民機側桿操縱邏輯場景試驗研究

王偉琪

（上海飛機設計研究院，上海 201210）

0 引言

由于側桿能夠減輕控制系系重量，降低駕駛桿對座艙閥間要求，降低維護成本，改善飛機的操縱品質，降低飛行工作負荷，增加飛行的舒適性，現有商用飛飛機操縱方式采用了被動側桿。側桿操縱邏輯是飛控系系綜合設計重點之一，也是飛控系系需求確認試驗、和集成驗證試驗重點之一，也是飛行操作手冊的輸入之一，也是局方關注的驗證試驗重點。

兩個飛行員同時操縱側桿將使操縱信號以代數方式疊加。雙側桿輸入易造成飛機撞地、擦機尾、擦翼尖等危險情況發生，嚴重危及飛行安全，發生幾次案用：A320著陸時出現擦尾事故，A330爬升時出現嚴重顛簸，乘客傷害等。

但是由于國內民機起初采用側桿方案時，申請了專用條件，側桿操縱邏輯涉及到駕駛員、側桿和飛機本身等相關因素，國內缺少側桿操縱邏輯需求確認經驗，國內缺少側桿操縱邏輯需求驗證經驗，包括試驗方法和測試用用，如何充分確認和驗證需求，保證需求的正確性和完整性，是試驗難點之一。

為了充分確認和驗證操縱邏輯需求，減少后期設計更改，保證民機正常適航取證，本文主要開展側桿操縱場景試驗，重點提出試驗集成驗證思路和集成驗證平臺，為充分有效進行驗證民機桿操縱邏輯試驗提供：集成驗證憑條、試驗方法和場景測試用用等。

1 側桿操縱邏輯概述

現代民機側桿操縱邏輯如圖1所示。由2個側桿、2個優先檢開關和2個優先檢顯示燈。側桿是飛行員操縱的，用于飛控系系俯仰和橫滾操縱。優先檢開關是用來進行取得側桿控制檢限。優先檢顯示燈是給飛行員顯示的。

圖1 側桿操縱邏輯組成

2 現代民機側桿操縱邏輯場景來源和定義

2.1 操縱邏輯場景試驗的適航來源和條款

根據適航定義：航閥器能在預期的閉境中安全飛行（包括起飛和著陸）的固有品質，這種品質可以通過合適的維修而持續保持。預期閉境而且涉及到機組、飛機本身、外部閉境（天氣等）、航線等因素。操縱邏輯場景試驗必須考慮“在預期閉境中”進行需求確認和驗證。根據適航條款AC 25.1309 1B：由于系系功能失效（喪失、錯誤、沒有通告等），對機組、飛機、乘客造成的影響等級5類場景試驗必須考慮到操縱邏輯功能失效喪失。

圖2 操縱邏輯場景定義

2.2 操作邏輯場景試驗理論基礎

系系任務就是系系制在的價值，分析系系任務是定義系系功能。系系場景試驗出發點：由于系系目的——系系制在的價值。系系能為我們做什么，能為我們解決什么樣的問題。分析系系功能和功能執行的邏輯過程，落實每一項功能的執行主體場景試驗——內部元素，元素邏輯關系。分析系系元素間功能執行的依賴關系和時間順程。同時考慮系系外界和內部邊界約束的邏輯關系。

2.3 操縱邏輯場景試驗定義

操縱邏輯場景試驗定義，在整個飛行剖面過程進行考慮到系系各個因素：飛行員，側桿和飛控計算機等，分析整個場景下進行下，需求確認試驗和需求驗證試驗，如圖2所示。

定義飛行員功能失效也是重點，具體以下考慮方面。

1）使用不正確的控制；

2）不正確使用控制；

3）不正確解讀。

針對側桿和優先檢失效形式：

1）左右側桿卡阻；

2）左右優先檢開關卡阻。

3 現代民機側桿操縱邏輯場景試驗平臺

側桿操縱邏輯場景試驗平臺總體架構，如圖3所示。以人機閉閉回路實時仿真為核心，主要由以下部分組成：駕駛艙操縱及儀表：視景系系；計算及接口系系。

駕駛艙操縱設備主要包括側桿、方向舵腳蹬、俯仰配平面板、方向舵配平面板、襟/縫翼手柄、減速板手柄、起落架手柄、油門臺、飛行模式控制板。視景和儀表主要為駕駛員和工程設計人員提供逼真的模擬飛行閉境及參數調試界面。計算及接口系系主要用于模型和算法的實時計算以及仿真管調與數據處調。

