張妙嬋

(中國民用航空適航審定中心西安航空器審定中心，陜西 西安 710065)

1 引 言

飛機轉彎所需最小道面寬度的定義為：飛機在跑道上進行180°的機動轉彎時所需的最小跑道寬度。飛機地面轉彎半徑越小，所需的道面寬度越小。因此，飛機最小道面寬度的試飛也可稱為地面最小轉彎半徑試飛。

對于中小型飛機而言，進行最小道面寬度試飛時，要求飛機單純依靠前輪轉彎機構來完成，試飛時保持最大轉彎角度穩(wěn)定轉彎超過180°，通過獲取飛機主起和前起輪胎的轉彎半徑來得到最小道面寬度的結果。

對于大型飛機而言，轉彎時所需要的轉彎力矩較大，且受側滑的影響，單純依靠前輪轉向機構保持大角度轉彎很困難，或者根本無法實現(xiàn)。即使可以實現(xiàn)大角度轉彎，進行穩(wěn)定轉彎超過180°所需的試驗場地也會很大，試驗條件要求很高。由于飛機所需的最小道面寬度直接影響著飛機的使用，因此，開展該方面的試驗驗證必不可少。那么，尋找一種適合大型飛機進行最小道面寬度試飛的方法尤為重要。

本文分析了國外大型飛機如A380、B777以及國內某支線飛機進行機動轉彎方面的試飛情況，給出了某大型飛機最小道面寬度試飛方法，包括試飛時的操作方法以及試飛的數(shù)據(jù)處理方法，并將該方法應用于某大型飛機的實際試飛，取得了良好的效果，為其它大型飛機在該方面的試飛提供了參考。

2 國內外其它飛機的相關情況

通常，飛機在起飛或著陸地面滑行的過程中需進行轉彎操縱。對于前三點式起落架布局的飛機，主要有3種操縱轉彎方式，即操縱前輪轉彎、差動剎車轉彎和非對稱推力轉彎[1-4]。

操縱前輪轉彎可使飛機轉彎靈活，飛行員操作簡便，甚至在主起落架輪胎漏氣時仍能操縱飛機[5-8]。我國某支線飛機進行最小道面寬度試飛時即采用該方法轉彎一周，獲取了實現(xiàn)180°轉彎所需的道面最小寬度。目前，國內外大多數(shù)的中小型飛機也都采用這種方式。但對于大型飛機而言，采用該方法實現(xiàn)180°轉彎時所需道面寬度大，試驗所需的試驗場地大，無法滿足飛機在某些機場條件的180°轉彎需求。

對于大型飛機而言，單純依靠操縱前輪轉彎、差動剎車轉彎和非對稱推力轉彎的方式很難實現(xiàn)飛機低速大角度轉彎。因此，一般采用差動剎車輔助前輪轉彎的方式或者非對稱推力輔助前輪轉彎的方式。

采用差動剎車輔助前輪轉彎會減小飛機所需的道面寬度，但對于大型飛機而言，會導致輪胎磨損和局部高溫，可能引起輪胎爆裂。為了降低試驗時大角度轉彎的風險并能使飛機在盡可能窄的跑道上完成試驗，A380-800飛機在前輪最大角度轉彎時，采用不對稱推力(轉彎一側兩臺發(fā)動機停車)+差動剎車(使用轉彎一側的剎車)，來輔助前輪轉彎完成180°轉彎試驗。A400M飛機通過發(fā)動機差動反槳和主起落架的差動剎車輔助前輪轉彎，實現(xiàn)在最小30m寬的跑道上掉頭。但是，這樣的操作程序過于復雜，對飛行員的駕駛技術提出了考驗，不利于飛機的航線運行。

采用非對稱推力輔助前輪轉彎進行180°轉彎的方式，既可以實現(xiàn)飛機大角度轉彎，也不會造成輪胎磨損和局部高溫，而且操作程序相對簡單，容易實現(xiàn)。B-777-300飛機前輪最大角度轉彎時，采用不對稱推力輔助轉彎，未使用差動剎車，獲取了實現(xiàn)180°轉彎所需的最小道面寬度。

