《水上飞机重量重心设计与控制要求》

1HBXXXX—XXXX水上飞机重量重心设计与控制要求本文件规定了水上飞机（含水陆两栖飞机）重量重心设计、控制与验证要求。本文件适用于水上飞机，其他飞机可参考使用。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本文件。GB/T38717-2020水陆两栖飞机术语GJB2183-1994飞机重量与平衡要求GJB2194-1994飞机（含旋翼机）重量与平衡数据的报告格式HB5519-1989飞机零组部件重量与重心公差HB5862-1984飞机重量与重心公差HB7620-1998运输类飞机重量分类CCAR-23-R3正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航标准中国民用航空局2004年10月12日中国民用航空局令第132号CCAR-25-R4运输类飞机适航标准中国民用航空局2011年11月7日中国民用航空局令第209号3术语和定义GB/T38717界定的术语和定义适用于本标准，下列术语和定义也适用于本标准。3.1最大滑行重量maximumtaxiweight又称最大停机坪重量。允许飞机在停机坪上开始滑行前的最大重量，等于最大起飞重量加上发动机起动、试车和飞机滑行所需燃油的重量。水上飞机的最大滑行重量即指陆上最大滑行重量。3.2最大水面滑行重量maximumwatertaxiweight水上飞机的最大水面滑行重量指允许飞机在水面开始滑行前的最大重量，等于最大水面起飞重量加上发动机起动、试车和飞机滑行所需燃油的重量。3.3最大水面起飞重量maximumwatertakeoffweight水上飞机的最大水面起飞重量指水上飞机在水面开始起飞滑行时的最大重量，一般按起飞时的结构要求、水动力特性限制确定，通常会定义不同浪高条件下对应的最大水面起飞重量。3.4最大着水重量maximumwaterlandingweight水上飞机的最大着水重量指受水上飞机强度、水动力特性和适航要求所限制的船体触水时的最大重量，通常会定义不同浪高条件下对应的最大着水重量。3.52HBXXXX—XXXX滑行汲水后最大起飞重量maximumlift-offweightafterscooping对于具备水面汲水功能的水上飞机，水面滑行汲水后允许起飞的最大重量。3.6重心前限forwardlimitofcenterofgravity为保证飞机具有足够的操纵性而要求飞机重心不超过某一前重心位置，这一重心就是飞机的重心前限。对于水上飞机，水上运行重心前限的制定还应考虑包括水动阻力、滑行稳定性、喷溅、撞击等水动力特性的影响。3.7重心后限afterwardlimitofcenterofgravity为保证飞机具有足够的稳定性而要求飞机重心不超过某一后重心位置，这一重心就是飞机的重心后限。对于水上飞机，水上运行重心后限的制定还应考虑包括水动阻力、滑行稳定性、喷溅、撞击等水动力特性的影响。4重量设计要求4.1重量分类要求重量分类按功能准则进行，对所有的结构件和设备或装置，细分到可以区别的功能件，并归入同一功能组内，具有多功能的结构件和设备或装置按其主要功能进行分类。重量分类应满足GJB2194《飞机（含旋翼机）重量与平衡数据的报告格式》和HB7620《运输类飞机重量分类》的要求。水上飞机中特殊的部件（如船体、水舵、浮筒等）按功能分类划分到相应功能结构或单独划分为一个功能结构。水上飞机的重量分类如表1所示。表1水上飞机重量分类说明序号组类别名称ATA章节号重量备注1机体结构起落架仅包含ATA32-10（主起落架和舱门）、32-20（前起落架和舱门）及32-70（辅助起落架）货物和附件舱舱门机身含机身船体短舱/吊架安定面如有，则含背鳍窗机翼水舵浮筒分为主浮筒、辅助浮筒3HBXXXX—XXXX序号组类别名称ATA章节重量备注2动力装置机载辅助动力装置49动力装置涡轮/涡桨管道风扇/无管道风扇发动机发动机燃油和控制空气发动机控制发动机指示排气滑油起动803系统和设备空调通信设备/装饰飞行操纵燃油液压源防冰和防雨指示/记录系统起落架控制及位置告警不含ATA32-10（主起落架和舱门）、32-20（前（辅助起落架）照明导航氧气气源真空水/废水厨卫用水等压舱水41客舱系统44中央维护系统(CMS)45信息系统464HBXXXX—XXXX序号组类别名称ATA章节重量备注3系统和设备螺旋桨/推进器614任务系统专用设备5面漆6标准项目不可用燃油滑油液压油其他7基本空机1～6合计8使用项目机组设施、随机文件客舱供应品安全设备饮用水与卫生间化学药品货物装载设备按合同/研制要求规定附加的应急设施和其他9使用空机7+8合计注：表中未定义章节号，根据实际情况，自行定义章节号。