模擬機(jī)與原型機(jī)試飛優(yōu)化結(jié)合技術(shù)的研究

屈飛舟，桂敬冉

（1.中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院，陜西?西安?710089；?2.中國(guó)商飛上海飛機(jī)客戶服務(wù)有限公司，上海?200240）

飛行模擬機(jī)是飛行員進(jìn)行飛行訓(xùn)練的一種設(shè)備，是按特定機(jī)型、型號(hào)以及系列的航空器座艙一比一對(duì)應(yīng)復(fù)制的，包括表現(xiàn)航空器在地面和空中運(yùn)行所必需的設(shè)備和支持這些設(shè)備運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序、提供座艙外景像的視景系統(tǒng)以及能夠提供動(dòng)感的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。近幾年來(lái)，中國(guó)民用航空的發(fā)展令人矚目。迅速擴(kuò)大的機(jī)隊(duì)，大量更新的設(shè)備以及新航線的日益增加，對(duì)飛行員的需求大量增加。而飛行員除完成上崗前的培訓(xùn)外，每年必須完成一定時(shí)間的訓(xùn)練，主要操作培訓(xùn)有正常航線運(yùn)行、應(yīng)急情況處理等。如此大量的培訓(xùn)，如果完全依靠真實(shí)飛機(jī)訓(xùn)練，一是客觀條件不允許，風(fēng)險(xiǎn)大，二是花費(fèi)太高，特別是通過(guò)上機(jī)帶飛來(lái)掌握應(yīng)急程序幾乎是不可能的。為解決這一矛盾，民用飛機(jī)飛行模擬機(jī)需求旺盛。而模擬機(jī)研制需要大量的試飛數(shù)據(jù)支撐，如何在原型機(jī)研制試飛階段融合模擬機(jī)試飛，提高單架次試飛效率，是縮短研制周期和降低成本的關(guān)鍵[1]。

1??模擬機(jī)試飛內(nèi)容分析

按照試飛數(shù)據(jù)的不同用途，飛行模擬機(jī)設(shè)備鑒定所需試飛數(shù)據(jù)通常可分為3類：

（1）飛行模擬機(jī)建模用數(shù)據(jù)（DEG）；

（2）飛行模擬機(jī)驗(yàn)證模型用數(shù)據(jù)（VAL）；

（3）飛行模擬機(jī)設(shè)備性能測(cè)試鑒定用數(shù)據(jù)（QTG）。

在某型飛機(jī)的飛行模擬機(jī)數(shù)據(jù)提取試飛中，共計(jì)安排5類19項(xiàng)502個(gè)試驗(yàn)動(dòng)作點(diǎn)。這些試驗(yàn)動(dòng)作的具體分布見(jiàn)表1。

表1 某型飛機(jī)的飛行模擬機(jī)飛行試驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)不同用途試飛數(shù)據(jù)分布情況和不同種類試飛科目的分布情況，可以看出：

（1）用于模擬機(jī)模型開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)占全部數(shù)據(jù)總量的一半以上。

（2）飛機(jī)操縱性（縱向和橫航向操縱）試驗(yàn)內(nèi)容占全部工作量的26%，這些試驗(yàn)大約有一半內(nèi)容可以結(jié)合原型機(jī)的研制試飛完成。

（3）飛機(jī)模態(tài)特性（縱向模態(tài)特性、橫航向模態(tài)特性）試驗(yàn)內(nèi)容占全部工作量的20%，這些科目全部可以結(jié)合原型機(jī)的研制試飛完成。

無(wú)論是模擬機(jī)建模用數(shù)據(jù)、驗(yàn)?zāi)Ｓ脭?shù)據(jù)，還是設(shè)備鑒定測(cè)試數(shù)據(jù)，飛機(jī)操縱性和模態(tài)特性的試驗(yàn)都是試飛的重頭戲。試飛資源配置的合理與否決定著項(xiàng)目推進(jìn)的順利程度[2]。而這些試飛科目大部分都可以和型號(hào)的合格審定試飛結(jié)合完成，因此模擬機(jī)數(shù)據(jù)提取試飛具備與原型機(jī)試飛優(yōu)化結(jié)合的基礎(chǔ)。

2??試飛要素分析

原型機(jī)的試飛分為研發(fā)試飛、表明符合性試飛和局方審定試飛3個(gè)階段。飛行模擬機(jī)數(shù)據(jù)提取的試飛包括模擬機(jī)研發(fā)試飛和模擬機(jī)驗(yàn)證試飛。其中，研發(fā)試飛需求由制造廠商提出，符合性試飛需求是獲取局方頒布證件所必須滿足的各項(xiàng)審定條款要求。

