24-自转旋翼机适航审定现状及应对策略分析(郑苏)

自转旋翼机适航性问题浅析 第二十四届（2008）全国直升机年会论文 自转旋翼机适航审定现状及应对策略分析 郑苏 李建波 （南京航空航天大学直升机技术研究所 210016） 摘 要：自转旋翼机兼有直升机和固定翼飞机的技术特征，结构相对简单、安全、制造和使用维护成本低，军民使用潜力巨大。目前国内外还没有一部明确的专门的适航审定，制约了此类飞行器的发展和营运。本文针对国内外自转旋翼机适航审定现状，以及目前适航认证所面临的问题进行分析，提出加快此类飞行器适航发展的应对策略。 关键词：自转旋翼机 适航 CCAR-27 直升机 1引言 自转旋翼机（gyroplane）是旋翼飞行器（rotorcraft）的一种。它主要以旋翼作为升力装置，通过前部（拉力）或后部（推力）动力螺旋桨来驱动前进，从而由迎风来流驱动旋翼自转产生升力。不同于直升机靠动力使旋翼旋转而产生升力。自转旋翼机自身的优势较多，在航空领域营运有着很广阔的发展前景。但是目前国内外还没有该机种的专用的适航条例，所以适航审定存在一定难度。应该采用怎样的有效措施来推进这种机型的适航认证，都有待研究。 2 自转旋翼机发展概况及适航审定现状 2.1自转旋翼机发展概况 自转旋翼机诞生于20世纪20年代，西班牙人Juan de la Cierva首次成功运用旋翼自转空气动力学原理研制和发展旋翼机，并于1923年1月9日成功飞行，比直升机首次成功飞行早了十几年。1935后，自转旋翼机在欧洲和美洲得到了迅猛发展。到了40年代，直升机由于能悬停和垂直起降性能优势而得到发展，人们逐渐转入对直升机的研究，但仍有很多自转旋翼机在飞行。最近十几年来，因为自转旋翼机自身突出的特色优势（结构简单、安全性好、制造成本低等），再次成为航空领域关注的热点，人们希望把直升机近80年发展所积累的理论和制造技术成果运用其设计中，进一步发展此类航空器。 2.2 国外自转旋翼机适航审定现状 早在上世纪70年代，曾有过自转旋翼机Aero Resources J-2（见图1）获得适航认证。它作为旋翼机是以FAR -27为审定基础，并补充了专用条件27-2-WE-2，以及豁免了1084 – FAR 27.65(a)(2)爬升梯度。其中专用条件27-2-WE-2主要是要求螺旋桨必须按照FAR-35进行型号合格审定。 补充专用条件27-2-WE-2的原因是，J-2自传旋翼机虽然是旋翼航空器，但它兼有固定翼飞机的技术特征，动力推进式装置是固定桨距的螺旋桨，尾部有两个外侧的垂尾和方向舵，两垂尾之间是可操纵的水平安定面，主横向和纵向操纵通过旋翼周期变距实现，纵向静稳定性通过可操纵水平安定面实现，航向稳定性和主航向操纵通过两个垂尾和方向舵实现，因此，要补充专用条件来满足这些方面的适航要求。 豁免1084 – FAR 27.65(a)(2)爬升梯度，其中爬升梯度要求必须是，如果申请合格审定范围内的每一重量、高度和温度，要确定起飞和爬越15 米（50 英尺）的障碍物所需的水平距离，则爬升梯度至少为1:10；或在海平面条件下，爬升梯度至少是1:6。 在美国，目前FAA接受ASTM Designation F2352-05、F2449-05、F2415-06针对乘员不超过两人，最大起飞重量不超过725kg的自转旋翼机的适航审定规范，只作为许可飞行。而对于中大型的自转旋翼机没有专门适航审定规范，还是以FAR-27为适航审定基础。但现今的FAR-27规范对自转旋翼机进行适航认证，其操作性很难。美国GBA公司所设计生产的Hawk-4自转旋翼机（见图2），于1998年开始以FAR-27部为审定基础进行适航认证，但由于FAR-27部的部分苛刻条件，加上条例本身对自转旋翼机适用性不强，例如，座椅和地板要抗30g的垂直冲击载荷，机身结构能承受12g的前向载荷并能保证变形最小，作为此种重量级别飞行器不能满足其要求，所以Hawk-4自转旋翼机未能成功取得适航认证。 