ICS 49.020 V 36
HB 8679-2023
水上飞机重量重心设计与控制要求
Design and control requirements for weight and center of gravity of seaplane
2023-12-29 发布 2024-07-01 实施
中华人民共和国工业和信息化部发布
前言
本文件按照 GB/T 1.1-2020《标准化工作导则第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国航空综合技术研究所归口。
本文件起草单位：中航通飞华南飞机工业有限公司、合肥江航飞机装备股份有限公司、中国航空综合技术研究所。
本文件主要起草人：李苏渊、林文杰、王咏梅、戴诗龙、李春威、程志航、杨报、孙巍、温永梅、姜盼。
水上飞机重量重心设计与控制要求
1 范围
本文件规定了水上飞机(含水陆两栖飞机)重量重心设计、控制与验证要求。
本文件适用于水上飞机，其他飞机可参考使用。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件， 仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本文件。
GB/T 38717-2020 水陆两栖飞机术语
12 日中国民用航空局令第 132 号
CCAR-25-R4 运输类飞机适航标准中国民用航空局 2011 年 11 月 7 日中国民用航空局令
第 209 号
3 术语和定义
GB/T 38717-2020 界定的术语和定义适用于本标准，下列术语和定义也适用于本标准。
3.1
最大滑行重量 maximum taxi weight
又称最大停机坪重量。允许飞机在停机坪上开始滑行前的最大重量， 等于最大起飞重量加上发动机起动、试车和飞机滑行所需燃油的重量。水上飞机的最大滑行重量即指陆上最大滑行重量。
3.2
最大水面滑行重量 maximum water taxi weight
水上飞机的最大水面滑行重量指允许飞机在水面开始滑行前的最大重量，等于最大水面起飞重量加上发动机起动、试车和飞机滑行所需燃油的重量。
3.3
最大水面起飞重量 maximum water takeoff weight
水上飞机的最大水面起飞重量指水上飞机在水面开始起飞滑行时的最大重量，一般按起飞时的结构要求、水动力特性限制确定，通常会定义不同浪高条件下对应的最大水面起飞重量。
3.4
最大着水重量 maximum water landing weight
水上飞机的最大着水重量指受水上飞机强度、水动力特性和适航要求所限制的船体触水时的最大重
量，通常会定义不同浪高条件下对应的最大着水重量。
3.5
滑行汲水后最大起飞重量 maximum lift-off weight after scooping
对于具备水面汲水功能的水上飞机，水面滑行汲水后允许起飞的最大重量。
3.6
重心前限 forward limit of center of gravity
为保证飞机具有足够的操纵性而要求飞机重心不超过某一前重心位置，这一重心就是飞机的重心前限。对于水上飞机， 水上运行重心前限的制定还应考虑包括水动阻力、滑行稳定性、喷溅、撞击等水动力特性的影响。
3.7
重心后限 afterward limit of center of gravity
为保证飞机具有足够的稳定性而要求飞机重心不超过某一后重心位置，这一重心就是飞机的重心后限。对于水上飞机， 水上运行重心后限的制定还应考虑包括水动阻力、滑行稳定性、喷溅、撞击等水动力特性的影响。
4 重量设计要求
4.1 重量分类要求