通過(guò)對(duì)試飛大綱的梳理、理解與分析，每一本試飛大綱都會(huì)被分解為若干飛行試驗(yàn)科目，每一項(xiàng)試飛科目均與試飛需求之間存在著一對(duì)多的關(guān)聯(lián)關(guān)系。每個(gè)試飛科目根據(jù)其自身的試驗(yàn)內(nèi)容，均對(duì)試驗(yàn)飛機(jī)的構(gòu)型存在一定的要求。當(dāng)且僅當(dāng)試驗(yàn)飛機(jī)構(gòu)型能夠滿足試飛科目需求時(shí)，該試驗(yàn)機(jī)才能執(zhí)行與該試飛科目相關(guān)的飛行試驗(yàn)。試驗(yàn)點(diǎn)是對(duì)試飛科目的進(jìn)一步細(xì)化與量化，它是民機(jī)飛行試驗(yàn)規(guī)劃過(guò)程中的最小單位[3]。

飛行試驗(yàn)點(diǎn)包含有試驗(yàn)狀態(tài)、優(yōu)先權(quán)、先決條件、配平要求以及限制條件等大量信息。把各個(gè)專業(yè)或課題的試飛要求轉(zhuǎn)換為試驗(yàn)點(diǎn)的要求，并按照一定的準(zhǔn)則，對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)和動(dòng)作集進(jìn)行識(shí)別、合并和精簡(jiǎn)，從而生成一個(gè)完成飛行試驗(yàn)任務(wù)的完備而最小的試驗(yàn)點(diǎn)和動(dòng)作集合。一個(gè)典型飛機(jī)的試飛大綱由涉及飛機(jī)各個(gè)系統(tǒng)的20000～30000個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)構(gòu)成，這些試驗(yàn)點(diǎn)可能需要2000～3000個(gè)飛行小時(shí)，每個(gè)飛行小時(shí)的費(fèi)用約為10萬(wàn)～20萬(wàn)元。對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)和動(dòng)作集進(jìn)行綜合將會(huì)加快試飛進(jìn)度，使試飛費(fèi)用明顯降低。

試驗(yàn)點(diǎn)和動(dòng)作集的綜合要在對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)各項(xiàng)屬性綜合分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用完備性檢驗(yàn)等相關(guān)理論和技術(shù)。

應(yīng)用試驗(yàn)點(diǎn)理論，對(duì)原型機(jī)的試飛大綱和飛行模擬機(jī)的試飛大綱進(jìn)行分解，形成各自的試飛要素表，從而為進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)合做好基礎(chǔ)工作。

3??優(yōu)化結(jié)合方法

飛行模擬機(jī)和原型機(jī)試飛優(yōu)化結(jié)合，首先要對(duì)比分析最終試飛執(zhí)行的依據(jù)文件：模擬機(jī)試飛大綱和原型機(jī)各專業(yè)的試飛大綱。

試飛任務(wù)優(yōu)化是通過(guò)對(duì)試驗(yàn)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)化梳理，分析試驗(yàn)點(diǎn)屬性，決定優(yōu)化結(jié)合的方式，從而確定最終的方案[4]。相同屬性的試驗(yàn)點(diǎn)，可以在模擬機(jī)和原型機(jī)試飛中通用，首先需根據(jù)原型機(jī)和模擬機(jī)試飛大綱，梳理出這部分內(nèi)容，同時(shí)根據(jù)模擬機(jī)和原型機(jī)的進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行合理安排，確保兩者的進(jìn)度協(xié)調(diào)一致。部分屬性相同的試驗(yàn)點(diǎn)根據(jù)屬性的影響，結(jié)合方式可以為平行試驗(yàn)，比如重量重心要求一致，飛機(jī)構(gòu)型也一致，僅試驗(yàn)方法不同或試驗(yàn)的高度速度點(diǎn)不同，可以在一個(gè)任務(wù)單或一段時(shí)間內(nèi)，原型機(jī)和模擬機(jī)各完成部分試驗(yàn)點(diǎn)。對(duì)于屬性要求無(wú)法統(tǒng)一，尤其是構(gòu)型要求不同的，安排進(jìn)行獨(dú)立試驗(yàn)。

綜上，將模擬機(jī)與原型機(jī)試飛的結(jié)合方式分為以下幾種，見(jiàn)表2。

表2 試飛優(yōu)化結(jié)合方式

不同結(jié)合方式的說(shuō)明如下。

（1）直接使用：飛模試飛與原型機(jī)試飛對(duì)飛機(jī)的重量重心、狀態(tài)、形態(tài)、操縱方法要求均相近，飛機(jī)做一次飛行動(dòng)作即可同時(shí)滿足飛模試飛與原型機(jī)試飛的要求，可最大程度上節(jié)約試飛時(shí)間。

