北航研究生航空器适航设计技术复习题修订补充版.docx
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北航研究生航空器适航设计技术复习题修订补充版
第一部分：
填空题。
（1）JAR/FAR/CS-23正常类，实用类，特技类和通勤类飞机设定：
正常类，实用类和特技类飞机，其座位设置（不包括驾驶员座位）为9座或以下，最大审定起飞质量不超过5670kg（12500磅）。
（2）飞机三证：
（TC型号合格证TypeCertificate，PC生产许可证ProductionCertificate，AC单机合格证AircraftCertificate）都是适航当局颁发给飞机制造商的。
（3）JAR/CS-27小型旋翼机/FAR27正常类旋翼机最大重量为3175kg（7000磅）或者更低，座位数小于等于9座的旋翼机。
（4）民机四性：
安全性，经济性，舒适性，环保性。
民机三减：
减重，减排，减阻。
第二部分：
论述题
1简述航空器适航性的含义与内涵。
早期一般辞典的定义：
适航性（AirWorthinese）是航空器适宜于空中飞行的性质。
适航性是指航空器在预期的运动环境中在经审明并被核准的使用限制下运行时，应具备的安全性和物理完整性品质，这种性质使航空器始终处于符合其型号设计及安全运行的状态。
适航性的标准：
为了保证实现民用航空器的适航性，而制订的最低安全标准。
飞机发生事故或全损失事的原因：
人为差错、机械故障和环境因素。
造成机械故障的原因，大体分为“先天性”和“后天性”两个方面。
“先天性”主要是设计上的安全性缺陷和制造方面的物理完整性缺陷。
“后天性”主要是不恰当的使用、维修等，降低甚至破坏了航空器的安全性水平。
航空器的安全性属性只能说明航空器“先天”应有的安全性水平，而航空器的适航性属性则既概括了设计、制造等“先天”应赋予航空器的安全性，也包含了使用、维修等“后天”应该恢复或者保持的安全性，从而赋予了航空器一个全寿命周期的安全属性。
2适航管理工作主要包括哪些内容？
航空器的适航性工作称为适航管理，民用航空器的适航管理是以保证民用航空器的安全性为目标的技术管理，是政府适航部门在制订了各种最低安全标准的基础上，对民用航空器的设计、制造、使用和维护等环节进行科学统一的审查、鉴定、监督和管理。
适航管理工作主要包括：
（1）制订各种适航规章、标准、程序、指令、通告和审定监督规则，这是适航管理的基础。
（2）民用航空器的型号合格审定，颁发型号合格证书。
取得型号合格证书是准予生产的前提条件，这是为了保证产品设计符合适航标准和要求。
（3）对航空器、发动机和螺旋桨的制造进行生产许可审定，颁发生产许可证；对其他民用航空产品进行设计和生产审定，颁发“制造人批准书”或“技术标准规定项目批准书”。
这是为了保证每件产品都符合型号设计并处于安全使用的状态。
（4）对已经取得国籍登记证的航空器进行适航检查、鉴定并发给适航证，没有适航证的飞行是违法的。
（5）对维修企业进行审定发给维修许可证，该维修企业要根据批准的维修大纲制订维修方案，对维修人员进行考核发给执照。
这是为了使航空器的适航性始终得到良好的保证。
（6）掌握民用航空器的持续适航情况，颁发适航指令。
这是为了监视航空器的故障率、使用可靠性和不正常的飞行情况。
（7）对安全问题和事故进行调查，对违章和不符合适航标准的情况采取措施。
上述适航管理内容，一般又可以分成初始适航管理和持续适航管理，即民用航空器“优生”和“优育”两个相辅相成的方面。
我国初始适航方面的适航标准有：
运输类飞机适航性标准（CCAR-25）
运输类旋翼航空器适航标准（CCAR-29）
航空发动机适航标准（CCAR-33）等。
持续适航管理是对航空器在使用、维护阶段所保持的适航性实施的控制，即在航空器通过初始适航审定，并获得适航证投入运行之后，为保证航空器保持其设计、制造所赋予的安全性和物理完整性所进行的各项审定、批准和监督工作。