重量分类按功能准则进行，对所有的结构件和设备或装置，细分到可以区别的功能件，并归入同一功能组内，具有多功能的结构件和设备或装置按其主要功能进行分类。重量分类应满足 GJB 2194-1994和 HB 7620-1998 的要求。
水上飞机中特殊的部件(如船体、水舵、浮筒等)按功能分类划分到相应功能结构或单独划分为一个功能结构。水上飞机的重量分类如表 1 所示。
表 1 水上飞机重量分类说明
表 1 水上飞机重量分类说明(续)
表 1 水上飞机重量分类说明(续)
4.2 特征重量
特征重量的设计应能满足飞机操稳、载荷计算和水动力计算、试验的需求， 同时满足型号设计规范的规定。特征重量应能涵盖重心包线边界点、典型使用状态、强度专业需求状态和适航要求的重量状态。特征重量和重量组成类别的对应关系如图 1 所示。
水上飞机特征重量的设计，需定义最大水面起飞重量、最大着水重量。对于有不同抗浪需求的水上飞机，需定义不同浪高条件下对应的最大起飞重量和最大着水重量。
图 1 重量组成与特征重量关系图
4.3 最大重量限制
4.3.1 正常类、实用类、特技类和通勤类飞机
申请正常类、实用类、特技类和通勤类飞机型号合格证的水上飞机， 其最大重量设计应满足飞机在表明符合适航规章每项适用要求(除了那些符合设计着陆重量的以外)时的最重的重量。一般要求不超过申请人选定的最重的重量、最大设计重量、符合飞行要求的最重的重量， 同时不得小于最大零燃油重量加上备份油重量的总和。
水上飞机重量最大重量限制的制定，根据陆上和水上不同运行条件的需要，可制定不同的最大重量限制。
注：CCAR-23-R3§23.25 重量限制
(a) 最大重量是指飞机在表明符合适航规章每项适用要求(除了那些符合设计着陆重量的以外)时的最重的重量，所制定的最大重量必须符合下列条件：
(1) 最大重量不超过下列值：
(i) 申请人选定的最重的重量;
(ii) 最大设计重量;
(iii) 表明符合每项适用的飞行要求的最重的重量。
(2) 最大重量不小于下列情况时的重量：
(i) 每个座椅均坐人，假定对于正常类和通勤类飞机每个座椅上的成员重量为 77 公斤(170 磅)，而对于实用类或特技类飞机每个座椅上的成员重量为 86 公斤(190 磅)，除非不是驾驶员座椅并有标牌标明一个较轻的重量;并且
(A) 滑油箱装满，和
(B) 对批准昼间 VFR 的飞机，燃油量至少足以供给发动机在最大连续功率下工作 30 分钟;对批准 VFR 和 IFR 的飞机，至少为 45 分钟;或
(ii) 所要求的最小机组，燃油箱及滑油箱装满。
本节与适航条款 CCAR-23-R3§23.25(a)内容一致。
4.3.2 运输类飞机
申请运输类型号合格证的水上飞机最大重量设计应满足飞机运行状态(例如在机坪、地面或水面滑行、起飞、航路和着陆时)、环境条件(例如高度和温度)及载重状态(例如无油重量、重心位置和重量分布)的最大重量要求，同时不超过申请人针对该特定条件选定的最重的重量、表明符合结构载荷要求和飞行要求的最重的重量、表明符合有关噪声审定的最重的重量。
注：CCAR-25-R4§25.25 重量限制
(a) 最大重量必须制定对应于飞机运行状态(例如在机坪、地面或水面滑行、起飞、航路和着陆时)、环境条件(例如高度和温度)及载重状态(例如无油重量、重心位置和重量分布)的最大重量，使之不超过：
(1) 申请人针对该特定条件选定的最重的重量;
(2) 表明符合结构载荷要求和飞行要求的最重的重量;
(3) 表明符合有中国民用航空局有关噪声审定的最重的重量。
本节与适航条款 CCAR-25-R4§25.25(a)内容一致。
4.4 最小重量限制
4.4.1 正常类、实用类、特技类和通勤类飞机