3 試飛方法

3.1 試驗操作方法

根據(jù)以上分析，考慮到一般情況下大型飛機剎車溫度容易過高的特點和操作的難易程度，在開展最小道面寬度試驗時，采用非對稱推力輔助前輪轉彎的方式進行180°轉彎更加簡便、安全。

假設試驗時飛行員座椅已調到最佳視線位置，并假設試驗跑道為典型的滑行道寬度。由于存在滑行道寬度、圓角尺寸和滑行道面狀況各種不同的組合，所以試驗時必需由飛行員判斷來決定每次轉彎的起始點和前輪轉彎手輪的移動量。對于前輪轉彎最大角度大于30°的飛機，試驗時開始轉彎的速度不能超過10kn。

試驗時，可采用一些滑行技巧以減小飛機轉彎試驗所需的試驗場地。試驗正式開始前，使主輪輪胎盡量接近跑道邊緣，這樣可以有更大的可用道面來轉彎。一般先將飛機完全停住，油門收到慢車，將手輪轉到所需的轉彎角度，松剎車并增加外側發(fā)動機的推力[9]，在轉彎中只用一側發(fā)動機并保持5kn到10kn的速度以盡量減小轉彎半徑，使用正常剎車來控制飛機速度。當飛機轉過90°后，使主輪大約處于跑道中心線上，然后繼續(xù)轉彎，直到飛機轉彎角度大于180°。

某些飛機在完全停住時，手輪打到最大轉彎角度，加推力后會產生前輪打滑現(xiàn)象。針對這種情況，可以在飛機進入跑道前低速運動的過程中將手輪轉到最大轉彎角度，進入跑道后利用不對稱推力輔助進行轉彎。采用這種技術能使飛機實現(xiàn)低速轉彎且不會對起落架和輪胎造成過大的壓力，但這種方法對飛機進入跑道的切入點有嚴格的要求，以保證飛機在進行180°轉彎時機輪不會偏出跑道。圖1給出了這種轉彎操作方法的示意圖。

圖1 轉彎操作方案示意圖

3.2 數(shù)據(jù)處理方法

傳統(tǒng)的試驗結果的獲取方式為：根據(jù)輪胎在跑道上留下的運動痕跡進行現(xiàn)場測量，得到飛機地面轉彎所需最小道面寬度。其優(yōu)點是：簡便快速，對于不同類型的最小道面寬度試飛方法均適用。缺點是：由于飛機轉彎超過180°后輪胎運動軌跡較為復雜，很難尋找各起落架輪胎對應的軌跡；在開展多次試驗時，每次試驗均需尋找不同的試驗場地；該方法不能獲取飛機各起落架輪胎對應的運動軌跡。

目前，比較成熟的另一種計算方法為：利用飛機上安裝的GPS天線的運動軌跡，得到飛機上GPS天線所在位置的轉彎半徑，根據(jù)GPS天線相對飛機前輪和主輪的位置，進而解算出飛機的前輪轉彎半徑和主輪轉彎半徑。飛機所需的最小道面寬度=前輪最小轉彎半徑+外側主輪最小轉彎半徑+1.5m(1.5m為安全余量經驗值)。其優(yōu)點是：計算方法簡單，且能獲取各起落架輪胎的運動軌跡，國內某支線飛機采用的就是該方法。但是，這種方法需要飛機進行穩(wěn)定轉彎一周來獲取平滑的轉彎軌跡，即轉彎時各起落架的輪胎軌跡要近似為圓，適用于僅采用操縱前輪轉彎進行最小道面寬度測試的試飛方法。由于大型飛機是采用不對稱推力輔助前輪轉彎的方式進行試飛，試飛時的軌跡很難為圓或半圓，因此該方法不適用。

針對不對稱推力輔助前輪轉彎的試飛方法，需尋找一種可行并可靠的數(shù)據(jù)處理方法。大型飛機在采用該試飛方法時，各起落架輪胎的運動軌跡不同，必須通過試飛數(shù)據(jù)計算獲取各起落架輪胎的運動軌跡，得到準確的道面寬度結果。由于試驗時可以直接獲取的數(shù)據(jù)為飛機上安裝的GPS天線的運動坐標，那么如何根據(jù)飛機上GPS天線的運動軌跡計算出飛機上各起落架輪胎對應的運動軌跡是數(shù)據(jù)處理的關鍵。

