試飛科目構型評估實踐中問題及措施的研究

徐凱

【摘 要】對于民機而言，構型評估工作貫穿設計、試驗、生產、取證的整個研制過程，而在民機試驗（包括飛行試驗）過程中，構型評估則是試驗開展的前提和保障。本文結合某型號民機的試飛過程，分別從民機系統級和整機級試飛角度介紹試飛科目構型評估的實踐經驗，對遇到的問題進行研究，提出解決措施。

【關鍵詞】民機；構型評估；試飛；系統級；整機級

0 引言

民機在正式投入使用前通過試驗性飛行（文中簡稱“試飛”），檢查飛機的設備和驗證飛機的性能等，試飛分為研發試飛和驗證試飛。驗證試飛由申請人組織，局方全面參與和控制，對飛機設計、制造和使用進行全面檢驗，確認飛機滿足適航要求的最低安全標準和運行要求。驗證試飛分為申請人表明符合性試飛和審定試飛，在試飛科目開展前須按照試飛要求對試飛機構型進行評估。

1 系統級試飛科目構型問題及措施

1.1 避免構型凍結瓶頸

系統構型凍結出現死循環問題屢見不鮮。以導航系統為例，該系統構型需要試飛數據作為支持方可提供凍結，部分試飛數據還需要使用民航機場設備才可獲取，而試飛管理體系要求系統狀態凍結后方可進行試飛，且需使用民航機場設備的系統，更是必須保證構型凍結并到位。針對該問題，應當靈活處理，在充分論證試飛必要性的前提下，大膽安排研發試飛來及早獲取數據資料，支持系統構型早日凍結。

1.2 集中優化管理零散科目

與整機級試飛科目任務量大、易集中控制不同，系統級試飛科目大多具備試飛科目架次少、試飛科目數量多、各科目對飛機要求狀態各異的情況，難以按照整機級試飛科目那樣通過集中凍結構型狀態便可以保障大部分科目的試飛。以航電系統為例，整個航電系統下轄自動飛行、通信、導航、指示記錄、中央維護、E3等6個子系統，各子系統還分出了數個甚至十數個分系統，分系統中也涉及了多個分科目。這些分科目各自要求的試飛機構型狀態各異，但每個分科目基本只飛一個架次，甚至只是結合飛行。在這種情況下，如果機械的按照每個科目系統構型來要求試飛機狀態，就會造成試飛延續性差，試飛機多次進行狀態調整的情況。針對該問題，首先應當從宏觀上對系統級試飛科目進行統一考量，盡可能將構型狀態相近的科目集中安排，在集中飛行期間凍結飛機構型狀態；其次，針對系統級試驗科目具備可結合的特點，打破 “分系統試驗大綱——分系統構型”的模式，以分系統構型為基礎，多個不同系統的試飛任務單可以統一編排、結合飛行，最大程度的提高單架次試飛效率，減少試飛時間，從而緩解構型狀態凍結造成的不便。

1.3 合理安排備份科目

系統級試飛科目較為零散導致試飛安排經常面臨調整，時間調整跨度可能會以月為單位計算。這將造成構型評估報告需多次批準的情況。以高頻通信系統為例，由于該科目試飛架次少，在試飛安排中多次作為備份科目，導致該系統試飛科目構型評估報告多次根據試飛機最新狀態進行更改。針對該問題，應當在完成主飛科目后即進行備份科目試飛，避免構型反復；如果未能及時安排備份科目試飛，也可以采取一次性備份制度，在某個試飛時間段內未能安排，則在下一個試飛時間段將該科目轉為主飛科目進行。

1.4 掌握技術狀態、充分驗證功能

系統級飛行試驗中有很多科目需要結合其它科目進行試飛后方可發現問題，但由于結合科目一般處于從屬地位，很難掌握主動權。以指示記錄系統為例，其多個功能需結合其它系統試飛進行，而其他系統部分的試飛科目安排在較后期才進行。這樣就為指示記錄系統功能驗證和構型凍結埋下了隱患。針對該問題，一方面系統專業應當盡可能完善試驗室驗證環境，使試驗室試驗能夠盡可能覆蓋所有情況；另一方面，需要針對需結合試飛的科目進行多維度管理，統籌控制。

2 整機級試飛科目構型問題及措施

2.1 加強試驗飛機構型凍結管理

整機級試飛科目涉及專業面廣，準備時間長，在此期間，任何對系統的更改都將導致新一輪的構型評估，甚至在臨試飛前還要進行評估，拖延了項目的進度。針對該問題，整機級試飛科目負責人在構型評估時，應明確試飛要求，確定評估范圍，避免涵蓋無關系統。

2.2 充分掌握構型狀態

整機級試飛科目所涉及的系統需要由系統專業負責人對試驗飛機系統構型和當前系統構型與取證構型是否存在差異進行全面了解，及時掌握試飛現場情況和試飛機的構型狀態，整機級試飛科目負責人針對當前系統構型和差異情況進行評估，判定是否可以進行相關的整機級科目的試飛。

