通用飛機(jī)航電系統(tǒng)研發(fā)流程淺析

邵良

摘 要：通用航空是民用航空的重要組成部分，這一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)整個(gè)國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及社會(huì)的進(jìn)步意義重大。通用航空的范疇較廣，是除軍用和商業(yè)行為以外的所有航空活動(dòng)，囊括了直升機(jī)、固定翼飛機(jī)等航天器類型。目前，通用航空器具有最為廣泛的類型，其在整個(gè)社會(huì)活動(dòng)中應(yīng)用最多。鑒于其類型的復(fù)雜和豐富，因此，其對(duì)整個(gè)航電系統(tǒng)和設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的要求較高，要全面進(jìn)行航電系統(tǒng)和流程的研發(fā)。該文針對(duì)通用飛機(jī)中的航電系統(tǒng)不同于軍機(jī)研發(fā)的特點(diǎn)，基于全球市場(chǎng)上對(duì)通用飛機(jī)航電系統(tǒng)的研究，提出航電系統(tǒng)研制流程的途徑。提出主要的研發(fā)流程對(duì)象有：（1）民用飛機(jī)系統(tǒng)研制流程；（2）通用飛機(jī)特有的航電系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：通用飛機(jī) 航電系統(tǒng) 市場(chǎng)需求 民機(jī)系統(tǒng)研制流程

中圖分類號(hào)：V24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）01（a）-0017-02

1 概述

1.1 研究對(duì)象

通用航空是指除了軍事和定期商業(yè)航線飛行以外的所有航空活動(dòng)。通用航空器包括固定翼飛機(jī)、直升機(jī)和其他航空器（含無人機(jī)等）。通用航空器是目前世界上種類最多、用途最廣的一類飛行器。

通用飛機(jī)由于種類多、功能復(fù)雜，對(duì)航電系統(tǒng)和設(shè)備的要求很高。主要是兩大類，一類是低成本、安全可靠、自動(dòng)化程度較高、人機(jī)界面簡(jiǎn)潔友好、易于裁剪構(gòu)型的航空電子系統(tǒng)與設(shè)備；另一類是滿足各種作業(yè)任務(wù)需要的設(shè)備與裝置。

該文主要以23部通用飛機(jī)的航電系統(tǒng)為對(duì)象，對(duì)其航電系統(tǒng)的市場(chǎng)需求、功能、架構(gòu)和其獨(dú)有特點(diǎn)進(jìn)行研究，提出航電系統(tǒng)研發(fā)流程。

1.2 民用飛機(jī)系統(tǒng)研制流程

1.2.1 雙V模型流程

通用飛機(jī)航電系統(tǒng)開發(fā)遵從《ARP-4754A民用飛機(jī)與系統(tǒng)研制規(guī)則》和《ARP-4761民用機(jī)載系統(tǒng)和設(shè)備開展安全性評(píng)估的指導(dǎo)和方法》開發(fā)流程，可以大大精簡(jiǎn)開發(fā)成本和工作量?，F(xiàn)代民機(jī)開發(fā)流程是通用飛機(jī)航電系統(tǒng)低成本化中最重要的因素。

按照《ARP4754A民用飛機(jī)與系統(tǒng)研制規(guī)則》中的介紹，復(fù)雜機(jī)載系統(tǒng)按照典型的V模型流程進(jìn)行開發(fā)，從飛機(jī)級(jí)需求開始，衍生到系統(tǒng)級(jí)，再到部件級(jí)，并且衍生出軟件需求和硬件需求。完成各級(jí)需求的需求確認(rèn)后，到達(dá)V模型的底端。然后進(jìn)行軟硬件級(jí)、部件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的實(shí)現(xiàn)，完成后進(jìn)入集成和需求驗(yàn)證流程，直到完成飛機(jī)級(jí)的集成和驗(yàn)證。

