一种运输类旋翼航空器不可用燃油量适航符合性验证方法与流程

1.本发明属于属于航空器审定技术领域，涉及一种运输类旋翼航空器不可用燃油量适航符合性验证方法。


背景技术：

2.不可用燃油量，是民用旋翼航空器进行适航取证必须确定的数值，《运输类旋翼航空器适航规定》(ccar-29)中29.959条规定：每个燃油箱的不可用燃油量必须确定为不小于下述油量：对需要该油箱供油的所有预定运行和机动飞行，在最不利供油条件下，发动机工作开始出现不正常时刻该油箱内的油量。同时，29.1337(b)(1)条规定：每个燃油油量表必须经过校准，使得在平飞过程中当油箱内剩余燃油量等于按第29.959条确定的不可用燃油量时，其读数为“零”。由此可见，能否准确确定直升机的不可用燃油量，直接关系到直升机的飞行安全。
3.由于国内民用航空器适航审定工作起步较晚，特别是运输类旋翼航空器适航取证型号极少。关于运输类旋翼航空器不可用燃油量的适航验证方法，尚没有查询到可实施的具体试验方法和技术方案的文献资料。目前对于不可用燃油量的要求通常仅进行固定姿态下的台架试验或小姿态下的飞行试验，不能全面验证最不利供油条件下的不可用燃油量值。


