西南石油大学学报民机飞行品质适航性评估研究

中国航空学会

2007

年学术年会 机载、航电专题

15

CCAR-25

中 对操纵性的要求主要包括三个方面：最大操纵力、静操纵性、动操纵性。

CCAR-25

中最大操纵力的具体要求如表

1

所示。

表1 最大操纵力（牛（公斤；磅））

操纵力

俯仰

短时作用（双手）

333

（

34

；

75

）

短时作用（单手）

2 22

（

23

；

50

）

短时作用

持久作用

44

（

523

；

10

）

滚转

偏航

222

（

23

；

50

）

111

（

11

；

25

667

（

68

；

150

）

22

（

2

；

5

）

89

（

9

；

20

）

静操纵性是指稳态条件下杆力/杆位移与飞机响应终值之间的关系，它反映了飞机稳态时 的操

纵效能；动操纵性是指舵面偏转后，飞机响应的动态情况，即操纵过程中的动态品质 。适航性条例

中有关静、动操纵性的定性要求可以分解为以下定量指标。

①

纵向操纵效能

z

单位过载所需杆力、杆位移、升降舵偏度

z

杆力-杆位移特性

②

航向操纵效能

z

单位倾斜角所需的脚蹬力、脚蹬位移、方向舵偏度

z

脚蹬力-脚蹬位移特性

③

滚转操纵效能

z

单位滚转角速度所需杆力、杆位移、副翼偏度

z

杆力-杆位移特性

④

纵向动操纵性

z

操纵响应频带、谐振峰值

z

操纵期望参数

CAP

⑤

横航向动操纵性

z

滚转操纵灵敏度

z

滚转气动阻尼力矩

以上定量指标的数值要求应在大量飞行实验以及飞机设计要求的基础上加以确定。波音公 司

经过大量实验，给出了部分定量准则

[3]

< br>。

波音评价纵向操作效能的定量准则：当

δ

=

(2

/

3)

e

max

时，

&&

>

4(

o

)

/

s

2

(1)

θ

&&

表示俯仰角加速度。俯仰角加速度

θ

&&

表征飞机俯仰运动的加速能

式中：

δ

e

是升降舵偏转角度，

θ

力和俯仰力矩的大小， 反映了飞机规避无意机头上仰的能力。

波音评价滚转操纵效能的定量准则：当

δ

a

=

(2

/< /p>

3)

δ

a

max

< br>时，

&

>

3 0(

o

)

/

s

< br> (2)

φ

&

是滚转角速度。

式中：

δ

a

是副翼偏转 角度，

φ

2)

评价方法

求取操纵效能的飞机模型一般是对六自由度全 量状态方程进行简化得到的各向静平衡方程和

2

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15

杆力公式，由此可解算得到操纵效能各项指标的具体数值。

具有电传飞控系统的民机，电传系统将气动舵面与驾驶杆进行了分离，杆力- 杆位移特性是由

人感系统产生的。因此可单独研究人感系统，使其具备良好的杆力- 杆位移特性。

计算动操纵性的飞机模型一般采用线性化小扰动方程。

2.2

配平与失配平

1)

条文理解与量化

配平是指主操纵系统能维持飞机气动力以及力矩的平衡，同时次操纵系统（如调整片）能平

衡操纵面上的铰链力矩，消除操纵力。

CCAR-25

条款

要求飞机能维持横向配平、纵向配平以

及临界发动机失效时的 三轴配平。配平的定性要求可以分解为以下定量指标

①

横向操纵力与副翼偏度

②

纵向操纵力以及相应的调整片偏度

③

单发失效时操纵力及相应调整片偏度

失配平是指配平机构偏离预期配平 位置，飞机偏离平衡状态，从而进入某种“机动”飞行，

并产生过载。为了修正这种偏离 平衡的“机动”飞行，须在带过载的情况下进行操纵。

CCAR-25

条 款

255

有关失配平的特性要求可分解为如下定量指标：

①

机动稳定性，即杆力-过载曲线特性

②

静稳定性

2)