包括维修单位的合格审定、维修人员的资格评审和航空器适航性的监督等三个方面。
其基本依据是：
《民用航空器维修许可审定的规定》（CCAR-145）和《民用航空器维修人员合格审定的规定》（CCAR-65）
3试列出航空器适航标准体系和结构
答：
美国联邦航空管理局（FAA）颁布的《联邦航空条例》（FAR）
英国民用航空管理局（CAA）颁布的《英国民用适航性要求》（BCAR）
西欧国家的《联合适航性要求》（JAR）（后改为CS）
俄罗斯的《民用航空条例》（早期的：
苏联和经互会民用运输机统一适航标准（EHЛГ-C））
中国民用航空局颁布的CCAR
看看航空器审定的适航标准（JAR/CS-22、JAR/CS-VLA、JAR/FAR/CS23、JAR/FAR/CS25、JAR/FAR/CS27、JAR/FAR/CS29），可以注意到存在一定协调性和一致性的通用结构。
除了“前言”“目录”外，还可以找到“分部”和“附录”。
如前所述，JAR/CS也包含了咨询材料。
每个分部包含的条款都有标题（如“地面载荷”、“控制系统”等），有趣的是在上述所有的标准中，相同的主题内容一般都在相同编号的条款中（“重量限制”条款是XX.25，“材料与工艺”条款是XX.603）。
这样很容易在标准之间过渡，并在需要时进行比较。
该结构的一些细节如下：
（1）A分部：
总则。
该分部提供了标准所适用的航空器型号及类别信息。
（2）B分部：
飞行。
该分部针对性能、操纵性、机动性和稳定性等要求的符合性验证所进行的试飞。
值得提及的是，该分部并不是覆盖审定试飞的唯一分部，其他分部也包含了一些必须试飞验证的要求。
（3）C分部：
结构。
该分部包括了飞行和地面载荷评估要求和机身、操纵系统、起落架及其他部件的结构设计要求，也提供了适坠性与疲劳要求参数。
（4）D分部：
设计与制造。
该分部包括了设计方法、材料、安全因子、操纵系统、起落架设计、需要进行的结构试验、驾驶舱和客舱设计、防火以及颤振要求等。
（5）E分部：
动力装置。
该分部包括了动力系统安装及相关系统（如燃油、滑油和排气系统等）的要求，也包括了动力系统操纵、附件和防火等要求。
（6）G分部：
使用限制和资料。
该分部提供了为使航空器正确运行、驾驶员和其他人员必须得到的所有资料要求，包括从标记、标牌到飞行手册内容等。
（7）附录。
附录有不同的内容，如简化的设计载荷判据、材料可燃性评估的试验程序、持续适航文件和其他信息。
4.70部联邦航空条例中有那几部是从设计角度提出的具体要求？
答：
70部联邦航空条例中的大多数是属于管理性质的，但其中有8部则是从最低安全要求出发，对航空器、发动机或螺旋桨的设计提出了具体的技术要求。
FAA将其进一步定名为“标准”，其中包括7部适航标准和1部噪声标准。
为了方便和习惯上常连同技术标准规定（TSO，原FAR37）统称为适航性标准。
这8部联邦航空条例对航空器、发动机或螺旋桨的设计至关重要，它们是：
FAR23试航标准：
普通类、通用类、特技类和通勤类飞机
FAR25试航标准：
运输类飞机
FAR27试航标准：
普通类旋翼机
FAR29试航标准：
运输类旋翼机
FAR31试航标准：
载人自由气球
FAR33试航标准：
航空发动机
FAR35试航标准：
螺旋桨
FAR36试航标准：
航空器型号和试航合格审定
FAR23和FAR25均适用于固定翼飞机。
FAR23适用于9座或9座以下。
最大审定起飞质量为12500磅或12500磅以下的普通类、通用类和特技类飞机；以及19座或19座以下，最大审定起飞质量为19000磅或19000磅以下的通勤类飞机。
FAR25适用于运输类飞机。
FAR27和FAR29适用于旋翼机，其中FAR27适用于最大起飞重量为6000磅及6000磅以下的普通类旋翼机；而FAR29则适用于运输类旋翼机。