技术实现要素：

4.发明目的：提供一种满足ccar29.959条要求的运输类旋翼航空器不可用燃油量的适航验证方法，用于验证运输类旋翼航空器的不可用燃油量。本发明对于运输类旋翼航空器适航取证具有很强的指导性，能够有效地验证运输类旋翼航空器不可用燃油量
5.技术方案：一种运输类旋翼航空器不可用燃油量适航符合性验证方法，包括下述步骤：
6.步骤1.对航空器进行仿真，得到仿真状态下的不可用燃油量；
7.步骤2.对航空器进行试验室试验，得到试验状态下的不可用燃油量；利用试验状态下的不可用燃油量校核仿真状态下的不可用燃油量，确保仿真值≥试验值；
8.步骤3.对航空器进行试飞，得到试飞状态下的不可用燃油量；利用试飞状态下的不可用燃油量校核仿真状态下的不可用燃油量，确保仿真值≥试飞值；
9.步骤4.确定满足步骤2、3条件的仿真值为最终不可用燃油量。
10.前述的运输类旋翼航空器不可用燃油量适航符合性验证方法中，步骤1的具体过程如下：
11.步骤1.1确定油箱姿态：分析航空器运行包线及飞行状态下的飞机姿态；
12.步骤1.2进行不可用燃油量仿真分析：以增压泵安装点作为投影点，在投影点处竖直上升一定高度模拟增压泵“有效吸油点”，然后构建过“有效吸油点”的切割平面对燃油实体进行切割，切割后的燃油实体即为仿真状态下的不可用燃油量；
13.步骤1.3按上述步骤对各个油箱进行仿真，确定各个油箱仿真状态下的不可用燃油量。
14.前述的运输类旋翼航空器不可用燃油量适航符合性验证方法中，所述切割平面的生成按照下述步骤进行：
15.过“有效吸油点”创建水平面作为“基准平面”；
16.过“有效吸油点”作平行横向直线为“俯仰轴”；
17.过“有效吸油点”作平行航向直线为“横滚轴”；
18.将“基准平面”以“俯仰轴”为轴，进行俯仰角度调整得到“俯仰平面”；
19.将“俯仰平面”以“横滚轴”为轴，进行横滚角度调整得到“俯仰-横滚平面”。
20.前述的运输类旋翼航空器不可用燃油量适航符合性验证方法中，切割平面对燃油实体进行切割的过程如下：
21.根据确定的油箱姿态的俯仰滚转范围，选择合适的步长，对油箱进行切割，建立各油箱不可用燃油量与飞机姿态之间的关系，并确定一个最不利的供油条件和飞行姿态下的不可用燃油量。
22.前述的运输类旋翼航空器不可用燃油量适航符合性验证方法中，步骤2的具体过程如下：
23.步骤2.1试验准备阶段：根据航空器燃油系统的构型，准备试验所用台架设备，燃油测量设备加油设备；选定试验进行的滚转和俯仰角度；
24.分步骤2.2试验阶段：根据试验前期确定的俯仰滚转姿态角度调整试验台架角度，向试验油箱中注入燃油；之后，打开燃油切断阀和所有燃油增压泵，以排放油箱中的燃油；当油箱排放不出燃油时关闭燃油增压泵，将试验台架恢复至水平姿态，放出各油箱中的剩余燃油，并记录，剩余燃油即为各个油箱试验状态下的不可用燃油量；
25.分步骤2.3试验结果处理：将各油箱试验状态下的不可用燃油量与仿真状态下的不可用燃油量进行对比，确定仿真结果相比于试验室结果更为保守。
26.前述的运输类旋翼航空器不可用燃油量适航符合性验证方法中，步骤3具体如下：
27.步骤3.1最关键油箱分析:对油箱中的供油箱的局部形状、尺寸及内部设备布置位置的差异性进行对比，最终确定用于试飞验证的最关键油箱；
28.步骤3.2飞行姿态选择：根据最关键油箱所在位置，分析左、右盘旋对不可用燃油量的影响，从而确定盘旋方向；同时根据航空器的实际试飞数据，选择最大可实施的滚转角度作为盘旋坡度；
29.步骤3.3试飞程序：正常启动发动机，按所选定的试飞姿态进行飞行试验；当由最关键油箱供油的发动机出现不正常工作时，关闭发动机和最关键油箱中的燃油增压泵，确保最关键油箱中的燃油不会受其他油箱油量的影响；着陆，关闭其他发动机，确保最关键油箱中的燃油不受其它油箱中油量的影响，放出最关键油箱中的剩余燃油，并记录剩余燃油量，即为试飞状态下的的不可用燃油量；
30.步骤3.4试飞结果处理:将试飞状态下的的不可用燃油量与对应飞行姿态的仿真状态下的不可用燃油量进行对比，确定仿真结果相比于试飞结果更为保守。
31.前述的运输类旋翼航空器不可用燃油量适航符合性验证方法中，关闭其他发动机后，采取保持其他油箱中燃油增压泵继续工作、关闭最关键油箱中的燃油增压泵的方法确
保最关键油箱中的燃油不受其它油箱中油量的影响。
32.前述的运输类旋翼航空器不可用燃油量适航符合性验证方法中，步骤1.1中，当飞行手册中对低油位告警之后的飞行姿态进行了限制，则将限制姿态下的不可用燃油量作为其中一个分析因素。
33.有益效果：本发明提供了一种验证适航规章ccar29.959条不可用燃油量的适航符合性验证方法，用于验证运输类旋翼航空器的不可用燃油量。本发明制定了一套完整的、详细的、可实施的旋翼航空器不可用燃油量验证方法，既对适航要求进行充分验证，保证了安全性，又减少了试飞周期，降低了验证成本，还减少了风险科目，降低了试飞风险。本发明对于运输类旋翼航空器适航取证具有很强的指导性，能够有效地验证运输类旋翼航空器不可用燃油量。
附图说明
34.图1为本发明流程图。
具体实施方式
35.实施例1。一种运输类旋翼航空器不可用燃油量适航符合性验证方法，参加图1，具体步骤如下：
36.步骤1不可用燃油量仿真分析
37.分步骤1.1确定油箱姿态
38.分析型号机型可能的运行包线及机动飞行状态下的飞机姿态，可能遇到的侧滑、复飞拉起和加速带来的动态机动效应等影响，一般包括：巡航姿态、飞行结束姿态、稳定飞行姿态等，另外，如果飞行手册中对低油位告警之后的飞行姿态进行了限制，则也应考虑在限制姿态下的不可用燃油量。
39.分步骤1.2进行不可用燃油量仿真分析