2.3 建立構型平臺，實現信息共享

由于民機項目涉及單位多，協調配合較為復雜，所以，試飛機的設計單位、制造單位、試飛承擔單位之間應建立試飛現場的試飛機構型管理平臺，數據庫依托數字化平臺之上，實時更新、實現信息共享。減少信息溝通不暢導致導致的項目進度影響。

2.4 綜合考慮系統功能完整性

在整機級試飛科目準備的過程中，整機級試飛科目負責人需做到全面考慮當前系統功能是否能夠滿足科目試飛要求，系統專業負責人需對系統的功能完整性進行驗證和把關，當系統專業對系統功能完整性考慮不足，系統功能未得到驗證情況下，就會發生整機級試飛變成了檢驗系統功能完整性的飛行，系統功能需要更改，無法滿足系統驗證和整機級試飛科目條款符合性驗證的要求。以某民機失速試飛科目為例，在失速試飛期間，就發生了襟翼4卡位迎角變化率修正符號在軟件中定義有誤，導致在飛行中失速推桿迎角比名義值大，對試飛安全造成影響，此現象本應在系統地面試驗中發現。針對該問題，系統專業應當盡可能完善試驗室驗證環境，使試驗室試驗能夠盡可能覆蓋所有情況，避免將能夠通過試驗室試驗或機上地面試驗驗證系統功能的工作帶到試飛中，同時又要做到充分驗證，嚴慎細實把關，對于沒有足夠把握確認功能完整性的情況應協調安排研發試飛，充分考慮、未雨綢繆，科學合理安排好試驗室試驗、機上地面試驗和研發試飛，層層規劃、合理利用，既能充分驗證系統功能完整性又不浪費有限資源。

2.5 全面系統交聯驗證

整機級試飛科目負責人不僅要考慮各系統功能能否滿足科目試飛要求，還需要從整機角度考慮各系統集成后的功能能否滿足科目試飛要求。完全通過地面試驗進行整機性能驗證的方法存在一定的弊端和風險，包括各分系統的兼容與匹配，物理試驗過程復雜、準備周期長、試驗成本高，地面試驗無法完全考慮各類飛行環境和飛行工況，難以表征系統軟硬件的全部特征，難以獲取全面的整機性能數據等。同時，由于系統交聯驗證認知不足，在系統級頂層設計功能需求的編制過程中并未明確好各系統之間的接口及驗證關系，驗證安排就會不夠充分，甚至存在無專業涉足的空白地帶，這就導致了整機級科目試飛達不到科目本身的試飛目的。以某民機高速特性試飛為例，從整機級角度考慮應該是馬赫數配平優先，然而由于馬赫數配平和構型配平兩者之間的邏輯關系設計不當，在實現功能的時候發生了哪項先發指令就先執行哪項的情況，即系統功能在整機級的實現情況并不符合整機級科目試飛要求，在高速特性構型評估報告中要求馬赫數配平功能正常、擾流板功能正常，因此，在此問題解決前飛機構型是無法滿足高速特性中需要使用擾流板的狀態點的試飛科目執行的。針對該問題，要從整機級角度開展功能完整性驗證工作。如何在系統級頂層設計功能需求的編制過程中明確好各系統之間的接口及驗證關系？如何讓系統供應商了解整機級需求？這都是需要我們考慮的。讓系統交聯驗證的工作沒有空白地帶，借助虛擬仿真技術手段來驗證系統集成功能，通過虛擬仿真在整機級獲得取更高性能品質，包括控制系統性能、電液系統作動性能、機械系統運動與整機飛行狀態、結構強度與應力、疲勞損傷以及復雜的力紛爭問題、起落架性能、燃油與推進系統性能、環境控制與空氣循環系統品質等，調優系統性能并優化系統設計。例如“虛擬鐵鳥”建模平臺的開發，它具備了完整的虛擬試驗環境和仿真能力，在虛擬試驗環境中，可以通過邏輯控制的設置和定義，像真實的物理試驗一樣，選擇不同的試驗模式和試驗工況，如起飛、平飛、降落、滑行以及復雜的失效工況。通過“虛擬鐵鳥”試驗，可以有效了解和洞悉整機性能，研究分系統和各學科之間的耦合，評價整個系統的性能?！疤摂M鐵鳥”與物理試驗緊密結合，互為補充，可形成完整的全系統驗證和認證方法體系，貫穿民機整機級驗證階段。

3 結束語

成千上萬試飛小時的積累為民機的安全可靠奠定了基礎，也帶給我們無數寶貴的經驗，對這些經驗加以總結，為后續型號的試飛所用，我相信中國的民機事業終將在世界航空業發展的前沿大踏步前進。

【參考文獻】

[1]周亮，等.民用飛機系統級飛行試驗的構型評估方法研究[J].航空科學技術，2012（5）.

[責任編輯：湯靜]