以某型飛機為例，圖2給出了該飛機上各輪的相對位置示意圖。

圖2 飛機上各輪的相對位置示意圖

定義飛機體軸為OA方向，A點為前起機輪中軸線中間點的位置，B點和C點分別為左主起和右主起中軸線中間點的位置，D點為GPS天線位置，E為左右主起連線中點。根據(jù)飛機的設計參數(shù)可以獲取飛機的前主輪距|AE|、主輪距|BC|，根據(jù)飛機上GPS天線安裝位置相對于前起的垂向距離可獲取|DA|。設|AE|=a、|BC|=b，|DA|=c，主起中軸線到主起輪胎邊緣的距離為d、主起輪胎直徑為e、前起中軸線到前起輪胎邊緣的距離為f。如果主起落架為多排輪胎，設相鄰前后排輪胎的距離為g。ψ為航向角，即飛機機體軸與磁北(北向)的夾角。可以得出：

(1)

(2)

式(1)中各長度的單位均為m，式(2)中角度的單位為(°)。

AE=c×cos(90°-ψ)

(3)

AN=c×sin(90°-ψ)

(4)

BE=|DB|×cos(90°-ψ+∠BDA)

(5)

BN=|DB|×sin(90°-ψ+∠BDA)

(6)

CE=|DB|×cos(90°-ψ-∠CDA)

(7)

CN=|DB|×sin(90°-ψ-∠CDA)

(8)

由圖2可知：

A點的東向坐標=D點的東向坐標+AE

(9)

A點的北向坐標=D點的北向坐標+AN

(10)

B點的東向坐標=D點的東向坐標+BE

(11)

B點的北向坐標=D點的北向坐標+BN

(12)

C點的東向坐標=D點的東向坐標+CE

(13)

C點的北向坐標=D點的北向坐標+CN

(14)

由試驗測試數(shù)據(jù)可直接獲取飛機的航向角ψ。由于式(1)～式(8)中等式右側的參數(shù)均已知，可解算出式(3)～式(8)的結果。根據(jù)機上測試數(shù)據(jù)，很容易獲取D點的東向和北向坐標。將式(3)～式(8)的結果和D點的坐標代入式(9)～式(14)中，即可求出A、B、C點的坐標。根據(jù)A、B、C點的坐標，可得出前起和左右主起的輪胎運動軌跡。在軌跡圖上畫出跑道方向以及垂直于跑道的方向，即可得出飛機前起、主起機輪的運動所占的跑道寬度LR1。

由于前起和主起的位置是中軸線中間點的位置，要考慮中間點與前后、左右相對位置的影響，需在得到的跑道寬度上加上這個影響量。設影響量為n，則：

(15)

最終飛機所需要的跑道寬度LR為：

LR=LR1+n+1.5

(16)

式(15)和式(16)中，各參數(shù)的單位均為m，式(16)中的1.5為安全余量。

將多次180°轉彎試驗所得到的道面寬度進行統(tǒng)計，最終給出合適的最小道面寬度。

4 試飛結果與分析

以某大型飛機為例，根據(jù)上文中給出的試驗方法，最終得出飛機180°轉彎所需的最小道面寬度，表1給出了計算得到的道面寬度與實際測量的道面寬度。為了保證實際測量的準確性，每進行完一次轉彎試驗后更換試驗場地，確保道面輪胎軌跡的清晰度。從表1可以看出，計算得到的結果和現(xiàn)場測量的結果基本一致，證明所采用的計算方法是正確的。

表1 計算結果與測量結果的比較

5 結束語

最小道面寬度試飛已經成為目前大型飛機必須要驗證的試驗，大型飛機最小道面寬度試飛方法與普通的中小型飛機不同。本文以此為主旨，介紹了國外大型飛機在該方面的試飛情況，進而研究得出了更加便捷有效的大型飛機最小道面寬度試飛方法，包括試飛時的操作程序和數(shù)據(jù)處理方法。將研究得出的試飛方法應用于某大型飛機的最小道面寬度試飛驗證，計算得到的結果和現(xiàn)場測量的結果基本一致，證明計算方法是正確的。該技術對其他類型的飛機也具有通用性，可為其他飛機在該方面的試飛提供很好的技術支持。