在英国，BCAR-T分部是关于自转旋翼机适航的规范。但其主要针对不超过两座，最大起飞重量不超过600kg，限制在可视条件下，轻小型的自转旋翼机作了相关要求。而且也只是作为许可飞行，不取得适航认证。如要适航认证，还必须遵照JAR-27部进行审定。不过BCAR-T分部提供了一个适航剪裁思路，以FAR／JAR-27为审定基础，补充FAR／JAR-23部专项条款。以及根据自转旋翼机特点，补充相关要求。 2.3 国内自转旋翼机适航审定现状 目前国内尚未有自转旋翼机投入生产营运，也没有相应的适航法规制定和颁布。而且对于特殊轻型运动类以及组装或业余制造的航空器，我国都没有相关的政策，对销售和使用都是严格限制。所以在国内迫切需要找一条对自转旋翼机适航认证的途径，为此类航空器的发展提供一个更好的平台。 在南京航空航天大学，正在进行自转旋翼机的设计研究工作。所设计的是标准类的中型自转旋翼机（型号ZX1，见图3），而且也正在积极对该机进行适航审定的研究工作，目前已与适航部门取得了初步的意见交换，适航部门已正式受理该机的适航工作。但目前面临的问题还比较多，首先，没有相关的适航审定规范，适航审定有难度。其次，在国内还是一种新机种，适航审定途径没有经验可循。再则，适航部门在对于新机种的适航审定也缺乏经验，如何更有效进行适航审定，采取怎样的技术途径都是一个探索过程。 3自转旋翼机适航审定应对策略 3.1自转旋翼机适航审定标准的选定 美国联邦航空局（FAA）针对旋翼飞行器(rotorcraft)的适航规范与要求。（见表1） 表1 美国联邦航空局（FAA）旋翼机适航审定分类情况 分类情况 使用类别 确信级别 按旋翼飞行器适航审定情况分 标准类 特殊类别 标准类别 特殊类 初级类别 特殊轻型运动 试验类 业余制造 无适航证类 应用103部 按旋翼飞行器设计和制造适航标准分 型号合格证 生产许可证 特殊类别 标准类别 初级类别 公认标准 符合申明 特殊轻型运动 无设计标准 无制造标准 业余制造,应用103部 按旋翼飞行器航空运营权力和限制分 商业运营 特殊类别 标准类别 租赁和飞行培训 初级类别 特殊轻型运动 仅个人使用 应用103部 在适航规范选择方面，对于标准类一般按FAR-27部（运输类按29部）进行审定，运营限制也少。对于初级类，一般用FAR-27部进行审定，某些条款可以松动，在重量，运营等有限制。对于特殊类别、标准类和初级类应获得型号合格证，生产许可证；对于特殊轻型运动和散装组件轻型运动只获得公认标准和符合型声明；对于现有轻型运动、业余制造和应用103部的是无设计标准和制造标准要求。目前，在美国飞行的众多自转旋翼机多数是轻小型类，而此类重量级别的自转旋翼机没有通过FAR-27部适航审定，没有适航证，在美国认可飞行，只用于教育或个人娱乐用途的航空器，严禁用于任何谋取利益的飞行（用于慈善组织的募捐活动除外），不作为商业营运，不能成为正式的通用性航空器。人们常见的这类自转旋翼机，如UltraWhite ，Raf2000，M-22等。（见图4） 在国内没有专门针对自转旋翼机的适航审定规范，也没有像美国那样详细的分类，通常是作为旋翼飞行器类直接选择CCAR-27部（运输类按29部）为审定基础，但CCAR-27部（或29部）主要针对直升机也就是动力旋翼机型，显然以之来对自转旋翼机进行适航是不适合的，需要对规范进行必要的修订与补充，结合国外经验与本国国情来确定自转旋翼机适航审定规范，其如图5。 自转旋翼机作为旋翼飞行器的一种，但它既兼顾直升机的特点又有固定翼飞机特征。因而在进行适航认证时，单一作为旋翼类或固定翼类来考虑是不严谨的，就现有某一适航规范来进行审定也是不合适的，这样不能涵概自转旋翼机的技术特点。