電傳飛控系統首飛風險評估及控制

李偉

摘 要：民機首飛是飛機研制過程中的一個里程碑，標志飛機正式進入試飛階段。首飛是對飛機各個系統集成及控制律的首次真實檢驗，不確定因素多，民機首飛風險極高。飛控系統作為民機的幾個關鍵系統之一，其功能及性能直接影響到飛機的操縱，因此民機首飛安全與飛控系統密切相關。本文針對民機首飛階段飛控系統風險進行風險源識別，對風險危害等級及風險發生概率進行分析，總結民機首飛階段飛控系統風險評估方法，經某民機首飛實踐，結果基本符合預期。

關鍵詞：民機飛控系統 民機首飛 風險評估 風險控制

中圖分類號：V249.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（c）-0019-02

飛機的首飛指一架新制造的飛機首次離地飛行。它既是由設想變圖紙、圖紙變實物、實物能飛行等一系列工作鏈中的一個重要環節，又是新型號由靜止到運動的轉折點和新型號誕生的一個重要里程碑[1]。民機首飛是首次在真實飛行環境下的飛行，風險極高。國內外首飛失敗導致機毀人亡的案例也不少，如米格-15戰斗機、米格-17戰斗機等。飛控系統作為飛機最重要的系統之一，其安全性關系到飛機的首飛安全。因此為了保證飛機首飛安全，必須對飛控系統的首飛風險進行評估及控制。

1984年空客研制出真正意義上的電傳飛機A320，從此民機進入了電傳控制的新時代[2]。目前電傳飛控系統已成為現代主流民機的標配，特別是隨著科技的迅速發展，數字電傳開始初步代替模擬電傳，并且數字電傳已成為評價一款民機是否先進的重要指標。電傳飛控系統為飛行員操縱帶來了極大便利，但同時由于電傳飛控系統LRU部件多，控制原理復雜，試飛風險較大[3]。如何減低飛控系統試飛風險，對于電傳飛機首飛至關重要。

1 飛控系統風險分析

電傳飛控系統各子系統一般都是由供應商進行設計，并嚴格按照DO-160標準進行驗證，確保在不同的環境條件下其功能、性能滿足設計指標。各個供應商都是基于系統部件級別的驗證，子系統集成包括后續與飛機系統集成，考驗了主機廠的總體集成能力。我國民機研制，起步晚，與國外相比，集成能力與國外相比差距較大。參考國內外民機飛控系統研制過程，梳理出可能存在風險的5個領域。

1.1 PIO（駕駛員誘發振蕩）

飛機、外部環境與飛行員操縱不協調，則會導致人機閉環系統穩定性下降，飛行品質不達標，嚴重時出現于飛行員意志預期的閉環耦合振蕩，即PIO。由于PIO原因復雜、多樣， 且具有一定隨機性，歐美已對此展開廣泛研究，并取得了很多研究成果[4]。但是由于電傳飛控系統的復雜性及外部環境的多樣性，試飛中難免會出現PIO。一旦出現PIO，嚴重情況會出現飛控失控，最終造成機毀人亡[5]。

1.2 交聯系統

參考B737、A320、A380等國外先進民機，飛控系統交聯系統眾多。各個系統設計時，與之相關的交聯系統考慮較少，同時目前由于我國民機總體集成能力相比國外較弱，因此可能導致各個子系統功能、性能都正常，但是各個系統集成后發現功能不正常。此類試驗已經在我們某型號民機中出現過。

1.3 氣動載荷

飛機起動載荷對于飛控系統而言非常重要。飛控系統作動器設計需要考慮的最關鍵因素之一就是氣動載荷。如果氣動載荷偏大，則會導致作動器作動能力強，但是重量變重，影響飛機的經濟性；如果氣動載荷偏小，則導致飛控系統作動能力不足，在真實飛行中出現飛機舵面無法克服氣動載荷，進而導致飛機控制權限減低，影響飛機操縱，嚴重后果導致飛機失控。

1.4 控制律

控制律是民機的核心競爭力的體現，國外對于控制律進行出口限制，我們民機控制律只能自住設計。由于我們沒有民機控制律設計的積累，自住設計的控制律難免會有缺陷。飛控系統作為控制律的執行系統，其性能指標大部分都是來源于控制律，因此飛控系統也存在很多隱患。

1.5 系統功能不到位

目前國內民機首飛時，很多系統功能與取證情況下的功能存在差異。首飛時，需要考慮各個系統差異可能導致的飛機級影響。對于電傳飛控系統，也需要考慮到交聯系統功能差異可能導致的飛控系統功能降級或喪失。

