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來自 - NBC News1 機輪收起迫降實驗

B737 機腹著陸迫降

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 剛發表于《應用力學學報》，歡迎大家下載、討論和引用

民機機輪收起著陸墜撞載荷計算.pdf

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摘要：

    機輪收起著陸(Wheels-UP Landing)墜撞載荷是飛機結構強度設計的重要部分，對飛機適航認證安全性有重要意義。通過對適航認證條款的解讀，結合國外大型民用客機的設計和適航認證的經驗，建立了滿足機輪收起著陸墜撞載荷適航認證符合性的三種分析計算模型和方法；采用分段模型和方法，以國外某民機為例，完成機輪收起著陸墜撞載荷的計算和分析。結果表明：本文給出的模型和方法能夠成功地得到機身、機翼、平尾、垂尾等關鍵站位的彎矩、剪力、扭矩的瞬態載荷響應。根據該瞬態響應繪制的載荷包線能夠有效地應用于飛機適航認證評估。文中建立的模型和方法能為國產大型民用客機的機輪收起著陸墜撞載荷計算提供參考。

關鍵詞：民機；機輪收起著陸；適墜性；適航認證；符合性方法

      機輪收起著陸 (Wheels-UP Landing) [1-6]指的是“在個別或者全部起落架沒有打開時，飛機在可控條件下迫降于有鋪面跑道的應急過程”。機輪收起著陸屬于一般墜撞事故(第一類墜撞事故，發生的概率在10-6~10-9 之內，事故產生的載荷屬于飛機結構設計的限制載荷，必須在飛機結構設計時作為正常工況載荷考慮)，有別于可生存的墜撞事故 (第二類墜撞事故，發生的概率接近于10-9，事故產生的載荷大于限制載荷，一般不作為飛機結構設計的正常工況載荷)。最近一起機輪收起墜撞事故發生于2016 年8月3 日，阿聯酋航空一架波音-777 飛機在迪拜國際

     最近一起機輪收起墜撞事故發生于2016 年8月3 日，阿聯酋航空一架波音-777 飛機在迪拜國際機場機腹迫降，機上搭載的282 名乘客和18 名機組人員全部安全撤離，迫降現場見圖1。

                                 圖1 波音-777 機腹迫降(迪拜國際機場，2016 年8 月3 日)

                    Fig.1 Belly landing of Boeing-777 (Dubai Int. airport，Aug.3，2016)

     機輪收起著陸墜撞載荷對飛機結構造成的破壞不是很嚴重，僅造成局部性的結構損壞，飛機上的安全設備可以為乘員提供足夠的安全保護。機輪收起著陸墜撞載荷一般小于適墜時生存限制(Limitof Reasonable Survivability)所對應的動態載荷。其對應的適航認證是民用客機整體適墜性第24 章(ATA024)適航認證要求的一部分，也是飛機結構設計和適航認證中必須考慮的正常工況載荷，是飛機靜強度分析和試驗分析重要的組成部分。在中國民用航空總局對大型客機的適航認證準則[4]中，與機輪收起著陸墜撞載荷分析計算有關的適航認證條款，主要體現在起落架適航認證第25.721 總則中的25.721(b)細則。該細則明確界定了民用機輪收起著陸墜撞適航認證的具體要求“客座量(不包括駕駛員座椅)大于或等于10 座的飛機必須滿足如下設計：當有任意一個或多個起落架未放下時，飛機在受操縱情況下著陸于有鋪面的跑道上時，其結構部件的損壞不足以導致溢出足夠量的燃油而構成起火危險”。同時，該條款第25.721 總則的25.721(c)細則也給出了判斷是否滿足適航認證的方法“可用分析或試驗，或兼用兩者來表明符合本條規定”。

        歐洲航空安全局在大型客機適航認證準則[2,6]的CS25.721(b)(1)和CS25.721(b)(2)細則給出了機輪收起著陸適航認證的具體條件，其設定的墜撞載荷評估工況條件如下。

    1) 緊急降落在有鋪面的跑道上著陸。

    2) 飛機在受到控制下著陸。

    3) 飛機具有1.52m/s 的垂直下降速度。

    4) 飛機在最大設計著陸重量情況下降落。

    5) 任意起落架放下/收起的組合情況。

      美國聯邦航空管理局大型客機的適航認證準則[1]第25.721 條款雖然沒有給出機輪收起著陸具體的適航認證條件，但是在大多數情況下，滿足歐洲航空安全局的CS25.721(b)條款將自動滿足中國民用航空總局及美國聯邦航空管理局的適航認證要求。機輪收起著陸墜撞過程是一個復雜的瞬態物理過程，涉及到以大應變為特征的幾何非線性、以材料彈塑性變形為特征的材料非線性、以接觸摩擦為特征的接觸非線性，這一系列復雜因素使得應急墜撞計算變得非常困難。目前國際上(包括波音和空客這兩家大型飛機設計制造商)也未能建立起一套完全成熟的機輪收起著陸墜撞載荷計算方法。現有的方法往往采用簡化模型對墜撞載荷做近似的計算。在國內，大多數研究[7-12]聚焦于第二類墜撞事故(可生存墜撞事故)，而對于機輪收起著陸的研究才剛剛起步，機輪收起著陸墜撞載荷評估及適航認證還未引起廣泛的關注和足夠的重視。機輪收起著陸適航認證條款以及適墜性適航認證條款均沒有給出滿足這些條款符合性的具體要求和方法。鑒于此，本文首先解讀民用客機機輪收起著陸的適航認證條款，提出滿足適航認證條款的計算要求。然后結合國外民機機輪收起著陸載荷計算的經驗，提出三種機輪收起著陸墜撞載荷計算的模型和方法。最后以國外某民機為例采用分段式模型和方法完成了某種工況下機輪收起著陸墜撞載荷的完整計算。本文建立的模型和方法可為國內機輪收起著陸墜撞載荷的分析和評估提供參考，服務于國產民用客機的適航認證分析工作。

2 機輪收起著陸墜撞載荷計算要求

2.1 機輪收起著陸載荷計算中的起落架構型

     機輪收起著陸墜撞分析需覆蓋所有可能的起落架收起/放下的組合形式。以雙引擎三點式起落架布局 (例如：波音737 和空客A320) 的機輪收起著陸為例，滿足適航認證條款的墜撞載荷分析需包括以下5 種起落架構型。

      1) 機輪收起著陸構型1：所有起落架收起的墜撞狀態。

      2) 機輪收起著陸構型2：兩個主起落架收起/前起落架放下的墜撞狀態。

      3) 機輪收起著陸構型3：一個主起落架收起/前起落架收起的墜撞狀態。

      4) 機輪收起著陸構型4：一個主起落架收起/前起落架放下的墜撞狀態。

      5) 機輪收起著陸構型5：兩個主起落架放下/前起落架收起墜撞狀態。