4.2特征重量特征重量的设计应能满足飞机操稳、载荷计算和水动力计算、试验的需求，同时满足型号设计规范的规定。特征重量应能涵盖重心包线边界点、典型使用状态、强度专业需求状态和适航要求的重量状态。特征重量和重量组成类别的对应关系如图1所示。水上飞机特征重量的设计，需定义最大水面起飞重量、最大着水重量。对于有不同抗浪需求的水上飞机，需定义不同浪高条件下对应的最大起飞重量和最大着水重量。5HBXXXX—XXXX图1重量组成与特征重量关系图4.3最大重量限制4.3.1正常类、实用类、特技类和通勤类飞机申请正常类、实用类、特技类和通勤类飞机型号合格证的水上飞机，其最大重量设计应满足飞机在表明符合适航规章每项适用要求（除了那些符合设计着陆重量的以外）时的最重的重量。一般要求不超过申请人选定的最重的重量、最大设计重量、符合飞行要求的最重的重量，同时不得小于最大零燃油重量加上备份油重量的总和。水上飞机重量最大重量限制的制定，根据陆上和水上不同运行条件的需要，可制定不同的最大重量（i）每个座椅均坐人，假定对于正常类和通勤类飞机每个座椅上本节与适航条款CCAR-23-R3§23.25（a）内容一致。4.3.2运输类飞机申请运输类型号合格证的水上飞机最大重量设计应满足飞机运行状态（例如在机坪、地面或水面滑6HBXXXX—XXXX行、起飞、航路和着陆时）、环境条件(例如高度和温度)及载重状态（例如无油重量、重心位置和重量分布）的最大重量要求，同时不超过申请人针对该特定条件选定的最重的重量、表明符合结构载荷要求和飞行要求的最重的重量、表明符合有关噪声审定的最重的重量。本节与适航条款与CCAR-25-R4§25.25（a）内容一致。4.4最小重量限制4.4.1正常类、实用类、特技类和通勤类飞机申请正常类、实用类、特技类和通勤类飞机型号合格证的水上飞机，其最小重量不大于空重、最小机组的重量、和燃油箱总油量的5%（涡轮喷气飞机）或最大连续功率下工作半小时所需要的燃油量（其他飞机）的总和。水上飞机重量最小重量限制的制定，根据陆上和水上不同运行条件的需要，必要时可制定不同的最小重量限制。本节与适航条款CCAR-23-R3§23.25（b）内容一致。4.4.2运输类飞机申请运输类型号合格证的水上飞机，其最小重量不低于申请人针对该特定条件的最轻的重量、设计最小重量（表明符合结构载荷情况的最轻重量）、表明符合飞行要求的最轻的重量。本节与适航条款CCAR-25-R4§25.25（b）内容一致。5重心设计要求5.1重心设计一般要求水上飞机重心设计首先应符合常规飞机重心设计要求。a飞机重心设计满足操纵性和稳定性要求；b重心范围应能涵盖所有装载需求，且一般前后各保留1%MAC~3%MAC设计余量；7HBXXXX—XXXXc机翼、起落架的布置除满足总体布局要求外，还应满足飞机空机重心设计要求；d飞机重心设计应考虑燃油消耗的影响，油箱的布局尽量使得燃油重心接近飞机重心后限，以减少气动力载荷。燃油消耗带来的重心变化范围在满足重心使用宽度范围内尽量小。5.2重心设计详细要求水上飞机重心设计还应满足以下要求：a)水上飞机重心需满足水动力方面的性能要求，根据水动试验结果确定；b)水动力特性和空气动力特性对飞机重心范围要求发生矛盾时，为满足飞机重心要求，一般优先选择调整水动力参数；c)水上飞机重心设计应具有良好的浮性，满足水静力要求的排水量、浮力、浮心和储备容积，要有符合使用要求的吃水深度、初始纵倾角和横倾角；d)水上飞机重心设计应具有良好的静稳定性，满足飞机漂浮于水面上要有一定抵抗外力作用的能力，以保证限定风浪条件下机翼、螺旋桨、尾翼等飞机部件和外挂设备不致触水，当外力消除后飞机还要有恢复到初始位置的能力；e)水上飞机重心设计应满足包括水动阻力、滑行稳定性、喷溅、撞击等水动力特性和抗浪要求的影响。考虑滑行稳定性时，应避免飞机重心设计过于靠前使得飞机纵倾角进入下不稳定区从而产生海豚跳，也应避免飞机重心设计过于靠后使得飞机进入上不稳定区从而产生跳跃运动；f)水上飞机重量重心设计中应考虑抗沉性要求，飞机上设置的水密舱应保持规定的稳定性，一般船身式水上飞机储备浮力应为总排水量的180%~250%，双浮筒水上飞机储备浮力应为总排水量的100%~120%；g)为满足抗沉性要求，飞机需设置足够的水密舱，使得相邻两舱破损后还能提供足够大的正稳定裕度，使倾覆概率最小；h)水上飞机商载应尽量布置在飞机重心附近，同时需要投放的商载，其投放顺序需要严格设计，保证商载投放对飞机重心变化量的影响尽量最小；i)水上飞机重心前后限的设计应考虑飞机上下斜坡道时前主轮载荷要求；j)水上飞机重量重心包线的设计，应考虑陆上和水面运行条件的不同，必要时可制定不同的重量重心包线；k)必要时可以使用配重，使重心满足设计要求。