屈飛舟　成婷婷

摘 要：對(duì)于民用運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)，最小離地速度是制定飛機(jī)起飛特征速度的關(guān)鍵，是保障飛機(jī)安全起飛離地的基礎(chǔ)速度，必須通過(guò)飛行試驗(yàn)確定飛機(jī)的最小離地速度，并演示飛機(jī)在該速度下能夠安全地起飛離地。由于進(jìn)行最小離地速度試驗(yàn)時(shí)，飛機(jī)是在一種大迎角狀態(tài)下起飛，加之地面效應(yīng)的影響，飛機(jī)離地后極易觸發(fā)失速告警，甚至進(jìn)入失速狀態(tài)。對(duì)于受幾何結(jié)構(gòu)限制的飛機(jī)，在地面保持大姿態(tài)滑跑時(shí)，由于規(guī)章有擦地時(shí)間的要求，因此對(duì)試飛員的駕駛技術(shù)要求極高，一旦操作不當(dāng)，可能造成飛機(jī)結(jié)構(gòu)的損傷。文章研究了最小離地速度試飛的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，制定了飛機(jī)結(jié)構(gòu)保護(hù)措施和試飛駕駛技術(shù)，在研的運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)最小離地速度合格審定飛行試驗(yàn)可參考使用。

關(guān)鍵詞：最小離地速度；尾橇；風(fēng)險(xiǎn)控制；試飛駕駛

中圖分類(lèi)號(hào)：V217+.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）15-0019-03

Abstract： For the civil transport aircraft， the minimum unstick speed （Vmu） is the key to determining the take-off characteristic velocity and the basic speed for the safe take-off of the aircraft. The minimum unstick speed of the aircraft must be determined through flight tests， and demonstrates that the plane can safely take off from the ground at this speed. Due to the fact that the aircraft takes off at a high angle of attack and the impact of ground effect， it is easy to trigger the stall alarm and even enter the stall state when the Vmu test is carried out. For the aircraft restricted by geometric structure， when the plane glides in a large attitude on the ground， the rules and regulations require the time to wipe the ground， so the driving technology of the test pilot is very high； once the operation is improper， it may cause damage to the aircraft structure. In this paper， the risk point of the flight test at the minimum unstick speed is studied， and the structure protection measures and flight test technology of the aircraft are established， which can be used for reference in the approved flight test of the transport aircraft at the minimum unstick speed.

Keywords： minimum unstick speed （Vmu）； tail skid； risk control； flight test pilot technique

1 概述

最小離地速度是指飛機(jī)不呈現(xiàn)任何危險(xiǎn)特性，能夠安全離地并且繼續(xù)起飛的最小速度，是運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)在最大可用迎角條件下安全起飛可達(dá)到的最低速度[1]。最小離地速度是運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)制定抬前輪速度的重要限制因素之一，運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)要求飛機(jī)的起飛抬前輪速度必須與最小離地速度之間具有安全的裕度，因此，最小離地速度飛行試驗(yàn)是新研制的民用運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)必須進(jìn)行試飛科目，在飛機(jī)的全包線范圍內(nèi)確定最小離地速度，可驗(yàn)證飛機(jī)的抬前輪速度能否滿足適航標(biāo)準(zhǔn)的要求，這對(duì)于保障民用運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)的安全運(yùn)行意義重大。

最小離地速度（VMU）是民用飛機(jī)最大性能起飛的試驗(yàn)機(jī)動(dòng)，它是飛機(jī)在地面效應(yīng)影響的情況下進(jìn)行的低速大迎角試飛科目[2]，試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)大，要求飛行組織嚴(yán)密有序，試飛員的駕駛技術(shù)高超。

2 試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)具體飛機(jī)的幾何特性、失速特性和升降舵操縱效能之間的相互關(guān)系，最小離地速度可分為以下幾種類(lèi)型：