评价方法

由纵向静平衡方程可求得平衡状态参数，然后 由操纵力方程求得调整片偏度，由此可评价纵

向配平特性，根据适航条例要求，纵向配平 特性应分别在以下飞行状态下进行计算：最大连续功率

爬升、无动力下滑和平飞。

由横航向静平衡方程，可以求得相应调整片偏度，由此可评价横向配平特性。横航向配平的< /p>

计算条件是质心在使用范围内有最不利的横向移动。

对于三轴配 平，应建立临界发动机失效的六自由度全量状态方程，根据求得纵向、横航向操

纵力以及 调整片偏度进行评价。

采用某一飞行高度的过载-杆力静平衡方程，可求得杆力- 过载曲线以评价机动稳定性。

2.3

稳定性

1)

条文理解与量化

CCAR-25

条款

171

、

173

和

175

对杆力平衡曲线的梯度和速度回复特性提出了要求，实质是要

求飞机具有纵向松杆静稳定性。纵向松杆静稳定性可用杆力或杆位移- 速度曲线特性表征。

CCAR-25

对松杆静稳定性有具体的数值要求，杆力-速度曲线稳定 的平均斜率不得低于

1

牛每

1.3

节（< /p>

1

磅每

6

节）。

CCAR -25

条款

177

要求飞机具有横航向静稳定性，具体可以分解为 以下定量指标。

①

航向静稳定性导数

C

n

β

>

0

< br>

②

横向静稳定性导数

C

l

β

<

0

3

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③

横航向平衡曲线及杆力

在飞机设计的初期，各向静稳定性都应具有足够 的裕度，如运输类飞机

C

n

β

一般应在

0.10~0.25

之间。

< br>CCAR-25

条款

181

种有关动稳定性的规定为：对于 纵向短周期运动，无论主操纵是在固持还

是松浮情况下，必须受到正阻尼；松浮时的横航 向“荷兰滚”必须受到重阻尼，而且正常使用主操

纵就可以加以控制，无需特殊的驾驶技 巧。动稳定性要求可分解为以下定量指标。

①

纵向短周期阻尼比与频率

②

荷兰滚阻尼比与频率

2)

评价方法

将六自由度非线性方程在某一飞行高度进行简化得到该高度下的纵向静平衡方程和杆力公

式，由此计算得到杆力-速度曲线和梯度，以评价飞机在该高度下的纵向松杆静稳定性。

同样，采用某一飞行高度的横航向静平衡方程和杆力公式，可以求出横航向力矩随侧滑角的

< br>变化关系，由此得到横向力矩-侧滑角曲线、航向力矩- 侧滑角曲线，进而评价飞机在该高度下的横

航向静稳定性。

纵向短周期阻尼比及频率、荷兰滚阻尼比与频率可由飞机纵向、横航向传递函数求得。

2.4

失速

1)

条文理解与量化

CCA R-25

条款

201

、

203

和< /p>

207

对飞机的失速特性可以分解为以下定量指标。

①

纵向失速特性

②

失速时升力损失和载荷系数的改变量

2)

评价方法

对于纵向失速 特性，波音公司给出一个简单的评价准则

[4]

，即对应俯仰力 矩系数

C

m

～攻角

α

曲线上。

z

直到

α

I

.

B

，

C

m

对

α

稳定

z

z

z

图

1

俯仰力矩系数

< br>C

m

～攻角

α

< br>曲线

Δ

C< /p>

m

≤

0.1

< /p>

Δ

α

≤

4

o

1

C

m

2

≥

C

m

1

2

为防止失速时产生偏离 ，可采用下列准则预测偏离：抗尾旋偏离参数

C

n

β

dyn

和横向操纵偏离判

据

LCDP

，以及它们的组合判据

——Weissman