1.2.2 安全性分析過程

在整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)過程中，并行開展的就是系統(tǒng)安全性分析過程，安全性評(píng)估過程包括功能危險(xiǎn)性分析FHA（飛機(jī)級(jí)、系統(tǒng)級(jí)）、初步安全性分析PSSA（飛機(jī)級(jí)、系統(tǒng)級(jí)）、安全性分析SSA（飛機(jī)級(jí)、系統(tǒng)級(jí)）、共因分析CCA等4個(gè)環(huán)節(jié)。還有故障樹、失效模式及影響分析、區(qū)域安全性分析等工具，可以在部分環(huán)節(jié)中應(yīng)用?！禔RP-4761民用機(jī)載系統(tǒng)和設(shè)備開展安全性評(píng)估的指導(dǎo)和方法》中的安全性評(píng)估模型很好地解釋了在研制流程中，安全性評(píng)估的方法是如何在各個(gè)階段驗(yàn)證設(shè)計(jì)并提出需求和更正設(shè)計(jì)的。采用這種從需求出發(fā)由上到下的開發(fā)過程，同時(shí)安全性評(píng)估確認(rèn)和驗(yàn)證的開發(fā)方法，在開發(fā)成本上有大規(guī)模的節(jié)省。

1.2.3 減少糾正錯(cuò)誤的成本

在飛機(jī)研制過程中，錯(cuò)誤的糾正成本隨著開發(fā)階段的推進(jìn)呈現(xiàn)指數(shù)增長。航電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能缺失或設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，在初期糾正或許只是文件的修改，而等到工廠全部安裝上飛機(jī)后，糾正錯(cuò)誤的成本是巨大的。不同于傳統(tǒng)的資源配置開發(fā)方法，現(xiàn)代民機(jī)的開發(fā)流程可以有效避免錯(cuò)誤遺留到后期。舉例說明，開發(fā)一款8座的23部飛機(jī)，根據(jù)資源配置的方法，沒有考慮安裝氣象雷達(dá)。飛機(jī)生產(chǎn)出來后，客戶要求加裝，會(huì)發(fā)現(xiàn)困難重重。對(duì)飛機(jī)全機(jī)的結(jié)構(gòu)、重量重心均有很大更改。而從需求出發(fā)，則在設(shè)計(jì)初期就收集市場(chǎng)需求，將該需求分配給航電系統(tǒng)。

1.2.4 人力資本精簡(jiǎn)

通用飛機(jī)航電系統(tǒng)整個(gè)開發(fā)過程有章可循，按部就班。每個(gè)階段對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的工作和輸出文件。因此，在通用飛機(jī)航電系統(tǒng)開發(fā)團(tuán)隊(duì)中，通常一個(gè)人負(fù)責(zé)一個(gè)分系統(tǒng)，不像以往一個(gè)人負(fù)責(zé)一個(gè)設(shè)備。人員精簡(jiǎn)，節(jié)省出大量的人力成本，使得航電系統(tǒng)的研制成本降低。

1.2.5 避免資源浪費(fèi)

以往設(shè)計(jì)中為求穩(wěn)妥，放大余量，使得成本居高不下。而民機(jī)系統(tǒng)開發(fā)流程從需求出發(fā)，通過功能危害和安全性分析的驗(yàn)證，對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)、設(shè)備及其元器件可靠性指標(biāo)等性能、軟硬件等級(jí)進(jìn)行合理分配。這樣設(shè)備的數(shù)量配置合理，性能指標(biāo)不會(huì)虛高，軟硬件研制保證等級(jí)符合適航要求。

1.3 通用飛機(jī)航電系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展

1.3.1 維護(hù)檢測(cè)功能

通用飛機(jī)制造成本和維護(hù)成本均比較低廉，沒法擁有龐大的機(jī)務(wù)和費(fèi)用高昂的維護(hù)保障設(shè)備。這就要求航電系統(tǒng)具有維護(hù)檢測(cè)的要求。

（1）數(shù)據(jù)通道的檢測(cè)。

通用飛機(jī)航電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線狀態(tài)應(yīng)能顯示在飛機(jī)顯示器上，便于機(jī)務(wù)人員在總裝、試飛調(diào)試階段和飛機(jī)維修時(shí)，快速定位線路故障。美國GARMIN公司的G1000系統(tǒng)在“構(gòu)型模式”下顯示RS-232總線各路狀態(tài)，還可以顯示429總線、CAN總線、RS-485總線和HSDB總線的狀態(tài)。

