民用直升机外吊挂适航技术

辛 勃，曹友明

(1.中国民用航空江西航空器适航审定中心，江西 南昌 330200；2.中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333001)

0 引言

直升机外吊挂运行是直升机最为常见和重要的运行作业形式之一，通过使用电动绞车和外吊挂设备来实现对直升机机外人员或者货物的吊运。现有的CCAR-27/29部适航规章中D章第27/29.865条“外挂物”提出了专门适用于直升机加装外吊挂构型的适航审定要求，但由于国产民用直升机加装外吊挂构型的适航取证实践相对较少，且缺乏直升机外吊挂运行类型的详细解释材料，国内也没有专用的吊挂设备的研制经验，故而工业部门工程人员和局方审查人员长期以来对该条款的适航技术要求和验证要求把握不精准、不充分，亟待提高。

本文以CCAR-27/29.865条“外挂物”为研究内容，综合考虑CCAR-91部第N章“旋翼机机外载荷作业飞行”的相关要求，从直升机外吊挂运行任务场景出发，解析直升机外吊挂运行分类形式；然后根据不同的直升机外吊挂运行分类深入研究具体适用的27/29.865条款内容，解析出对应的适航技术要求和验证要求；最后结合工作经验从直升机外吊挂研发和适航审定融合的角度来阐明具体适航要求与直升机外吊挂设计、验证之间的关联关系，并给出适航审查关注点，便于工业部门工程技术人员更好地理解和贯彻适航要求，以及局方审查人员更好地掌握和判定符合性，为后续相关适航审定工作的开展提供借鉴和参考。

1 直升机外吊挂运行分类

现行有效的CCAR-27-R2《正常类旋翼航空器适航规定》[1]和CCAR-29-R2《运输类旋翼航空器适航规定》[2]中，没有直接界定直升机外吊挂运行类别。1988年版的CCAR27/29部中曾经出现运行类别相关描述，但没有给出明确定义，且现行有效版规章也删除了相应的描述。实际上，直升机外吊挂适航审定要求与运行分类密切相关，这就要求首先掌握直升机外吊挂的运行分类。结合对CCAR-91《一般运行和飞行规则》[3]第N章“旋翼机机外载荷作业飞行”和相关资料的研究发现，民用直升机吊挂运行类别通常称为旋翼航空器-装载组合。根据直升机不同吊挂载荷的运行作业方式，直升机外吊挂运行可以分为A级、B级、C级和D级四大类旋翼航空器-装载组合。在这四大类基础上，可以再根据吊挂运输对象细分为有人外吊挂和无人外吊挂。其中A级、B级和C级旋翼航空器-装载组合主要用于无人外吊挂，即通常大家熟悉的直升机外吊挂货物运行，可能偶有在执行货物吊运任务时需要人员短暂在机外作业；而D级旋翼航空器-装载组合主要用于有人外吊挂。具体四类旋翼航空器-装载组合定义见表1。

表1 旋翼航空器-装载组合类别与定义

需补充说明的是，D级HEC运行与A级、B级和C级HEC运行有所不同：D级HEC运行中被吊运的人员为非机组的公众，其在机外也不是直接执行吊挂作业任务，而是利用吊挂能力去完成其自身的任务(如引港、观光、水上平台运输等)；而A级、B级和C级HEC运行中被吊运的人员一般是机组成员，他们经过特定的外吊挂作业训练，执行吊挂作业任务(如架线等)。而要进行D级作业，直升机通常还应属于满足CCAR-29部A类的旋翼航空器。

2 直升机外吊挂主要适航要求

对于直升机外吊挂构型来说，现行有效的CCAR-27/29部中最直接与直升机外吊挂相关的适航要求是27/29.865条“外挂物”。该条共包括6款要求，分别是对外挂物吊挂设备的强度验证要求，释放系统和载人装置等的设计和验证要求，HEC的补充设计和验证要求，临界抛放验证要求，标记和标牌要求，吊挂设备的疲劳强度要求等。

截至目前，CCAR-27/29部适航规章第CCAR-27/29.865条内容进行了一次修订，而美国联邦航空局(FAA)的Part 27/29.865条经过了二次修订，但现行有效的CCAR-27/29部中的“外挂物”适航要求与FAA Part 27/29[4-5]中的“外挂物”适航要求一致。

根据27/29.865条[6-7]的修订历程来看，条款要求随着修订越来越详尽和明确。但在具体审定项目应用时，相应的设计要求和验证要求仍需要进一步甄别适用性，并根据实际申请批准的运行方式考虑符合性验证计划，这就使得该条款要求在具体型号应用层面的工作难度大大增加。因此，需进一步结合直升机外吊挂运行类型来解析其具体适航技术要求和验证要求。

