基于MOC8試驗要求的飛行模擬器鑒定研究

彭 震,劉 勛

(1．上海飛機設計研究院，上海 201210；2. 民航上海航空器適航審定中心，上海 200335)

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基于MOC8試驗要求的飛行模擬器鑒定研究

彭 震1,劉 勛2

(1．上海飛機設計研究院，上海 201210；2. 民航上海航空器適航審定中心，上海 200335)

闡述了采用飛行模擬器開展MOC8試驗的原因和背景，在總結某型號飛機模擬器試驗的基礎上，對采用飛行模擬器開展MOC8試驗進行了探討。

MOC8試驗; 飛行模擬器; 逼真度

在民用飛機型號審查過程中，需要采用不同的方法說明和驗證產品對于適航條款的符合性。MOC8驗證是通過在工程模擬器上進行適合的模擬試驗以驗證相關的設計對適航要求的符合性。不過，在某些型號研制過程中，由于工程模擬器的主要用途是做研發，會出現數據和構型等規劃、經驗等達不到符合性試驗要求的逼真度。這時可以采用飛行模擬器來完成MOC8試驗。本文將在總結某型號飛機采用飛行模擬器完成MOC8試驗的基礎上，對于飛模開展MOC8試驗的要求進行探討。

1 MOC8試驗類型

一般而言，模擬器試驗(MOC8試驗)主要有：

1.1 飛控系統故障FHA故障等級評估

飛控系統故障MOC8驗證試驗的目的是通過在飛行模擬機上進行飛控系統故障模擬試驗，評估飛控系統故障對飛機的影響，確認飛控系統FHA條款等級。故障包括：副翼故障、駕駛盤故障、升降舵故障、駕駛桿故障、水平安定面故障、方向舵故障、腳蹬故障、多功能擾流板和地面擾流板故障以及襟縫翼故障。

1.2 飛控系統故障飛行品質評定

飛控系統故障下操縱品質評定MOC8試驗的目的是通過在飛行模擬器上進行飛控系統故障模擬試驗，按照HQRM評定方法評估飛控系統故障下飛機的操縱品質能否滿足適航要求。故障包括：副翼故障、駕駛盤故障、升降舵故障、駕駛桿故障、水平安定面故障、方向舵故障、腳蹬故障、多功能擾流板和地面擾流板故障以及襟縫翼故障。

1.3 發動機不可控高推力(UHT)發生時的危害和安全等級評估

不可控高推力MOC8試驗的目的是在UHT故障危險狀態進行模擬器試驗，以評估其安全和危害等級，同時申請人依據試驗結果向運營人推薦UHT故障下的操作建議程序。

1.4 最小飛行重量驗證

最小重量MOC8試驗通過在飛行模擬器上進行最小重量時特定項目試驗，評估最小重量時的操穩特性，驗證與條款CCAR25.25(b)[1]的符合性。試驗科目有：單發起飛、雙發側風起飛、雙發側風著陸、復飛、小速度時的縱向操縱、小速度時的橫向操縱和過載桿力梯度—機動特性。

1.5 最小機組工作量演示

最小飛行機組MOC8試驗的目的是通過在飛行模擬器上進行最小飛行機組工作場景模擬試驗，評估最小飛行機組的工作量，其試驗場景有：人工手動飛行、標準儀表進場、標準儀表離場、非精密進近(正常)、非精密進近(紊流)、發電機失效、非精密進近、過V1后的單發失效、兩套液壓系統失效、TCAS告警(一名飛行員失能)、燃油不平衡、側風條件下復飛、飛行控制系統直接模式、發動機著火、結冰環境[2]。