（2）LRU的狀態(tài)檢測(cè)。

航電系統(tǒng)的各LRU的工作狀態(tài)，也能定位其故障形式。

（3）ICD檢測(cè)。

發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)和機(jī)身狀態(tài)參數(shù)的接口信號(hào)，可以將其狀態(tài)顯示到顯示器上。便于研制階段試驗(yàn)和排故使用。

（4）調(diào)整片角度調(diào)整，燃油油量油箱校準(zhǔn)，航姿校準(zhǔn)等測(cè)試。

進(jìn)入通用飛機(jī)維護(hù)界面時(shí)，可以進(jìn)行調(diào)整片角度調(diào)整，燃油油量油箱校準(zhǔn)，航姿校準(zhǔn)等測(cè)試，并將校準(zhǔn)結(jié)果記錄在系統(tǒng)中，不需要每次維護(hù)時(shí)重新做這些試驗(yàn)，大大減輕工作量，降低成本。擁有上述維護(hù)功能的航電系統(tǒng)可以大幅降低飛機(jī)總裝調(diào)試、地面試驗(yàn)時(shí)的工作量，縮短飛機(jī)研制進(jìn)度。

1.3.2 適航驗(yàn)證試驗(yàn)

通用飛機(jī)航電系統(tǒng)具有高度綜合化的特點(diǎn)，通常由一個(gè)供應(yīng)商提供整個(gè)綜合航電系統(tǒng)。在對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行適航驗(yàn)證時(shí)，供應(yīng)商需進(jìn)行一些必要的試驗(yàn)和分析，減輕飛機(jī)設(shè)計(jì)單位的工作和成本。

（1）系統(tǒng)級(jí)雷電間接效應(yīng)試驗(yàn)。

根據(jù)FAR23部的23.1306條“電子電氣系統(tǒng)閃電防護(hù)”條款要求以及對(duì)應(yīng)的咨詢通告AC20-136B中的要求，對(duì)于具有A級(jí)顯示功能的系統(tǒng)，需要進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的雷電間接效應(yīng)防護(hù)試驗(yàn)驗(yàn)證。供應(yīng)商在設(shè)計(jì)系統(tǒng)階段就要在系統(tǒng)層面上考慮雷電間接效應(yīng)的防護(hù)和驗(yàn)證。

（2）系統(tǒng)級(jí)HIRF防護(hù)試驗(yàn)。

根據(jù)FAR23部的23.1308條“高強(qiáng)輻射場(chǎng)防護(hù)”的條款要求以及對(duì)應(yīng)的咨詢通告AC20-158中的要求，對(duì)于具有A級(jí)顯示功能的系統(tǒng)，需要進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的HIRF防護(hù)試驗(yàn)驗(yàn)證。供應(yīng)商在設(shè)計(jì)系統(tǒng)階段就要在系統(tǒng)層面上考慮HIRF防護(hù)和驗(yàn)證。

（3）系統(tǒng)散熱熱量試驗(yàn)。

由于受空間和重量限制，并要考慮HIRF防護(hù)以及安裝維護(hù)的便利，通用飛機(jī)航電系統(tǒng)通常安裝在一個(gè)設(shè)備支架內(nèi)部。這就對(duì)系統(tǒng)散熱熱量有一定要求。這也要求供應(yīng)商在設(shè)計(jì)系統(tǒng)階段就要在系統(tǒng)層面上考慮系統(tǒng)散熱設(shè)計(jì)及散熱熱量試驗(yàn)。

2 結(jié)語

該文針對(duì)23部飛機(jī)的航電系統(tǒng)，通過對(duì)其航電系統(tǒng)的獨(dú)有特點(diǎn)進(jìn)行研究，提出航電系統(tǒng)研發(fā)流程的初步路徑。通用飛機(jī)工程師需按照現(xiàn)代民機(jī)系統(tǒng)研制流程來設(shè)計(jì)航電系統(tǒng)，達(dá)到低成本化的目的。飛機(jī)設(shè)計(jì)單位和航電系統(tǒng)供應(yīng)商應(yīng)根據(jù)通用飛機(jī)特點(diǎn)和市場(chǎng)需求，加強(qiáng)合作和溝通，探討發(fā)展出新的通用飛機(jī)航電系統(tǒng)開發(fā)流程。

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