3 基于运行场景的适航要求解析

根据上述对直升机外吊挂运行分类情况的研究，A级、B级和C级RLC主要以货物吊运为主，D级RLC用于人员吊运，A级RLC不可抛放，B级、C级和D级RLC可以抛放。因此，B级和C级RLC非常相似。实际上，直升机外吊挂运行通常会选择B级和C级组合的方式。基于此，我们以运输类直升机为例，分A级、B级和C级、D级三种运行场景对适用的29.865条款具体内容进行进一步的研究和解析。

3.1 直升机A级RLC的适航要求解析

直升机A级RLC最为典型的运行场景是直升机使用固定在起落架以上结构的货篮或货架运送货物，如图1所示。

图1 A级RLC典型运行示例

根据A级RLC特点，货架上的自行车不能自由移动，也不能被投放，而且都固定在直升机起落架滑橇以上，不会引发货物触地。根据此构型特点，可以确定CCAR29.865条中适用的内容及相应的设计和验证指标包括：

1)吊挂设备设计相对于机体不能移动(可能需要考虑货物系留设计)，也不能抛放，其静强度能够承受申请批准最大外挂货物重量产生的限制静载荷乘以载荷系数(取2.5或机动载荷和突风载荷确定的系数中的小者)，主要用于吊挂设备的强度设计和验证(涉及HEC运行，则载荷系数取3.5或机动载荷和突风载荷确定的系数中较小者，但不能小于2.5，且载荷作用方向必须为垂直方向)。

2)如在某些特定情况，运行需机组人员在舱外执行吊挂任务，则需要为机组人员配备必要的安全防护措施(通常包括安全带、吊带等)。

3)设置有安全防护措施使用程序和限制的标记或标牌，飞行手册中应包含相应的程序和限制要求。

4)吊挂设备安装结构附近设计布置有标记或标牌，规定相应的使用限制和批准的最大外挂载重。

5)对于失效会导致直升机发生危险的结构应进行疲劳评定，否则不需进行疲劳评定(涉及HEC运行，需对整个快速释放系统、载人装置结构和连接件进行疲劳评定)。

3.2 直升机B级和C级RLC的适航要求解析

直升机B级和C级RLC最为典型的运行场景如图2和图3所示。

图2 B级RLC典型运行示例

图3 C级RLC典型运行示例

B级RLC通常是直升机通过吊挂接头吊挂消防吊桶进行消防作业，或者直接使用吊挂接头吊运货物并到预定地点投放。

C级RLC通常是直升机进行高空敷设电缆或海上牵引救援遇难船舶。

根据图2和图3的示例，B级RLC运行状态下，吊挂接头下的消防吊桶在某些情况下可以被投放，且消防吊桶在水面吸水之后可以被吊起飞离；C级RLC运行状态下，牵引的电缆可以被断开，即直升机承受的外部载荷被释放，且运行期间被牵引电缆的另外一端始终与处于地面的高压线塔连接。

基于B级和C级RLC特点，两种运行场景的差异主要是外吊挂载荷的作用不同(包括载荷作用大小和作用方向)。而从适航要求角度可合并分析，确定CCAR29.865条中适用的内容及相应的设计和验证指标包括A级RLC的设计和验证指标和以下内容：

1)外挂物的载荷作用方向考虑从垂直方向到运行中能达到的最大角度范围；如果通过限制(结构限制或者飞行限制等)能够使得该角度被控制，则可以以此角度为运行中能达到的最大角度，主要用于评估外吊挂载荷在不同方向时对机身结构的强度影响。

2)设计需要包括完全独立的主快速释放系统和备用快速释放系统。主快速释放系统的操纵器件应设计布置在驾驶员主操纵机构或等效可达位置，且在应急情况下，其操纵不影响驾驶员对航空器的操纵能力。操纵应该在5 s内完成吊挂物释放。备用快速释放系统设计应该保证任一驾驶员或其他机组方便可达，且其操纵应该在30 s内完成吊挂物释放。

3)快速释放系统应保证在申请运行的各种状态下(申请批准范围内不同吊挂重量，不同速度等)功能正常，可靠和耐久；快速释放系统应该能抵御内部和外部的电磁干扰，并进行闪电防护；快速释放系统能够不受航空器电气或机械失效的影响。

4)在申请的吊挂运行类别下，确定的临界状态必须通过分析、地面试验和飞行试验相结合的方式表明。在批准的使用包线内，外吊挂运行正常且可正常释放，不会危及航空器；在应急状态，外挂载荷也能正常释放，不会影响航空器安全。