1.6 反應型風切變告警和規避導引MOC8試驗

反應型風切變告警和規避導引MOC8試驗的目的是驗證反應型風切變功能的正確性，即反應型風切變發生時的告警提示、語音顯示、導引指令和飛機動作響應的正確性，評估告警系統和規避導引系統功能對降低反應型風切變危害是有效的，包括評估風切變告警功能能為機組提供嚴重風切變的警告，系統提供的規避導引的安全性。試驗項目包括：輸入源故障試驗、反應型風切變告警功能試驗、反應型風切變規避導引功能試驗、反應型風切變告警和規避導引功能的綜合評估試驗。輸入源故障試驗主要驗證各相關輸入源故障對反應型風切變功能的影響，以及對應的各種指示、告警等各種響應；反應型風切變告警功能試驗主要是測試反應型風切變戒備級告警和警告級告警對應的各種指示、告警等各種響應；反應型風切變規避導引功能試驗主要是對規避導引功能進行驗證，驗證對應的各種指示、告警等各種響應；反應型風切變告警和規避導引功能的綜合評估試驗主要是按照飛行手冊中的程序，模擬風切變環境下進行起飛和著陸，從而對反應型風切變功能進行評估，主要評估各種指示、告警等各種響應以及功能的合理性。

2 試驗對模擬器逼真度的要求

模擬逼真度主要是指模擬條件和結果與實際情況接近的程度，它包括試驗人員感覺的真實性和試驗結果的正確性。模擬器的逼真度包括軟件(數據和模擬模型)的逼真度，硬件的逼真度和整個系統的逼真度。逼真度比較好的模擬器一般來說模擬有效性也是好的[3]。由于不同的MOC8試驗對模擬器逼真度的要求不一樣，因此，以飛控系統故障下操縱品質評定MOC8試驗為例，來研究其對模擬器逼真度的要求。

該試驗要求模擬器的飛控系統、航電系統、動力系統、起落架系統、液壓系統和電源系統的軟硬件構型達到取證構型或至少與取證構型的差異不影響MOC8試驗。同時，對于飛行響應，要求舵面或擾流板漂浮、卡阻的飛行動力學模型要能代表真實飛機飛行響應，其差異不影響MOC8試驗結論的評定。

3 模擬器逼真度的評估

3.1 模擬器逼真度評估的方法

飛行仿真模擬器的逼真度評估內容包括7個方面：駕駛艙環境、飛行動力學模型、發動機數學模型、機載系統軟件、機載系統硬件、駕駛艙運動系統以及其它支持數據和模擬器系統特性。

3.1.1 駕駛艙環境

駕駛艙環境包括大氣條件、艙內聲響、視景、跑道條件、駕駛艙布置以及駕駛艙燈光：

(1) 大氣條件包括大氣參數、風速、各種風場模型和大氣紊流模型；

(2) 艙內聲響包括發動機空中地面起動和各種工作狀態及狀態改變的聲音、空調噪音、航電設備噪聲、雨聲、風擋雨刷聲、大氣擾動聲、收放增升裝置和起落架聲、機身振動聲等；

(3) 視景包括機場地面晝夜和晝夜變化視景、機場空域晝夜和晝夜變化視景、雨雪霧天視景、結冰氣象視景、雷雨氣象視景等，還包括云底高和能見度設置、機場選擇和機場燈光等；

(4) 跑道條件包括跑道長度、寬度、坡度、場高以及跑道材質和粗糙度設置；

(5) 駕駛艙布置包括中央和左右操縱臺布置、中央儀表板、頂部控制板、電源中心、風擋布置以及其它內部尺寸和空間布置等；

(6) 駕駛艙燈光包括駕駛艙照明和調光板等。

通過上述各項比較，說明模擬器可以模擬的大氣環境、機場條件以及駕駛艙的布置逼真度。

3.1.2 飛行動力學模型

飛行動力學模型包括氣動力數據庫、空中6自由度運動方程、地面6自由度運動方程和起落架地面運動模型。

氣動力數據庫應包括6分量氣動力/力矩隨迎角、側滑角、Ma、角速度等的變化，以及增升裝置增量、操縱面增量、起落架增量、發動機影響增量(即滑流或尾噴增量)、結冰影響增量等，以風洞試驗結果和理論計算結果為基礎，使用試飛數據的參數辨識結果進行修正，以得到真實飛機的氣動力數據。通過解算空中和地面6自由度運動方程來達到仿真飛行的目的。按照CCAR60 部(飛行模擬設備的鑒定和使用規則)[4]附錄A(飛機飛行模擬機鑒定性能標準)的附件2(飛機飛行模擬器客觀測試)的要求進行鑒定，即可確定飛行動力學模型的逼真度。