（2）狀態(tài)點(diǎn)結(jié)合：飛模試飛與原型機(jī)試飛對(duì)飛機(jī)的重量重心、狀態(tài)、形態(tài)要求均相近，但操縱方法要求不同。飛機(jī)在做完一個(gè)科目回復(fù)穩(wěn)定后，即可接著做另一個(gè)科目。采用該種結(jié)合方式，科目間的過(guò)渡時(shí)間很短，可在很大程度上節(jié)約試飛時(shí)間。

（3）形態(tài)改變結(jié)合：飛模試飛與原型機(jī)試飛對(duì)飛機(jī)的重量重心、狀態(tài)要求均相近，但對(duì)飛機(jī)形態(tài)要求不同。飛機(jī)在做完一個(gè)科目，調(diào)整飛機(jī)形態(tài)（飛機(jī)狀態(tài)會(huì)有微小改變，但影響不大）后才可做下一個(gè)科目。采用該種結(jié)合方式，科目間的過(guò)渡時(shí)間也很短，可在很大程度上節(jié)約試飛時(shí)間。

（4）狀態(tài)改變結(jié)合：飛模試飛與原型機(jī)試飛對(duì)飛機(jī)的重量重心要求相近，但對(duì)飛機(jī)狀態(tài)、形態(tài)要求不同。飛機(jī)在做完一個(gè)科目，需要調(diào)整飛機(jī)的狀態(tài)、形態(tài)才可做下一個(gè)科目。采用該種結(jié)合方式，科目間過(guò)渡時(shí)間較前幾種方式長(zhǎng)，但可節(jié)約試飛架次。

（5）單獨(dú)安排飛模試飛：飛模試飛與原型機(jī)試飛對(duì)飛機(jī)的重量重心要求不同，兩種試飛無(wú)法安排在同一個(gè)架次進(jìn)行，只能單獨(dú)安排飛模試飛架次。

（6）特殊條件結(jié)合：由于個(gè)別飛行模擬機(jī)試飛科目（如側(cè)風(fēng)起飛、側(cè)風(fēng)著陸、濕/冰跑道減速）對(duì)試飛條件有著較為嚴(yán)格的要求，無(wú)法單獨(dú)為飛行模擬機(jī)安排試飛，因此需與原型機(jī)試飛一起在某一時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行。

獲取了兩類試飛中所有大綱的試驗(yàn)點(diǎn)屬性，然后按照上述結(jié)合方式對(duì)飛行模擬機(jī)試飛的所有試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行歸類，給出模擬機(jī)試飛的每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)與原型機(jī)試驗(yàn)點(diǎn)結(jié)合的方式，這樣就完成了兩類試飛優(yōu)化結(jié)合最重要的一步。

然后需要關(guān)注試飛計(jì)劃的制定，確保兩類試飛的進(jìn)度能夠協(xié)調(diào)一致，這樣在試飛執(zhí)行環(huán)節(jié)才能確保優(yōu)化結(jié)合的成果。

在試飛詳細(xì)計(jì)劃的編制工作中，首先將試飛任務(wù)包劃分為若干子試飛任務(wù)包，然后根據(jù)子任務(wù)包之間對(duì)于試驗(yàn)機(jī)構(gòu)型的需求不同在相鄰的子任務(wù)包之間插入停飛期。為了保證模擬機(jī)試飛與原型機(jī)試飛結(jié)合的效果，需要盡可能地將可以結(jié)合的試驗(yàn)點(diǎn)歸類到同一個(gè)試飛任務(wù)包中。同時(shí)，借助試飛規(guī)劃與管理軟件提高效率[5]。

4??結(jié)束語(yǔ)

梳理了某型飛機(jī)飛行模擬機(jī)試飛數(shù)據(jù)的構(gòu)成，可以看出，進(jìn)行模擬機(jī)試飛與原型機(jī)試飛的優(yōu)化結(jié)合工作，可以節(jié)省大量研制成本，加快模擬機(jī)的交付進(jìn)度。因此，分析了飛行試驗(yàn)的要素，提出應(yīng)用試驗(yàn)點(diǎn)理論，對(duì)兩類試飛的大綱進(jìn)行分解，并提出優(yōu)化結(jié)合方式，對(duì)分解后的試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行組合，并以試飛任務(wù)包的方式進(jìn)行歸類以確保試飛計(jì)劃按照優(yōu)化結(jié)合方案正確執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)兩類試飛的優(yōu)化結(jié)合。形成的優(yōu)化結(jié)合方法可以有效指導(dǎo)民用運(yùn)輸類飛機(jī)飛行模擬機(jī)數(shù)據(jù)提取試飛與原型機(jī)試飛結(jié)合進(jìn)行，加快模擬機(jī)研制進(jìn)度，對(duì)于其他類型飛機(jī)的模擬機(jī)研制試飛也具有重要借鑒意義。