（1）受失速限制的最小離地速度。

（2）受飛機(jī)幾何結(jié)構(gòu)（尾部擦地）限制的最小離地速度。

（3）受升降舵可用操縱效能限制的最小離地速度。

圖2給出了判斷一型運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)的最小離地速度類(lèi)型的程序。

現(xiàn)代民用運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)的最小離地速度試飛類(lèi)型大多數(shù)是受飛機(jī)幾何結(jié)構(gòu)限制的。

對(duì)于受幾何結(jié)構(gòu)限制的運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)的最小離地速度，一般期望在尾部觸地瞬間飛機(jī)俯仰角速度近似為零，以便減小由于尾部重接地帶來(lái)的結(jié)構(gòu)損傷現(xiàn)象。但是，在不同推重比情況下進(jìn)行最小離地速度試飛，從拉桿建立大迎角姿態(tài)、尾部觸地調(diào)整操縱到飛機(jī)離地的整個(gè)過(guò)程中時(shí)間間隔存在差異，因此，這會(huì)給試飛員操縱飛機(jī)帶來(lái)很大難度。

當(dāng)飛機(jī)尾部接地時(shí)，若俯仰角速度過(guò)大，則存在尾部重接地現(xiàn)象。某型機(jī)在飛行試驗(yàn)中，試驗(yàn)推重比相對(duì)較大，達(dá)到0.35以上，此時(shí)飛機(jī)滑行加速度較大，從飛機(jī)尾部觸地到起飛離地之間的間隔時(shí)間相對(duì)較短，通常只有1～2s。如果此時(shí)要求試飛員較早地回桿修正，以降低尾部觸地的俯仰角速度，可能存在沒(méi)有達(dá)到尾部觸地飛機(jī)就已經(jīng)離地的現(xiàn)象。因此，大推重比的情況下可能存在尾部觸地和離地期間俯仰角速度較大或者如果減小觸地和離地俯仰角速度飛機(jī)沒(méi)有達(dá)到尾部觸地就已經(jīng)離地兩種現(xiàn)象之間的矛盾。此時(shí)若操縱不及時(shí)，可能使飛機(jī)尾部擦到地面，造成飛機(jī)結(jié)構(gòu)損傷。圖3和圖4分別給出了某型機(jī)進(jìn)行最小離地速度試驗(yàn)前后飛機(jī)的尾部結(jié)構(gòu)，此次試驗(yàn)中飛機(jī)尾部結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重擦傷。

因此，對(duì)于大推重比情況下的最小離地速度試飛，考慮可以使用能夠?qū)崿F(xiàn)推重比的最大重量，以便盡力增加飛機(jī)離地速度，保證尾部觸地到離地之間具有足夠的加速時(shí)間，減輕試飛員進(jìn)行操縱調(diào)整飛機(jī)姿態(tài)的難度。

3 尾橇設(shè)計(jì)

對(duì)于受幾何結(jié)構(gòu)限制的運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)最小離地速度試飛，需要在飛機(jī)底部觸地的位置加裝尾橇，以便保護(hù)飛機(jī)的尾部結(jié)構(gòu)，尾橇在試驗(yàn)中直接與跑道進(jìn)行摩擦，熱量會(huì)急劇增加，冒出持續(xù)的火花，因此尾橇必須符合一定的設(shè)計(jì)技術(shù)要求才能在飛行試驗(yàn)中使用。尾橇的主要技術(shù)要求為：

（1）尾橇應(yīng)能夠有效保護(hù)試驗(yàn)中飛機(jī)可能與地面摩擦的區(qū)域。

（2）尾橇材料要求有阻燃特性，同時(shí)耐磨性好。

（3）尾橇上易損壞的零部件更換方便。

（4）尾橇與跑道的接觸面應(yīng)平滑，其與機(jī)體銜接處應(yīng)非常牢靠，以防止脫落的零部件損傷飛機(jī)結(jié)構(gòu)，或遺留在跑道上。