3.1.3 發動機數學模型

發動機數學模型包括發動機各種設定狀態推力/功率值和耗油率、加減速特性、停車和風車特性、自動油門(若有)、推力管理以及設定狀態相互過渡的特性等，此項只能由發動機供應商提供。若有APU 提供動力輸出或工作，也需供應商提供相應的推力和耗油率數學模型。

3.1.4 機載系統軟件

機載系統軟件包括飛控系統、液壓系統、動力系統、燃油系統、航電系統、電源系統、照明系統、起落架系統、環控系統等系統軟件，通過模擬的系統功能和性能與飛機真實系統的比較來表明機載軟件的逼真度。

3.1.5 機載系統硬件

機載系統硬件包括飛控系統、液壓系統、動力系統、燃油系統、航電系統、電源系統、照明系統、起落架系統、環控系統等系統在駕駛艙內安裝的硬件，通過硬件的尺寸、材質、操作性等與飛機真實系統的比較來表明機載硬件的逼真度。

3.1.6 駕駛艙運動系統

運動系統需滿足CCAR60 附錄A 中附件1 和附件2 中對運動系統的要求。

3.1.7 其它支持數據和模擬器系統特性

包括飛機重量、重心、慣量、慣性矩以及裝載方案，計算機能力(時間延遲)，儀表響應特性等。

通過這7方面的評估，最終確認模擬器的逼真度。

3.2 CCAR60部要求

3.2.1 飛模鑒定相關要求

CCAR60 部第60.23 條規定的“飛行模擬設備客觀數據要求”主要有：

(1)在鑒定期間為了評估飛行模擬設備的性能和操縱品質，飛行模擬設備運營人應當向民航總局提交航空器制造廠家的試飛數據。這些數據包括頒發型號合格證后因航空器性能、操縱品質、功能或其他特性發生變化所產生的數據(例如反映適航指令的數據)，并且這些變化應當是影響到飛行機組成員訓練、檢查或獲取飛行經歷的變化。

(2)飛行模擬設備運營人也可向民航總局提供其他來源的試飛數據。這些數據的采集和生成應當符合本規則鑒定性能標準中對數據試飛方法的相應規定。

(3)飛行模擬設備運營人還可向民航總局提交預測數據、飛行手冊數據或經民航總局認可的其他公共數據，以便用于支持飛行模擬設備獲得特殊使用的批準

(4)應當按照試飛大綱采集用于確定飛行模擬設備性能和操縱品質的試飛數據。

CCAR60部對飛機飛行模擬機客觀測試的要求詳見CCAR60 部附錄A 附件2。其中第 60.A.2.3 條“模擬機客觀測試標準”詳細規定了需要完成的客觀測試項目及容差，測試項目有：

(1) 性能：包括滑行、起飛、爬升、巡航、地面減速、發動機；

(2) 操縱品質：包括靜態操縱檢查、動態操縱檢查、縱向、橫航向、著陸、地面效應、剎車衰減、風切變功能；

(3) 運動系統：包括位移最低要求、加速度最低要求、速度最低要求、頻率響應、運動提示、支柱協調性、平滑性；

3.2.2 飛行響應參數容差要求

CCAR60部針對不同飛行科目測試，其關鍵飛行響應參數均有定量容差要求，表1列出了CCAR60 部所規定的主要飛行響應參數測試容差：

表1 主要飛行相應參數與測試容差對應表

主要飛行響應參數機體速率油門桿角度:駕駛桿和駕駛盤啟動力腳蹬啟動力升降舵副翼擾流板方向舵計算的配平角測試容差±20%±5°±0.89daN(2磅)±2.22daN(5磅)±2°±2°±3°±2°±0.5°

