挂释放系统的功能验证。2.6 运行适航符合性设计ccar91r2中第n章和far133部规定了外吊挂运行要求。主要涉及飞行员和机组资质、操作规则、吊挂人员、飞行手册、审查和营运规则、通信、飞行特性、结构设计、运行限制以及夜间吊挂运行照明等要求。2.7 其他（1）标记标牌设置。需在紧邻吊挂装置附近设置外挂载荷标记标牌，在驾驶舱内驾驶员可见的地方设置吊挂运行限制标牌，以及

12、针对有人外挂，应在所有适当的位置设置标牌或标记，并清楚地标明系统操作指南，对于载人装置，应标明乘员进入和退出的指南。（2）吊挂运行限制。提供由于直升机载重能力和运行限制而制定的飞行手册。（3）机内通话。对于hec，需要设置指定的机组成员与外部人员直接通话的设备，并且对该设备采取保护措施，避免电磁干扰，其能经受do-160中y类最低的射频场强。（4）重心限制。应确保吊挂组合的重心范围在型号合格审定批准的重心范围内。3 结语随着民用直升机选装外挂、电动绞车等实用设备进行运输和救援任务成为普遍需求，为保证国产民用直升机吊挂运行能迅速占领市场，提升国产民用直升机的市场竞争力，必须对民用直升机吊挂运行适航取