申请正常类、实用类、特技类和通勤类飞机型号合格证的水上飞机， 其最小重量不大于空重、最小机组的重量、和燃油箱总油量的 5%(涡轮喷气飞机)或最大连续功率下工作半小时所需要的燃油量(其
他飞机)的总和。
水上飞机重量最小重量限制的制定，根据陆上和水上不同运行条件的需要，必要时可制定不同的最小重量限制。
注：CCAR-23-R3§23.25 重量限制
(b) 最小重量必须制定最小重量(表明符合本部每项适用的要求的最轻重量)，使之不大于下列重量之和：
(1) 按第 23.29 确定的空重;
(2) 所要求的最小机组的重量(每个机组成员按 77 公斤(170 磅)计算);
(3) 以下重量：
(i) 对涡轮喷气飞机，为所检查的特定燃油箱布置总油量的 5%;
(ii) 对其他飞机，在最大连续功率下工作半小时所需要的燃油量。
本节与适航条款 CCAR-23-R3§23.25(b)内容一致。
4.4.2 运输类飞机
申请运输类型号合格证的水上飞机，其最小重量不低于申请人针对该特定条件的最轻的重量、设计最小重量(表明符合结构载荷情况的最轻重量)、表明符合飞行要求的最轻的重量。
注：CCAR-25-R4§25.25 重量限制
(b) 最小重量必须制定最小重量(表明符合本部每项适用的要求的最轻重量)，使之不低于：
(1) 申请人针对该特定条件的最轻的重量;
(2) 设计最小重量(表明符合本部每项结构载荷情况的最轻重量);
(3) 表明符合每项适用的飞行要求的最轻的重量。
本节与适航条款 CCAR-25-R4§25.25(b)内容一致。
5 重心设计要求
5.1 重心设计一般要求
水上飞机重心设计首先应符合常规飞机重心设计要求。
a) 飞机重心设计满足操纵性和稳定性要求。
b) 重心范围应能涵盖所有装载需求，且一般前后各保留 1% MAC～3% MAC 设计余量。
c) 机翼、起落架的布置除满足总体布局要求外，还应满足飞机空机重心设计要求。
d) 飞机重心设计应考虑燃油消耗的影响，油箱的布局尽量使得燃油重心接近飞机重心后限，以减少气动力载荷。燃油消耗带来的重心变化范围在满足重心使用宽度范围内尽量小。
5.2 重心设计详细要求
水上飞机重心设计还应满足以下要求：
a) 水上飞机重心需满足水动力方面的性能要求，根据水动试验结果确定;
b) 水动力特性和空气动力特性对飞机重心范围要求发生矛盾时，为满足飞机重心要求，一般优先选择调整水动力参数;
c) 水上飞机重心设计应具有良好的浮性，满足水静力要求的排水量、浮力、浮心和储备容积，要有符合使用要求的吃水深度、初始纵倾角和横倾角;
d) 水上飞机重心设计应具有良好的静稳定性，满足飞机漂浮于水面上要有一定抵抗外力作用的能力，以保证限定风浪条件下机翼、螺旋桨、尾翼等飞机部件和外挂设备不致触水， 当外力消除后飞机还要有恢复到初始位置的能力;
e) 水上飞机重心设计应满足包括水动阻力、滑行稳定性、喷溅、撞击等水动力特性和抗浪要求的影响。考虑滑行稳定性时， 应避免飞机重心设计过于靠前使得飞机纵倾角进入下不稳定区从而产生海豚跳，也应避免飞机重心设计过于靠后使得飞机进入上不稳定区从而产生跳跃运动;
f) 水上飞机重量重心设计中应考虑抗沉性要求，飞机上设置的水密舱应保持规定的稳定性，一般船身式水上飞机储备浮力应为总排水量的 180%～250%，双浮筒水上飞机储备浮力应为总排水量的 100%～120%;
g) 为满足抗沉性要求，飞机需设置足够的水密舱，使得相邻两舱破损后还能提供足够大的正稳定裕度，使倾覆概率最小;
h) 水上飞机商载应尽量布置在飞机重心附近，同时需要投放的商载，其投放顺序需要严格设计，保证商载投放对飞机重心变化量的影响尽量最小;
i) 水上飞机重心前后限的设计应考虑飞机上下斜坡道时前主轮载荷要求;