對于超出已取證飛模使用范圍外的飛行響應，申請人需通過補充QTG 進行該范圍的飛行動力學模型逼真度鑒定，一般來說，CCAR60 部規定容差的2倍值可作為補充QTG 的容差。

4 某型飛機模擬器逼真度評估的方法

對于已取得CAAC 頒發的合格證的飛行訓練模擬機，其模擬機軟硬件構型和飛行數據包均已確定。故逼真度評估原則為：

(1) 在合格證使用包線范圍內的逼真度，則可滿足試驗要求；

(2) 超出合格證使用包線范圍內的逼真度，通過補充ATM(Acceptance Test Manual，驗收測試手冊)和補充QTG 表明其逼真度。

具體按下述工作進行：

(1) 首先確認飛行模擬器的機載系統軟硬件是否滿足飛控故障下操縱品質評定MOC8 試驗要求，即確認駕駛艙構型和機載系統的逼真度是否滿足試驗要求。若存在不滿足要求項，在飛行模擬器取證構型基礎上需更改達到要求或評估其對試驗的影響；

(2) 根據ATM 確認機載系統是否能正常工作以及功能實現的正確與否，也同時進一步確認機載系統的逼真度。若存在系統個別功能運行故障，需評估該故障對MOC8試驗的影響；若在飛行模擬器取證構型基礎上對不滿足試驗要求項進行了升級，需補充進行ATM 測試以重新確認該部分是否能正常工作以及功能實現的正確與否；

(3) 根據ATM 確認運動系統、視景系統和音響系統的逼真度、計算機能力、儀表響應特性是否滿足試驗要求，也即確認這些系統的逼真度是否滿足試驗要求。若存在系統個別功能運行故障，需評估該故障對MOC8 試驗的影響；

(4) 根據QTG 確認飛行動力學模型和發動機數學模型的逼真度。若試驗要求超出了飛行模擬器取證構型基礎上的QTG 測試項目，需進行補充QTG 以表明該部分內容的逼真度符合試驗要求；

(5) 大氣條件、跑道條件、飛機重量、重心、慣量、慣性矩以及裝載方案等逼真度評估。

5 結論

民用飛機MOC8試驗一般應該使用工程模擬器完成，但是飛行模擬器通過評估后也可用于MOC8試驗，同時飛行模擬器評估中使用的QTG(鑒定測試指南)，也可作為工程模擬器開展MOC8試驗的參考和借鑒。

[1] 中國民用航空總局. CCAR25. 運輸類飛機適航標準[S]. 北京：中國民用航空局, 2011．

[2] FAA. AC25-7C, Flight test guide for certification of transport category airplanes[S], USA: FAA, 2012.

[3] 章伯定,俞志剛.如何考慮工程模擬器的逼真度和有效性[J].飛行力學,1992,(4).

[4] 中國民用航空總局. CCAR60. 飛行模擬設備的鑒定和使用規則[S]. 北京：中國民用航空局, 2005．

[編校：楊 琴]

Research on Flight Simulator Evaluating Based on the Requirement of MOC8 Test

PENG Zhen1, LIU Xun2

1．ShanghaiAircraftDesignandResearchInstitute,Shanghai201210；2.ShanghaiAircraftAirworthinessCertificationCenter,Shanghai200335)

This paper describes the reason of MOC8 testing on a flight simulator. Based on the summary of the experience of civil aircraft flight simulation test, the MOC8 testing on a flight simulator is discussed.

MOC8 test; flight simulator; fidelity

2015-06-27

彭震(1982- )，男，湖南岳陽人，工程師，工學碩士，研究方向為民機適航驗證。

V

A

1671-9654(2015)03-052-04