3.3 直升机D级RLC的适航要求解析

直升机D级RLC最为典型的运行场景是直升机吊挂海港引航员引领船舶航行、靠泊、离泊、移泊，如图4所示。

根据D级RLC的特点，被吊运载荷只能是人员，且该人员属于普通公众，不是经过训练的作业机组人员。这类运行方式通常是以商业盈利为目的，且需要满足CCAR29部A类性能的直升机来承担作业任务。基于图4示例的特点，可以确定适用的CCAR29.865条款具体内容及相应的设计和验证指标，除考虑A级、B级、C级RLC的设计和验证指标中有关有人外挂运行的要求外，还需要考虑：

1)D类RLC的直升机应该满足29部有关A类要求，即航空器一台发动机失效后，在申请批准的可抛放HEC重量、高度和温度包线内仍然有满足要求的悬停能力。单发失效时，整个吊挂系统(电动绞车、应急释放等)功能应正常。飞行手册中应该包括相关的单发停车悬停性能数据和操作程序。

2)整个快速释放系统和吊挂装置结构及连接件均需要进行疲劳评定。

图4 D级RLC典型运行示例

4 符合性验证方法和适航审查关注点

根据上述对直升机外吊挂不同运行场景适用的27/29.865条适航要求的解析[8]，基本明确了各类直升机外吊挂运行类别的设计要求和符合性验证要求。下面总结给出具体适航要求与直升机外吊挂设计和验证的关联关系以及适航审查的关注点。

4.1 适航要求与直升机外吊挂设计和验证的关联关系

本节主要从直升机外吊挂研发和适航审定融合的角度来阐明具体适航要求与研发和验证之间的关联关系。

4.1.1 确定外吊挂运行类别

直升机研发设计单位应根据客户要求在申请适航审定时明确拟确定的直升机吊挂运行类别，包括RLC等级、是否有人外挂、吊挂物是否可释放等信息，可以同时申请多个运行类别的组合批准，但应针对每种运行类别表明对相应适航要求和验证要求的符合性。

4.1.2 外吊挂设计

直升机外吊挂设计主要包括外吊挂系统综合设计(含强度)、安全性分析、总体气动设计等。各项具体设计工作与27/29.865条款的关联关系如图5所示。

图5 外吊挂设计与适航条款关联关系

4.1.3 外吊挂地面试验验证

外吊挂地面试验主要包括外吊挂系统的静强度试验、疲劳强度试验(适用时)、电动绞车的载荷-速度组合试验(需考虑空载、25%、50%、75%和100%极限载荷等各种组合)、快速释放系统功能试验、吊挂系统设备(含电动绞车、快速释放系统)鉴定试验、载人装置鉴定试验、电磁兼容试验等。各项地面试验验证与27/29.865条款的关联关系如图6所示。

图6 外吊挂地面试验与适航条款关联关系

4.1.4 外吊挂飞行验证

外吊挂飞行试验主要包括加装外吊挂之后对直升机飞行性能和操纵特性的影响分析验证(如适用，含A类OEI性能验证)，正常和应急抛放程序和抛放包线的确定验证，吊挂运行飞行限制条件的确定验证，外吊挂系统功能演示验证等。各项飞行试验验证工作主要与27/29.865(b)(c)(d)有关。

4.2 适航审查关注点

根据对27/29.865条款要求的解析，结合适航审定工作实践[9-10]，对直升机外吊挂运行适航审查工作的审查工作关注点进行分析，具体包括：

1)是否明确定义了直升机外吊挂运行类别。

2)是否对外吊挂系统的静强度设计和验证选择了合理的载荷系数，尤其是申请有人和无人外吊挂组合运行的。

3)是否确定了预期的直升机外吊挂运行状态，并根据此确定了对直升机飞行谱和载荷谱的影响，以及对受影响的直升机结构部件的强度重新进行评估或确定合理的强度衰减系数。

4)如使用电动绞车作为外吊挂设备，是否对其进行了充分的设备鉴定试验。

5)吊挂系统是否根据NHEC或HEC类型确定了需要进行疲劳评定的结构或零部件。

6)快速释放系统的双作动操纵设计是否真正满足两个不同方向动作的要求。

7)外吊挂系统、快速释放系统和载人装置的功能可靠性验证演示循环是否代表了典型的运行状态和规定的循环数。

8)飞行试验验证建立的正常和应急程序是否合理和完整，是否与对应的直升机外吊挂运行类别相匹配。

5 结束语

本文根据对民用直升机外吊挂适航技术的研究，基本明确了直升机外吊挂的运行类别；深入解析了27/29.865条款的具体适航设计要求和验证要求；结合工作经验从直升机外吊挂设计研发和适航审定融合的角度阐明了直升机外吊挂设计、验证和27/29.865条适航要求的逻辑关联关系；进一步总结了该条款适航审查和符合性判定的关注点。为后续工业部门工程技术人员更好地理解该条款，并在研发和验证过程中贯彻该条款要求，正确完整地表明符合性提供了指导；也为局方审查人员精准地掌握该条款适航要求并准确判定符合性提供了参考。