j) 水上飞机重量重心包线的设计，应考虑陆上和水面运行条件的不同，必要时可制定不同的重量重心包线;
k) 必要时可以使用配重，使重心满足设计要求。
5.3 载重分布要求
5.3.1 正常类、实用类、特技类和通勤类飞机
申请正常类、实用类、特技类和通勤类飞机型号合格证的水上飞机， 制定载重分布限制时应满足飞机重心范围和重心限制的要求，同时应符合结构限制要求。载重分布的限制包括纵向分布限制和展向分布限制，一般情况下，纵向分布限制主要考虑商载分布，展向分布限制主要考虑燃油和商载分布。
水上飞机制定载重分布限制时还应考虑水密要求允许的渗水量的影响。
注：CCAR-23-R3§23.23 载重分布限制
(a) 必须制定飞机可以安全运行的重量和重心范围。如果某一重量与重心的组合仅允许落在某种横向载重分布限制内，而改限制又可能无意中被超过，则必须制定相应的重量和重心组合的限制。
(b) 载重分布限制不得超过下述任何一项限制：
(1) 选定的限制;
(2) 结构证明的限制;或
(3) 表明符合本章每一适用飞行要求的限制。
本节与适航条款 CCAR-23-R3§23.23 内容一致。
5.3.2 运输类飞机
申请运输类型号合格证的水上飞机，制定载重分布限制时应满足飞机重心范围和重心限制的要求，同时应符合结构限制要求。载重分布的限制包括纵向分布限制和展向分布限制， 一般情况下，纵向分布限制主要考虑商载分布，展向分布限制主要考虑燃油和商载分布。
水上飞机制定载重分布限制时还应考虑水密要求允许的渗水量的影响。
注：CCAR-25-R4§25.23 载重分布限制
(a) 必须制定飞机可以安全运行的重量和重心范围。如果某一重量与重心的组合仅允许落在某种载重分布限制(例如展向分布)内，而该限制又可能无意中被超过，则必须制定这些限制和相应的重量与重心组合。
(b) 载重分布限制不得超过：
(1) 选定的限制;
(2) 证明结构符合要求所使用的限制;
(3) 表明符合本分部每项适用的飞行要求的限制。
本节与适航条款 CCAR-25-R4§25.23 内容一致。
5.4 可卸配重要求
采用可卸配重来调配飞机重心时，可卸配重材料选取、尺寸、安装位置和标记标牌都应经过专业设计并形成设计模型或图样，可卸配重的设计应使重量重心满足载重分布的要求，同时在重量与平衡手册中应进行说明。
6 重量、重心控制
6.1 重量控制
重量控制应满足 GJB 2183-1994 中重量设计的要求，此外水上飞机还应满足：
a) 飞机重量控制应满足实现飞机重量设计目标的目的。在飞机不同的设计阶段， 可以采用不同的控制方法，如需求与概念论证、初步设计阶段采用目标值控制， 详细设计阶段采取目标值和模型重量签署共同控制，试制与验证阶段采取模型重量控制、称重检验及超差处理等;
b) 最小重量设计应贯彻飞机研制全寿命周期;
c) 制定重量控制大纲，建立重量控制体系，确定重量与平衡管理制度;
d) 确定目标重量指标值，建立飞机重量数据库;
e) 确定重量控制限制线，制定超限控制要求;
f) 建立飞机重量通报机制，及时提供飞机重量动态信息，及时纠正不良的重量发展趋势;
g) 建立飞机研制全过程的全面重量检验制度;
h) 装机成品重量控制始于成品重量指标分配，应从成品设计要求、设计方案、定型验证等方面开展重量控制活动;
i) 飞机最大起飞重量的吃水深度与抗侧风极限设计倾斜角相协调。
6.2 重心控制
重心控制应满足 GJB 2183-1994 中重心与平衡设计的要求，此外水上飞机还应满足：
a) 飞机重心后限，应满足飞机陆上起降、水上起降及飞行过程中稳定度余量的要求;
b) 飞机重心前限，应满足飞机陆上起降、水上起降和飞行状态操纵性的要求;