（5）尾橇應(yīng)具有緩沖裝置，避免機(jī)體與跑道硬性撞擊，造成機(jī)體損傷。

（6）安裝尾橇后造成的飛機(jī)最大俯仰角的減小量應(yīng)盡可能?。ㄒ话悴荒艹^(guò)0.5°）。

（7）需給試飛員提供預(yù)觸地信號(hào)和觸地信號(hào)，尾橇預(yù)觸地信號(hào)一般應(yīng)提前觸地信號(hào)1°發(fā)生[3]，在駕駛艙內(nèi)通過(guò)不同顏色指示燈給試飛員警示尾橇觸地狀態(tài)。

（8）尾橇觸地信號(hào)傳感器的信號(hào)應(yīng)當(dāng)連續(xù)，不能因觸地摩擦而中斷。

不同飛機(jī)具有不同的尾橇結(jié)構(gòu)和幾何形狀。某型飛機(jī)的尾橇較大，飛機(jī)最大俯仰角減小量達(dá)0.7°之多，最小離地速度增加量約為3km/h，這樣對(duì)飛機(jī)起飛性能來(lái)說(shuō)具有較明顯的損失。研究表明，尾橇的安裝使飛機(jī)最大俯仰角降低的可接受量應(yīng)當(dāng)根據(jù)最小離地速度的增加量來(lái)衡量，最小離地速度增加量控制在2km/h以?xún)?nèi)較為合理。

尾部觸地信號(hào)傳感器的選擇在尾橇設(shè)計(jì)時(shí)需要特別關(guān)注，必須能夠提供連續(xù)可靠的觸地信號(hào)，信號(hào)采樣率至少每秒8個(gè)點(diǎn)。圖5給出了某型機(jī)飛行試驗(yàn)中使用的尾橇。

4 試飛員駕駛技術(shù)

最小離地速度試驗(yàn)要求飛機(jī)在盡可能到達(dá)其最大升力系數(shù)時(shí)離地，而且飛機(jī)的俯仰角在機(jī)動(dòng)期間要求保持穩(wěn)定。由于起飛時(shí)地面效應(yīng)影響，屬于難度高、風(fēng)險(xiǎn)大的試飛科目，該試驗(yàn)時(shí)對(duì)試飛員操縱要求高，挑戰(zhàn)大，試飛的風(fēng)險(xiǎn)和難度均很高。根據(jù)理論分析、試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程和數(shù)據(jù)分析，該科目的試飛員駕駛技術(shù)可概括如下：

飛機(jī)按照預(yù)定的試驗(yàn)要求設(shè)置高升力裝置的工作狀態(tài)，起飛滑跑前，試飛員根據(jù)試驗(yàn)日的溫度條件確定需要的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的油門(mén)桿目標(biāo)位置。試驗(yàn)時(shí)最好安排三名試飛員，同時(shí)有一到兩名試飛工程師與試飛員協(xié)同配合[4]。為了縮短起飛滑跑距離，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)飛機(jī)采用起飛推力滑跑，飛機(jī)加速到一定速度時(shí)收油門(mén)桿到目標(biāo)位置并盡快拉桿到底，建立大俯仰角起飛姿態(tài)（一般情況下可選擇距離最小離地速度40～60km/h時(shí)拉桿，典型運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)此時(shí)的表速約在160～200km/h），觀察飛機(jī)俯仰角增加的趨勢(shì)；拉桿到底的時(shí)機(jī)根據(jù)試驗(yàn)的不同推重比可能有所不同，對(duì)于中小推重比試驗(yàn)，飛機(jī)加速慢，試飛員有足夠的時(shí)間完成拉桿到底、姿態(tài)調(diào)整和保持預(yù)定姿態(tài)等動(dòng)作，可選擇晚拉桿；對(duì)于大推重比試驗(yàn)，可能需要開(kāi)始滑跑就拉桿到底，以便使飛機(jī)早達(dá)到預(yù)定姿態(tài)，確保達(dá)到預(yù)定姿態(tài)到飛機(jī)離地之間的時(shí)間間隔；因此，拉桿到底的時(shí)機(jī)需要根據(jù)推重比、飛機(jī)重量和預(yù)定的離地速度之間的相互關(guān)系進(jìn)行選擇。