这四部试航标准均包括7个分部。
A分部是总论，规定了适用范围；B分部是飞行，规定了航空器性能和操作性、稳定性方面的要求；C分部是结构，规定了载荷和强度方面的要求；D分部是设计与制造，规定了结构、布置方面等要求；E分部是动力装置，规定了发动机及其各系统的安装要求；F分部是设备，规定了各种机载设备的安装要求；G分部是使用限制和资料，规定了必须确定的使用限制和对飞机手册内容的要求。
5CCAR25部关于结冰试航审定的气象条件是什么
答：
（a）连续最大结冰
大气结冰状态的最大连续强度（连续最大结冰）由云层液态水含量、云层水滴平均有效直径和周围空气温度三个变量决定。
这三个变量的相互关系列于本附录图1中。
用高度和温度表示的结冰限制包线列于本附录图2中。
由图1和图2可确定云层液态水含量同水滴直径及高度间的相互关系。
水平范围17.4海里以外的连续最大结冰状态的云层液态水含量，用图1的液态水含量乘上本附录图3的相应系数来确定。
（b）间断最大结冰
大气结冰状态的最大间断强度（间断最大结冰）由云层液态水含量、云层水滴平均有效直径和周围空气温度三个变量决定。
这三个变量的相互关系列于本附录图4中。
用高度和温度表示的结冰限制包线列于本附录图5中。
由图4和图5可确定云层液态水含量同水滴直径及高度间的相互关系。
水平范围2.6海里以外的间断最大结冰状态的云层液态水含量，用图4的液态水含量乘上本附录图6的相应系数来确定。
（c）最大起飞结冰
起飞时最严重的结冰条件（最大起飞结冰）为云中水含量0.35g/m3平均水滴直径为20微米，地面环境温度为零下9摄氏度。
最大起飞条件从地面延伸到起飞表面上457米（1500英尺）的高度。
6.军用适航性审定内容有哪些及特点
答：
MIL-HDBK-516B的主要内容包括系统工程、结构、飞行技术、推进系统和推进系统安装、航空器子系统、机组人员系统、诊断系统、航空电子、电气系统、电磁环境效应、系统安全性、计算机资源、维修、武器/外挂综合、乘客安全性及材料等，共计近900项适航性审查条款。
适航性审查条款的内容是以美国军用标准规范的技术要求为基础，剪裁引用美国联邦航空适航条例的条款要求而形成的。
采取三种形式分别构成各审查条款要求，引用军用标准规范的技术内容“A”类（占16%），引用联邦航空适航条例的条款内容“B”类（占1%），同时引用军用标准规范和联邦航空适航条例的内容“A+B”类（占76%，其他占7%）。
该准则共引用的美国国防部联合服务规范指南（JSSG）、美军标准规范（MIL-STD）、美军设计手册指南（MIL-HDBK）以及其他行业协会标准规范等技术文件220多项。
根据美国军用航空器适航性审查准则（MIL-HDBK-516B）的规定，军用飞机适航审定的内容如图7所示。
图7
7、从适航性设计标准B分部（飞行部分）出发，试论述对翼型设计的要求
答：
适航性设计标准B分部是飞行，规定了航空器性能和操作性、稳定性方面的要求。
翼型是构成机翼、尾翼的重要部分，它直接影响到飞机的性能和飞行品质。
在各种飞行状态（包括在近临界迎角下）和给定的升力下，机翼和尾翼的气动特性应当保证机翼有最小的阻力和必需的安定性和操纵性，这就要求选用的翼型具有大的升阻比及高的最大升力系数而阻力系数最小，并应有小的零升力俯仰力矩。
在满足气动要求的同时，要兼顾结构、强度及工艺的需要。
对于亚声速飞机，为了提高飞行速度，节省燃油，主要考虑有高的阻力发散Ma数和高的最大升力系数，因此多选用上翼面吸力平坦区长的，产生激波的Ma数高而激波强度较弱的翼型。
20世纪50年代用MACA6系列翼型，特点是头部呈圆型，最大厚度位置较靠后，60年代为提高阻力发散Ma数，选用尖峰翼型，到70年代以后，采用后缘加载的超临界翼型，特点是前缘丰满，下翼面平坦，后缘向上凹。