因此，自转旋翼机在进行适航审定时，必须保证全面性、完整性、进行合理的选择、修订与补充，选择CCAR-27部，同时补充CCAR-23部相关内容，兼顾旋翼类和固定翼类航空器适航要求的统一，保证飞行器的安全营运，同时也免受一些不必要的条款束缚。 3.2 自转旋翼机适航审定标准具体剪裁 从飞行器设计一开始,设计师就应根据自己所设计飞行器的类型和用途,选择相应的该机应满足的适航条例。适航工作始终贯穿于飞行器从设计、制造试飞到运营的整个过程。对所设计飞行器要求有：安全系数、过载系数、重量极限、重心位置、重心分配、操纵性、稳定性、飞行载荷、飞行包线、突风载荷、着陆或着水载荷、结构强度、飞行试验、结构装置等。所有的这些适航设计要求都是依据规范所要求的具体数据确定。 当选定CCAR－27部（或29部）为审定规范，但不是专用于自转旋翼机的，在很多设计准则上就有所区别，技术数据要求也不同。如果直接选用规范上的适航技术要求，必然会造成计算上的不合理性，不符合自转旋翼机具体情况。对于以上多种参数要求，应当作适当修订。例如，自转旋翼机是通过旋翼自转产生升力，其动力是由螺旋桨推进，与直升机相比没有低速回避区，飞行包线也不同。相对于直升机的适航审定具体数据显然不再适用于自转旋翼机，必须经过专家组讨论进行修订。又如直升机所具有的飞行特性——悬停的相关适航条款，自转旋翼机没有，应该进行合理的删除。而对于自转旋翼机具有的独特设计，相关的安全要求，营运的特殊适航要求及环境保护要求没有包含在现行的适航标准之中，应当补充专用条件及修正案。如，自转旋翼机的机所特有的设计——旋翼预转装置，应当补充保证安全的适航专用条件。 3.3 适航管理部门的支持和配合 作为一种没有专门的适航规范的机种，将如何对其适航认证？若只进行简单程序化过程，就用现有的规范来一刀切，显然是不合理。如hawk-4的适航取证至今未成功，条例的不适应是个重要客观因素，但从主观来看，一方面是申请方在适航审定所做的努力不够，没有就该机特性找到适合该机适航的有效方式；另一方面，适航部门在强调严格执行规范的同时，应积极寻找一条适合此类飞行器适航审定的途径。这个过程是一个相互促进共同完成的过程，在保证该类机型安全飞行所有品质的同时，有效结合该机型自身特点对条例要求进行合理性地修订，不是生搬硬套拿固定条款来卡，而是积极有效采取各类措施（如专家论证，实验求证）来修订规范以便更合理地应用在自转旋翼机上。 自转旋翼机作为一种国内新机种，目前国内还没有一个成熟合理审定的程序。从国家航空的发展来看，不能因为没有相应的法规，而阻碍新的飞行器产生与发展，应该采取一个合理途径让新机种适航审定顺利进行。适航机构通常是一个独立性较强，管理职权和技术上有相当权威的机构,应该有效协调解决自转旋翼机这类新机型在适航途径存在矛盾，通过相互的沟通，逐步形成一个完整合理新机种适航途径。 4.结束语 自转旋翼机有众多独特优点，成为一种通用航空器潜力很大。所以对其的适航审定研究得出以下几点结论： （1）依据国外适航审定经验结合本国国情，对自转旋翼机适航审定标准以CCAR-27部为基础，补充CCAR-23部，并参照BCAR-T分部和 ASTM Designation F2352-05、F2449-05、F2415-06。 （2）申请方与适航部门以选定的适航规范为蓝本，经过专业技术讨论，对专用条件的补充和豁免条款的原因分析，实验证明，最终形成自转旋翼机适合的适航标准。 （3）申请方和适航部门的密切配合做好自转旋翼机适航审定的工作，使之贯穿于自转旋翼机设计、制造和运营始终。保证自转旋翼机的适航审定安全、有效、合理以及完整。 通过对自转旋翼机适航审定的现状研究分析，为自转旋翼机适航审定提供一个合理有效的途径，积极推动此类航空器的发展。 参 考 文 献 [1] 张永生主编 中国民用航空适航管理 中国民用航空总局适航司 1994.10 [2] Jay Groen. 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