盡可能確保飛機(jī)在離地過(guò)程中的俯仰角速度較小，不能使用突然升降舵偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的高俯仰速率相關(guān)的動(dòng)態(tài)效應(yīng)使飛機(jī)離地，這樣會(huì)降低最小離地速度。大推重比時(shí)抬前輪和離地之間的時(shí)間間隔很短，因此盡量在開(kāi)始滑跑時(shí)就拉桿到底，以減小飛機(jī)離地前的動(dòng)態(tài)特性。

對(duì)于受幾何結(jié)構(gòu)限制的飛機(jī)，當(dāng)飛機(jī)的俯仰角有明顯增加的趨勢(shì)時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整駕駛桿，防止飛機(jī)與跑道之間撞擊猛烈。當(dāng)尾橇觸地時(shí)，根據(jù)需要增加拉桿量，保證尾部觸地狀態(tài)一直保持，直到飛機(jī)起飛。對(duì)于不受幾何結(jié)構(gòu)限制飛機(jī)的最小離地速度，當(dāng)俯仰姿態(tài)達(dá)到確定最小離地速度所期望的姿態(tài)時(shí)，調(diào)整俯仰操縱，防止飛機(jī)過(guò)分抬頭。保持目標(biāo)姿態(tài)，以不小于目標(biāo)俯仰姿態(tài)使飛機(jī)起飛離地。飛機(jī)主輪離地后，飛機(jī)爬升姿態(tài)應(yīng)不小于離地時(shí)的俯仰姿態(tài)，直到飛機(jī)脫離地面效應(yīng)的影響。試飛員需根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和飛機(jī)特性確定駕駛桿操縱的時(shí)機(jī)和用量。

對(duì)于受幾何結(jié)構(gòu)限制的飛機(jī)，進(jìn)行最小離地速度試飛時(shí)，應(yīng)當(dāng)加裝信號(hào)指示燈，為試飛員提供飛機(jī)即將觸地和已經(jīng)觸地的信息，以避免飛機(jī)尾部與跑道撞擊過(guò)猛，從而造成飛機(jī)結(jié)構(gòu)損傷。

最小離地速度試飛的過(guò)程中，在已經(jīng)證明試驗(yàn)點(diǎn)是受幾何結(jié)構(gòu)限制的條件下，可以使用稍大于飛行手冊(cè)建議的配平設(shè)置量，以使飛機(jī)抬頭速度更低，從而試飛員在飛機(jī)尾部觸地到離地之間有足夠的時(shí)間調(diào)整飛機(jī)的狀態(tài)。

試驗(yàn)時(shí)機(jī)翼應(yīng)盡可能保持水平狀態(tài)，微小的滾轉(zhuǎn)就會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)的左右機(jī)輪不能同時(shí)離地，從而使得離地速度難以判定，增加了試驗(yàn)結(jié)果的分散度。盡量選擇平整跑道，減小由于跑道不平帶來(lái)的飛機(jī)尾部觸地特性的變化，影響試驗(yàn)的成功率。

5 結(jié)束語(yǔ)

最小離地速度試飛是運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)中明確要求進(jìn)行的試驗(yàn)，本文研究了該項(xiàng)飛行試驗(yàn)科目試飛時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，針對(duì)試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)，給出了受幾何結(jié)構(gòu)限制飛機(jī)的尾橇設(shè)計(jì)技術(shù)要求，同時(shí)總結(jié)了試飛員的駕駛技術(shù)，對(duì)于在研的民用和軍用運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)的最小離地速度試飛都具有重要的借鑒價(jià)值。

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