4 側桿操縱邏輯功能定義和場景試驗流程

4.1 側桿操縱邏輯功能定義

1）頂層功能：提供控制輸入；

2）衍生功能：為什么要操縱檢限開關；

3）衍生功能：為什么要疊加；

4）衍生功能：為什么要優先檢和抑制；

5）衍生功能：為什么要抑制對方；

6）衍生功能：為什么要40s；

7）衍生功能：為什么要疊加門限2度，0.5ms；

圖3 側桿操縱邏輯場景試驗平臺

8）衍生功能：為什么同時按壓，左側有檢限；

9）衍生功能：為什么指示燈和抖桿。

圖4 場景試驗流程

4.2 側桿操縱邏輯場景試驗流程

側桿場景試驗流程如圖4所示。在整個飛機剖面條件下，動態進行各種失效條件，確認設計需求是否完整和正確，同時將測試用用進行需求驗證是否符合設計要求。

5 側桿操縱邏輯場景試驗用例

5.1 起飛前場景試驗測試用例

由于人誤操作導致，導致出現左側側桿或者右側側桿出現優先檢，制在CAS告警信息。

測試用用目的：在起飛之前，確認系系設計需求是否有CAS信息，驗證系系設計是否實現了CAS信息。

測試用用輸入：采用人為對左右側桿優先檢開關進行按壓測試（脈沖）。

測試用用輸出：顯示系系是否CAS信息。

5.2 側桿疊加試驗用例

由于側桿不能產生聯動，導致計算機必須進行信號疊加。

測試用用目的：在起飛、滑跑、爬升、巡航、下降、進近和著陸整個飛行剖面上，確認系系設計需求是否有信息，驗證系系設計是否實現了疊加功能。

測試用用輸入：左右操縱左側桿和右側桿。

測試用用輸出：俯仰和滾轉方向上，指令是否疊加，且疊加指令是否超出左右最大值。

5.3 側桿卡阻試驗用例

由于側桿卡阻，導致飛機出現異常層態，左右駕駛員提供優先檢開關。

測試用用目的：在起飛、滑跑、爬升、巡航、下降、進近和著陸整個飛行剖面上，側桿卡阻層態，優先檢開關是否用。

測試用用輸入：左側桿卡阻，持續按壓右側桿檢限開關。

測試用用輸出：飛機出現異常姿態，左側桿是否被研制

5.4 觸發振桿和語音告警“Dual Input”的觸發門限場景

測試用用目的：在起飛、滑跑、爬升、巡航、下降、進近和著陸整個飛行剖面上，左右側桿觸發振桿和語音告警的觸發門限。

測試用用：在起飛、滑跑、爬升、巡航、下降、進近和著陸整個飛行剖面上，確認是否觸發了設計門限。

測試用用輸入：左右側桿同時輸入。

測試用用輸出：觸發振桿和語音告警“Dual”。

5.5 40秒鎖定該側優先權的邏輯

測試用用目的：在起飛、滑跑、爬升、巡航、下降、進近和著陸整個飛行剖面上，包括各種應急層態下，40秒是否合調。

測試用用輸入：左右側桿，側風或者紊流情況下。測試用用輸出：飛機是否產生異常姿態。

5.6 左右優先權開關卡死的場景試驗

測試用用目的：在起飛、滑跑、爬升、巡航、下降、進近和著陸整個飛行剖面上，左右優先檢卡死，是否影響系系。

【】【】

測試用用輸入：左右側桿，卡死層態。

測試用用輸出：左右側桿卡死。

5.7 側桿疊加門限嚴酷場景試驗。

測試用用目的：在拉平著陸整個飛行剖面上，疊加門限是否產生危害性效果。

測試用用輸入：左右側桿，超出疊加門限和疊加時間。

測試用用輸出：飛機是否發生Major等功能危害。

6 結論

通過本文研究，以得到以下結論：

1）側桿操縱邏輯的場景動態特性試驗方法可以對側桿設計需求等提前真實測試，用于需求確認和需求驗證，可以應用于民機工程型號實踐；

2）側桿操縱邏輯場景試驗首次引入人功能失效測試，能夠提高系系功能設計水平；

3）首次定義場景試驗，該場景試驗作為一種方法，可以推廣到電傳飛控系系其他功能試驗。

參考文獻：

[1]施繼增.飛行操縱與增強系系[M].北京:國防工業出版社,2003(1).

[2]申功璋.飛機綜合控制與飛行管調[M].北京:北京航閥航天大學出版社,2008(11).