c) 飞机油箱的布局，应满足减少气动载荷和保证重心范围的设计要求;
d) 水上飞机重心满足飞机操纵性、稳定性要求外，还应满足水动力的性能要求;
e) 需要投放的商载，如灭火任务用水、救援空投包等的投放必须严格按照设计要求， 必要时应制定装载限制要求以保证飞机重心安全;
f) 水上飞机可制定合理的允许渗水量，保证水面运行安全;
g) 如有必要可设置飞机固定配重，考虑以最小的重量获取最佳重心配置效果。
6.3 控制要求
6.3.1 正常类、实用类、特技类和通勤类飞机
申请正常类、实用类、特技类和通勤类飞机型号合格证的水上飞机，其重量、重心控制应满足CCAR-23 中有关重量条款的要求：
a) 已制定的符合客户需求、可安全运行的重心范围和重心限制的要求;
b) 最大重量、最小重量的限制应符合规章规定的条件。
6.3.2 运输类飞机
申请运输类型号合格证的水上飞机重量、重心控制应满足 CCAR-25 中有关重量条款的要求：
a) 已制定的符合客户需求、可安全运行的重心范围和重心限制的要求;
b) 制定满足飞行运行要求的最大重量、最小重量，使之符合重量、重心限制要求。
7 验证
7.1 总则
在水上飞机重量重心设计过程中应进行计算验证、试验验证与试飞验证， 以验证飞机设计、生产是否符合相关技术条件的要求，保证飞机飞行性能和飞行安全。需求与概念论证、初步设计及详细设计阶段主要采取计算验证，试制与验证阶段以试验验证和试飞验证为主。
7.2 计算验证
计算验证要求如下：
a) 空机重量与重心、典型装载状态应进行理论计算， 并进行操纵性和稳定性计算、载荷强度计算和水动力计算验证;
b) 重量重心包线边界应进行理论计算，并进行操纵性和稳定性计算、载荷强度计算和水动力计算验证;
c) 不平衡燃油量需进行理论计算。
7.3 试验验证
试验验证要求如下：
a) 零组部件生产应进行称重检验，称重检验公差满足 HB 5519-1989 要求，一般试制与验证阶段飞机模型上的零组部件均应称重检验并记录，批量生产阶段可根据试制阶段生产称重检验分析结果规定零件重量限值进行称重检验;
b) 水上飞机空机重量和纵向重心必须以称重的方法确定，宜在总装完成后全机喷漆前后各称重一次，确定面漆重量;
c) 不可用燃油量应进行试验测量;
d) 试制批飞机整机均应进行空机重量、重心(主要是纵向重心)检验，称重检验公差满足 HB 5862- 1984 要求;
e) 批生产飞机根据全机称重检验符合性要求制定全机称重检验计划，已交付使用飞机在构型发生重大变化时应进行全机称重检验，称重检验公差满足 HB 5862-1984 要求;
f) 飞机空机重量与重心称重检验时，应满足 CCAR-23-R3§23.29 空重和相应重心中关于称重方法和称重构型状态的要求;或满足 CCAR-25-R4§25.29 空重和相应重心中关于称重方法和称重构型状态的要求;
g) 重量公差的计算公式如下：
ΔG = 实测重量值-理论重量值 × 100%………………………………(1)
理论重量值式中：
实测重量值——指通过称重所得满足称重构型配置要求的飞机重量，单位为 kg;
理论重量值——指通过计算所得与称重构型配置要求一致的飞机图样重量，单位为 kg。
h) 重心公差计算公式如下：
ΔX =实测重心(%MAC) _ 理论重心(%MAC)……………………………(2)
式中：
实测重心——指通过称重测得的飞机重心;
理论重心——指通过计算所得与称重构型配置要求一致的飞机图样重心。
7.4 试飞验证
试飞验证要求如下：
a) 重量重心包线应进行试飞验证;
b) 其中，最小飞行重量可采用飞行试飞验证或工程模拟器试飞验证;
c) 不平衡燃油应进行试飞验证。