对于超声速飞机，由于采用小展弦比机翼，翼型的重要性减小了，主要从减小波阻考虑，一般选用相对厚度在5%以下，而且弯度小的翼型，其特点是头部较尖锐，上下表面呈弧形而且基本对称。
上述各种翼型如图
层流翼型，尖峰翼型，双弧翼型，平凸翼型，超临界翼型
8、直升机的主要参数包括哪五个参数？
简述直升机设计规范和适航条例的重要性。
答：
直升机的主要参数包括：
直升机总重G，桨盘载荷p，功率载荷q，旋翼实度σ和桨尖速度ΩR等。
直升机设计技术要求是研制直升机的依据，但直升机设计还必须严格遵守有关的设计规范和适航条例的各种规定。
直升机设计规范和适航条例是在直升机设计实践过程中逐步形成的，它是直升机设计和使用实践的积累和总结，是设计过程中必须遵循的指令性文件，也是直升机设计定型或适航取证验收的依据。
直升机设计规范和适航条例，对各类直升机都做了在设计中必须遵守的许多指令性规定，包括设计情况，安全系数，过载，重量，重心，飞行载荷，着陆载荷，强度和刚度，动力学特性，配平特性，操纵性和稳定性，飞行品质，结构试验，飞行试验等。
直升机设计规范和适航条例是指导直升机设计工作的通用性文件，是对设计的全面的综合性的要求，而具体型号在设计要求和设计特点上又各不相同，因此，在具体型号设计时有必要对规范的某些条款进行局部修改或取舍，根据不同型号的具体情况，对规范进行适当剪裁，形成型号设计规范，经评审和批准后，作为型号工程设计的指令性文件，并同时作为型号验收的依据。
军用直升机的设计定型是由国家组织专门的定型委员会依据研制总要求和设计规范对新机研制全过程进行审查、考核和验收，通过后颁发定型证书。
民用直升机适航条例（CCAR-27部、CCAR-29部）是民用直升机最低安全标准。
民用直升机在适航管理上实施“型号合格证（TC证）、生产许可证（PC证）和单机适航证（AC证）”三证管理，民用直升机只有在该型号获得型号合格证，单机又取得适航证后才能进入民用市场。
民用直升机为了确保使用安全，其适航取证具有法规性和强制性，必须百分之百满足，取得单机适航证的民用直升机，其适航管理为全寿命管理，从投入市场开始，到退出市场为止。
直升机的设计过程是一个创新性和科学性相结合的过程，创新性是指所设计的直升机要有新意、有特色，科学性要求不脱离实际，不违反客观规律。
如果说，在拟定直升机设计总要求、确定总体方案时注意到了创新，那么直升机设计规范和适航条例则是使创新得以实现、使设计将合客观规律的技术保证。
设计定型和适航性鉴定是直升机研制工作的一个重要阶段，它是在试制和试验（试验包括地面试验和试飞）阶段以后进行。
研制工作进入设计定型阶段说明新机设计经试制和各种试验验证满足设计技术要求，可以投入批量生产。
但是，人们对事物的认识过程是发展的，在定型以后的生产、使用中还会有问题暴露出来，所以，定型或适航鉴定后又是进一步改进、改型的开始。
因此，不能孤立地看待定型工作。
通过设计定型（或适航鉴定获得适航证）的新型直升机就可以投入批量生产和使用。
为此，必须为用户提供相应的技术文件（包括全机构造说明书、飞行手册、使用维护手册等）和售后服务，并根据使用中反馈的各种技术信息，不断改进，使之日趋完善。
9、试论述直升机防/除冰系统适航审定过程
答：
1）制定合格审定计划
申请人应在直升机旋翼防除冰系统设计和研究工作开始时向适航当局提交一份合格审定计划。
该合格审定计划应说明为指导合格审定打算做的所有工作，并应包括下列基本资料：
直升机和系统说明，防除冰系统说明，合格审定检查单，为演示符合性所计划的分析或试验说明，设计、分析、试验及报告等工作的预定进度；试验方法（人工和自然结冰条件）；控制变量的方法；数据采集仪器；数据处理程序等。
2）合格审定一般程序
典型的直升机结冰条件飞行合格审定程序如图
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