5.3载重分布要求5.3.1正常类、实用类、特技类和通勤类飞机申请正常类、实用类、特技类和通勤类飞机型号合格证的水上飞机，制定载重分布限制时应满足飞机重心范围和重心限制的要求，同时应符合结构限制要求。载重分布的限制包括纵向分布限制和展向分布限制，一般情况下，纵向分布限制主要考虑商载分布，展向分布限制主要考虑燃油和商载分布。水上飞机制定载重分布限制时还应考虑水密要求允许的渗水量的影响。本节与适航条款CCAR-23-R3§23.23内容一致。8HBXXXX—XXXX5.3.2运输类飞机申请运输类型号合格证的水上飞机，制定载重分布限制时应满足飞机重心范围和重心限制的要求，同时应符合结构限制要求。载重分布的限制包括纵向分布限制和展向分布限制，一般情况下，纵向分布限制主要考虑商载分布，展向分布限制主要考虑燃油和商载分布。水上飞机制定载重分布限制时还应考虑水密要求允许的渗水量的影响。（a）必须制定飞机可以安全运行的重量和本节与适航条款CCAR-25-R4§25.23内容一致。5.4可卸配重要求采用可卸配重来调配飞机重心时，可卸配重材料选取、尺寸、安装位置和标记标牌都应经过专业设计并形成设计模型或图样，可卸配重的设计应使重量重心满足载重分布的要求，同时在重量与平衡手册中应进行说明。6重量、重心控制6.1重量控制重量控制应满足GJB2183-1994《飞机重量与平衡要求》中重量设计的要求，此外水上飞机还应满a)飞机重量控制应满足实现飞机重量设计目标的目的。在飞机不同的设计阶段，可以采用不同的控制方法，如需求与概念论证、初步设计阶段采用目标值控制，详细设计阶段采取目标值和模型重量签署共同控制，试制与验证阶段采取模型重量控制、称重检验及超差处理等；b)最小重量设计应贯彻飞机研制全寿命周期；c)制定重量控制大纲，建立重量控制体系，确定重量与平衡管理制度；d)确定目标重量指标值，建立飞机重量数据库；e)确定重量控制限制线，制定超限控制要求；f)建立飞机重量通报机制，及时提供飞机重量动态信息，及时纠正不良的重量发展趋势；g)建立飞机研制全过程的全面重量检验制度；h)装机成品重量控制始于成品重量指标分配，应从成品设计要求、设计方案、定型验证等方面开展重量控制活动；i)飞机最大起飞重量的吃水深度与抗侧风极限设计倾斜角相协调。6.2重心控制重心控制应满足GJB2183-1994《飞机重量与平衡要求》中重心与平衡设计的要求，此外水上飞机还应满足：a)飞机重心后限，应满足飞机陆上起降、水上起降及飞行过程中稳定度余量的要求；b)飞机重心前限，应满足飞机陆上起降、水上起降和飞行状态操纵性的要求；9HBXXXX—XXXXc)飞机油箱的布局，应满足减少气动载荷和保证重心范围的设计要求；d)水上飞机重心满足飞机操纵性、稳定性要求外，还应满足水动力的性能要求；e)需要投放的商载，如灭火任务用水、救援空投包等的投放必须严格按照设计要求，必要时应制定装载限制要求以保证飞机重心安全；j)水上飞机可制定合理的允许渗水量，保证水面运行安全；f)如有必要可设置飞机固定配重，考虑以最小的重量获取最佳重心配置效果。6.3控制要求6.3.1正常类、实用类、特技类和通勤类飞机申请正常类、实用类、特技类和通勤类飞机型号合格证的水上飞机，其重量、重心控制应满足CCAR-23中有关重量条款的要求：a)已制定的符合客户需求、可安全运行的重心范围和重心限制的要求；b)最大重量、最小重量的限制应符合规章规定的条件。6.3.2运输类飞机申请运输类型号合格证的水上飞机重量、重心控制应满足CCAR-25中有关重量条款的要求：a)已制定的符合客户需求、可安全运行的重心范围和重心限制的要求；b)制定满足飞行运行要求的最大重量、最小重量，使之符合重量、重心限制要求。7验证7.1总则在水上飞机重量重心设计过程中应进行计算验证、试验验证与试飞验证，以验证飞机设计、生产是否符合相关技术条件的要求，保证飞机飞行性能和飞行安全。需求与概念论证、初步设计及详细设计阶段主要采取计算验证，试制与验证阶段以试验验证和试飞验证为主。7.2计算验证计算验证要求如下：a)空机重量与重心、典型装载状态应进行理论计算，并进行操纵性和稳定性计算、载荷强度计算和水动力计算验证；b)重量重心包线边界应进行理论计算，并进行操纵性和稳定性计算、载荷强度计算和水动力计算验证；c)不平衡燃油量需进行理论计算。7.3试验验证试验验证要求如下：a)零组部件生产应进行称重检验，称重检验公差满足HB5519《飞机零组部件重量与重心公差》要求，一般试制与验证阶段飞机模型上的零组部件均应称重检验并记录