趙登錄 譚洪偉

（中航飛機股份有限公司，陜西 西安710089）

某渦槳飛機的審定基礎(chǔ)是中國民用航空規(guī)章第25 部 運輸類飛機適航標(biāo)準(zhǔn)（CCAR-25-R3），因此該型飛機為了適航取證并進入市場,根據(jù)適航標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，除了干跑道外,還必須進行濕跑道條件下的起飛性能的計算及試飛驗證工作,而地面最小操縱速度的確定影響著飛機起飛性能程序的制定，尤其是起飛過程中，臨界發(fā)動機失效速度（VEF）、起飛決策速度（V1）等的制定則與其直接相關(guān)聯(lián)。按照聯(lián)邦航空局咨詢通報AC25-7A的相關(guān)解釋，所謂“濕跑道”，就是飛機滑跑時，跑道必須是浸透水的，同時飛機滑跑過跑道時又不能濺起很大的水花。相對于干跑道，濕跑道的機輪摩擦系數(shù)和機輪側(cè)向運動的側(cè)力系數(shù)有很大的差異，這就使得與此密切相關(guān)的確定濕跑道地面最小操縱速度（VMCG）的工作成為亟待解決的關(guān)鍵難題之一。本文首先對CCAR-25 部149（A）、（E）地面最小操縱速度條款理解作了簡明闡述，推導(dǎo)出計算VMCG所使用的數(shù)學(xué)模型，并選取某型飛機的相應(yīng)臨界狀態(tài)進行編程計算，給出了飛機在濕跑道上的地面最小操縱速度VMCG，從而保證了該渦槳飛機適航工作按時順利完成，取得了令人滿意的結(jié)果。

1 計算所用原始數(shù)據(jù)

1.1 基本數(shù)據(jù)

幾何尺寸數(shù)據(jù)取自飛機理論三面圖；質(zhì)量質(zhì)心及慣量慣矩數(shù)據(jù)取自飛機全機質(zhì)量特性計算報告；氣動數(shù)據(jù)取自飛機氣動數(shù)據(jù)集報告，相關(guān)數(shù)據(jù)已經(jīng)過雷諾數(shù)修正；鉸鏈力矩數(shù)據(jù)取自飛機操縱面鉸鏈力矩數(shù)據(jù)集報告，以導(dǎo)數(shù)形式給出；發(fā)動機動力數(shù)據(jù)取自飛機發(fā)動機性能計算報告；失速速度取自飛機失速速度報告。

1.2 其他數(shù)據(jù)

副翼傳動比、副翼傳動比、方向舵?zhèn)鲃颖?、發(fā)動機的拉力損失，機輪側(cè)向運動的側(cè)力系數(shù)，濕跑道時機輪側(cè)向運動的側(cè)力系數(shù)CZK值相對于干跑道而言發(fā)生了很大變化，本次計算時取干跑道該值的1/4、1/3、1/2、3/4 等一系列值進行敏感性檢查分析。

1.3 條款簡要說明

本文涉及的適航條款是CCAR25.149 最小操縱速度（A）、（E）。滿足條款的準(zhǔn)則是：在地面最小操縱速度VMCG下，當(dāng)臨界發(fā)動機突然停車時，僅使用飛機主操縱即可恢復(fù)對飛機的控制，且橫向側(cè)移量最大不得超過9m，腳蹬力不得超過667N（即68kgf），使得采用正常的駕駛技巧就能安全的繼續(xù)起飛。在此過程中，不得使用前輪轉(zhuǎn)向和使機翼保持水平的橫向操縱來保持對飛機的操縱。

2 數(shù)學(xué)模型的建立

飛機的地面最小操縱速度VMCG是保證飛機安全的最小速度。通過推導(dǎo)，建立了如下的計算地面最小操縱速度VMCG的數(shù)學(xué)模型（計算公式和方程）。

非對稱停車后沿穩(wěn)定軸系0xwywzw的動力學(xué)方程及沿地軸的運動學(xué)方程（略去下標(biāo)“W”）：

式中：Xd、Zd 為軸向和側(cè)向位移，Vx、Vz 為軸向和側(cè)向速度，ωy 為偏航角速度，F(xiàn)x、Fz 為軸向和側(cè)向力，ψ 為偏航角，My 為偏航力矩。

3 計算狀態(tài)的選取

根據(jù)CCAR25.149（A）、（E）的條款要求，檢查選取了飛機幾種典型的臨界狀態(tài)進行模擬計算。具體計算狀態(tài)如表1 所示。

表1 計算狀態(tài)

4 計算結(jié)果及分析

從發(fā)動機出現(xiàn)故障到駕駛員開始蹬舵操縱存在一個故障發(fā)生、飛機偏移、故障判斷、蹬舵操縱的過程。根據(jù)試飛員的飛行經(jīng)驗，在飛機偏離中心線大約0.4m左右時，駕駛員判斷出飛機發(fā)動機出現(xiàn)故障，再開始蹬舵操縱飛機，整個過程一般大約需要2.0s（一般為1～3 秒），故仿真計算時設(shè)定駕駛員的操作延遲時間為2.0s。以此計算的VMCG如表2 所示。

表2 VMCG 計算結(jié)果（H=0m）

根據(jù)上面表2 的計算結(jié)果可以看出，前質(zhì)心、飛機質(zhì)量是19000.0kg 時干、濕跑道VMCG（CAS）差值最大，其差量達1.15kn。圖1（a）為前質(zhì)心、質(zhì)量19000.0kg時干、濕跑道側(cè)向位移時間歷程曲線，圖1（b）為前質(zhì)心、質(zhì)量19000.0kg時濕跑道側(cè)向位移、滑跑速度、方向舵偏角及腳蹬力時間歷程曲線。

圖1 計算結(jié)果

5 濕跑道上地面最小操縱速度的確定

為了進一步減小計算誤差，濕跑道上地面最小操縱速度的計算結(jié)果僅取差量，即濕跑道地面最小操縱速度選取方法如下：在某飛機地面最小操縱速度VMCG（CAS）手冊值（干跑道）的基礎(chǔ)上，再增加1.2kn（干、濕跑道計算差量）。最終，某渦槳飛機在濕跑道上的地面最小操縱速度確定為105.7kn（CAS）。

6 結(jié)論

經(jīng)過該型機適航試飛驗證，濕跑道地面最小操縱速度確定方法是完全實用和可行的，VMCG計算結(jié)果是可信的，令人滿意，表明本文研究所采用的計算數(shù)學(xué)模型與計算方法是正確的。該研究分析方法對相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員有重要的參考價值。