2 飛控風險評估及控制

為確保民機首飛成功，對于電傳飛控系統，需要對風險進行梳理，制定相應的風險控制策略。

2.1 風險源梳理

進行風險控制的首要問題也是最關鍵一步，就是識別飛控系統首飛之前的潛在風險源。風險源梳理方法如圖1所示。風險源共分為5個部分，其中工作量最大的是飛控系統地面試驗。地面試驗對于驗證飛控系統性能、功能及故障、魯棒性進行全方位驗證，因此可以梳理出飛控系統本身存在的系統問題。總體指標缺陷或交聯系統問題需要進行關注，分析可能導致的飛控系統故障。國內外民機經驗，是民機研制的寶貴財富。借鑒國內外民機飛控系統存在的系統問題，梳理所研制民機的風險源。根據電傳飛控系統5類潛在風險源，梳理并確認飛控首飛階段風險源，構建試飛風險源數據庫。根據飛控系統試驗進展情況，實時更新飛控系統風險源數據庫。

2.2 風險評估

針對梳理的試飛風險源，需要對其進行評估。因為構型、環境及不同民機之間的差異，需要確認其合理性。目前對于風險源的評估，本文擬用的方法還是專家評估+全機危險性分析。其中，風險源的專家評估建議征詢3名以上專家意見進行匯總。本文規定的風險等級為5類，按照FHA等級進行劃分，主要針對飛機、飛行員操縱、乘客及客艙機組3個方面進行評述。

2.3 風險控制

本文采用綜合評價方法，針對飛控系統風險源，對首飛進行安全性評估。由前文可知，對于風險等級共劃分為5類。電傳飛控系統試飛風險等級確認主要包括兩部分：第一部分是借鑒其他機型試飛經驗，梳理部分風險，并根據風險源的危害程度及發生概率，確認風險等級；第二部分是本機可能存在的風險源，采用與第一種相同的方法，確認風險等級；最終根據兩部分內容確認飛控系統總的試飛風險等級。其中，難點在于本機風險源的發生概率，尤其是對于首飛，沒有進行過驗證，無法明確給出發生概率。對于故障危害程度及發生概率。對于發生概率的確定，本文采取以下原則進行確定。endprint

（1）系統本身問題，經供應商分析，故障原因已經定位且機上已落實解決，如果后續試驗未出現，則概率定義為不太可能；若后續試驗故障多次繼續出現，則概率定義為經常；若后續試驗只出現一次，且試驗執行次數多余10次，則概率定義為可能；系統本身問題，經供應商分析，故障原因已定位，但是受制于其他條件，機上無法實施，增加限制條件，此種情況下，如果試驗中按照限制條件執行，但是故障還是出現，則概率定義為經常；若后續試驗中未出現故障，則概率定義為偶然。

（2）非系統本身問題，比如是試驗中斷路器未閉合，試驗判據錯誤，此等問題，如果更改實施，后續試驗未再次出現故障，則故障概率定義為不太可能；如果更改實施后，試驗中再次出現故障，則故障概率定義為經常；若機上未實施，不論后續試驗是否再次出現該故障，故障概率都定義為經常。

（3）其他機型發生的風險，本機飛控系統架構與其他機型架構大致相同，飛機其他系統架構差異較小，則故障概率沿用其他機型概率；本機飛控系統架構與其他機型架構大致相同，飛機其他系統架構差異較大，則故障概率比其他機型發生概率低一檔次（如其他機型故障概率為可能，本機故障概率為偶然）；若本機飛控架構與其他機型差異較大，飛機其他系統架構差異也較大，故障概率沿用其他機型低二檔次，最少為不太可能；若本機飛控架構與其他機型差異較大，但飛機其他系統架構相同，則故障概率比其他機型發生概率低一檔次。

2.4 實施效果

借助于某民機飛控系統，經過梳理，共梳理出其他機型借鑒風險5項，本機風險12項，采用本文方法，最終確認飛控系統首飛風險等級為中，采用相關風險性降低措施后，飛控系統風險可控。后該民機首飛，飛控系統表現良好，未出現明顯故障，試飛員對飛控系統的表現非常滿意。

3 結語

本文通過對飛控系統風險進行梳理，提出了風險可能存在的5大領域，對潛在風險的危害程度、發生概率進行分析，并總結一套風險危害等級的評定方法，最后在某民機進行了驗證，基本符合試飛實際情況。但目前該項研究還處于起步階段，試飛風險源數據庫內容較少，后續將繼續完善此部分內容。

參考文獻

[1] 卓剛，沙江，白永寬.民機首飛放飛評審管理研究[J].民用飛機設計與研究，2008（3）：8-10.

[2] 楊菊平，陳益.民用飛機飛控計算機的現狀與展望[J].航空計算技術，2007，，37（5）：131-134.

[3] 王敏文.電傳飛控系統起飛著陸時的PIO研究[J].飛行力學，1996，14（2）：80-86.

[4] 馮亞昌，李陸豫.電傳飛機人機閉環系統的誘發振蕩[J].北京航空航天大學學報，2000，26（1）：30-33.

[5] 孟捷，徐浩軍，朱亞明.駕駛員誘發振蕩預測方法應用研究[J].飛行力學，2009，27（1）：16-19.endprint