40.发动机吸油口分为稳定吸油区域和不稳定吸油区域。按ccar 29.959的规定，当第一次出现发动机工作不稳定迹象时燃油液面所在的位置以下为不稳定吸油区域。当增压泵吸油口处的油面低于该位置时，增压泵将无法继续向发动机提供满足流量和压力的燃油，以支持发动机的正常运转。根据适航条款，增压泵供油压力不稳定时，油箱内剩余油量为不可用油，此时油平面高于进油口一定距离。据此，以增压泵安装点作为投影点，在投影点处竖直上升一定高度模拟增压泵“有效吸油点”，然后构建过“有效吸油点”的切割平面对燃油实体进行切割，切割后的燃油实体即为仿真状态下的不可用燃油量；一定高度根据增压泵的使用手册确定。
41.切割平面的生成按照下述步骤：
42.过“有效吸油点”创建水平面作为“基准平面”；
43.过“有效吸油点”作平行横向直线为“俯仰轴”；
44.过“有效吸油点”作平行航向直线为“横滚轴”；
45.将“基准平面”以“俯仰轴”为轴，进行俯仰角度调整得到“俯仰平面”；
46.将“俯仰平面”以“横滚轴”为轴，进行横滚角度调整得到“俯仰-横滚平面”。
47.根据确定的油箱姿态的俯仰滚转范围，选择合适的步长，对油箱进行切割，建立各
油箱不可用燃油量与飞机姿态之间的关系，并确定一个最不利的供油条件和飞行姿态下的不可用燃油量；若采取限制飞行姿态的方式来降低不可用燃油量，则应考虑限制姿态下的不可用燃油量。所述的步长为：油箱姿态的俯仰、滚转范围内，相邻两切割平面间的角度。
48.步骤1.3按上述步骤对各个油箱进行仿真，确定各个油箱仿真状态下的不可用燃油量。
49.步骤2试验室试验
50.分步骤2.1试验准备阶段
51.根据目标机型燃油系统的构型，准备试验所用台架设备，燃油测量设备加油设备等试验所需仪器设备。选定试验进行的滚转和俯仰角度，此角度可结合仿真分析所使用的角度进行。
52.分步骤2.2试验阶段
53.根据试验前期确定的俯仰滚转姿态角度调整试验台架角度，向试验油箱中注入适量燃油，打开燃油切断阀和所有燃油增压泵排放油箱中的燃油，当燃油排放不出来燃油时关闭燃油增压泵，将试验台架恢复至水平姿态，放出各油箱中的燃油到量杯中，记录各个油箱中放出的燃油量(即不可用燃油量)。
54.分步骤2.3试验结果处理
55.将试验室所得的各个油箱的不可用燃油量值与仿真分析结果进行对比，确定仿真结果相比于试验室结果更为保守(即仿真所得的不可用燃油量值不小于试验室所得的不可用燃油量值)。
56.步骤3飞行试验
57.分步骤3.1最关键油箱分析
58.根据旋翼航空器燃油系统的工作原理和油箱构型确定辅助储油油箱和直接向发动机供油的供油箱。辅助储油油箱，不直接向发动机供油，油箱自身故障或油箱内部设备故障后不直接影响发动机供油，仅可能会对其中的可用燃油量产生一定影响(或飞行员无法准确判断剩余燃油量)，不直接影响飞行安全。供油箱直接向发动机供油，油量的多少直接影响飞行安全。因此，用于飞行试验所需的最关键油箱应从供油箱中选择。通过对供油箱的局部形状、尺寸及内部设备布置位置的差异性进行对比，最终确定用于进行飞行试验的最关键油箱。
59.分步骤3.2飞行姿态选择
60.根据适航规章ccar29.959条的规定，对于供油箱，不可用燃油量指对需要该油箱供油的所有预定运行和机动飞行，在最不利供油条件下，发动机工作开始出现不正常时刻该油箱内的油量，或就输送油箱来说，当流进接收油箱的燃油发生间断时的油量值。所谓最不利供油条件，不仅包括正常运行中不太可能遇到的一些极端情况，还应充分分析其申请型号直升机机可能的运行包线，及在包线范围内可能进行的任何机动飞行的姿态(包括俯仰和滚转)，进而确定各种姿态下各个油箱的不可用燃油量的大小。对于储油油箱或只限于在巡航飞行中使用的油箱，飞行状态通常可能限于在会产生(由检察确定)最大不可用燃油量的重心条件下的水平飞行或悬停状态。对于直接向发动机提供燃油的供油油箱，飞行状态还包括使用预期的稳定俯仰姿态的起飞和着陆，以及悬停和平飞状态，应考虑可能出现的极端横向重心的不利影响。
61.不可用燃油量试飞姿态的确定主要考虑试飞的安全性、试飞的可行性，并尽可能验证运行包线内预期可能出现的机动飞行状态下最大的不可用燃油量。考虑到近地悬停和水平飞行均为稳态飞行，虽然直升机会由于极端横向重心产生一定的横滚姿态角，但并未充分验证由于机动飞行所导致的诸如油面角、燃油晃动等因素。燃油系统试验室试验结果基本可以覆盖这两个试飞状态，不需要再通过试飞进行验证。进行水平盘旋的飞行状态充分考虑了横滚姿态角、机动飞行状态等因素。根据最关键油箱所在位置，分析左盘旋和右盘旋对不可用燃油量的影响，从而确定选择左盘旋还是右盘旋的飞行姿态，至于盘旋坡度，应根据目标机型实际的试飞数据，选择最大可实施的滚转角度。试飞中在发动机出现不正常工作时按飞行手册-应急程序执行“稳定俯仰姿态的着陆”程序。上述试飞状态应当是最严酷的不可用燃油量试飞状态。
62.分步骤3.3试飞程序
63.旋翼航空器按最小重量配重，最关键油箱注入试验所需燃油，其他主油箱中的燃油量应能保证飞行安全，并确保其它油箱应与最关键油箱处于隔离状态，确保其它油箱的燃油不会流入最关键油箱。正常启动发动机，按所选定的试飞姿态进行飞行试验。当由最关键油箱供油的发动机出现不正常工作时，关闭发动机和最关键油箱中的燃油增压泵，确保最关键油箱中的燃油不会受其他油箱油量的影响。着陆，关闭其他发动机，并采取必要措施确保最关键油箱中的燃油不受其它油箱中油量的影响(如可采取保持其他油箱中燃油增压泵继续工作)，迅速放出最关键油箱中的燃油，并记录放出的燃油量。
64.分步骤3.4试飞结果处理
65.将记录的发动机出现不正常工作时旋翼航空器的姿态和最关键油箱放出的燃油量与仿真分析对应的姿态和不可用燃油量进行对比，确定仿真结果相比于试飞结果更为保守(即仿真所得的不可用燃油量值大于飞行试验时最关键油箱放出的燃油量值)。
66.步骤4最终不可用燃油量的确定
67.通过仿真分析、试验室试验和飞行试验结果的对比分析，可见，仿真分析所得的不可用燃油量最为保守(即不可用燃油量最大)，因此，最终确定仿真分析所得的不可用燃油量为目标机型的不可用燃油量值。