机载设备初始适航管理研究

2015-02-03卢佩妍

航空标准化与质量 2015年1期

关键词：机载设备条款研制

卢佩妍

（庆安集团有限公司，陕西西安 710077）

机载设备初始适航管理研究

卢佩妍

（庆安集团有限公司，陕西西安 710077）

介绍了民用航空器初始适航管理的概念，简述了民用航空机载设备适航工作要求，着重论述了机载设备在初始适航管理过程中应注意的问题及方式方法，并对机载设备如何做好初始适航管理工作进行了探讨。

机载设备；初始适航；管理

适航性是指航空器适宜于空中飞行的性质。民用航空器的适航性是指该航空器包括其部件及子系统整体性能和操纵特性在预期运行环境和使用限制下的安全性和物理完整性的一种品质，这种品质要求航空器应始终处于保持符合型设计和安全运行的状态。

适航标准是为保证实现民用航空器的适航性而制定的最低安全标准，它吸取了历次飞行事故的教训，经过必要的验证或论证及公开征求公众意见不断修订而成，它是国家法规的一部分，必须严格执行。

民用航空器的适航管理是以保障民用航空器的安全性为目标的技术管理，分为初始适航管理和持续适航管理。它是政府适航部门在制定了各种最低安全标准的基础上，对民用航空器的设计、制造、使用和维修等环节进行科学统一的审查、鉴定、监督和管理。

本文从机载设备研制单位的角度出发，对如何按照局方的要求开展机载设备初始适航管理，并最终通过适航性审查，在研制过程中应开展并重点关注的工作进行了全面的分析研究。

1 初始适航管理概述

初始适航管理，是指在航空器交付使用前，适航部门依据各类适航标准和规范，对航空器的设计和制造所进行的型号合格审定和生产许可审定，以确保航空器和航空器部件的设计、制造是按照适航部门的规定进行的。

机载设备的初始适航批准方式，在CCAR-21-R3《民用航空产品和零部件合格审定规定》[1]有明确规定，包括：

● 颁发零部件制造人批准书（PMA）；

● 颁发技术标准规定项目批准书（CTSOA）；

● 随航空器的型号合格审定（TC）、型号设计批准合格审定（TDA）、补充型号合格审定和改装设计批准合格审定一起批准，即随机审定；

● 其它批准方式。

机载设备的研制单位对机载设备的初始适航性负主要责任，其所承担的适航责任一般包括：设计符合性的实现、制造符合性的实现、符合性验证的实施，以及向适航审查部门展示设备的适航性，并保证设备的维修质量。

民用航空器的合格审定过程划分为5个阶段[2]：概念设计、要求确定、符合性计划制定、计划实施及证后阶段，从审查方的角度，阐述了其介入的时机和范围。而对机载设备研制单位来讲，需针对其审查内容，明确民用航空器及其机载设备需完成的主要工作，即对适航技术标准条款的分析和选择、对条款的设计落实、对设计符合性的分析和说明、对已批准设计状态的制造过程落实和控制、对制造符合性的展示、对适航条款符合性的验证、对验证符合性的展示和说明等，环环相扣、缺一不可，直到完成最终工程资料的批准，获得适航证件。

结合民用航空机载设备初始适航主要工作内容，本文对设备研制单位应重点开展的适航管理工作进行了初步研究。

2 机载设备初始适航管理

2.1 通过总体策划指导适航工作开展

机载设备的合格审定贯穿于机载设备的整个研制过程，必须将初始适航要求落实到设备的研制技术方案和研制工作中，以确保适航技术标准和要求能够得到全部实施，从而保障机载设备的初始适航目标得以实现。因此适航管理工作的总体策划非常重要。

研制单位应结合设备特点和客户要求，在项目策划的同时对对适航工作统一规划、集中布局，明确各研制阶段适航工作计划和控制原则，将适航性落实到设备的设计、制造、验证等过程中，指导初始适航管理工作逐级开展、有序推进。

同时，研制单位应在立项之初与适航审查部门建立有效沟通渠道，并在设备研制的各个阶段，与适航审查部门保持组良好、充分的沟通与协调，将设备研制过程中的重要节点、验证方法、验证内容、技术革新、重要的风险降低试验、技术更改等内容及时通报审查组，促进其对设备性能、功能更深的了解和信任，保证适航审查过程的顺利开展，也有利于初始适航工作的高效实施。

2.2 通过适航条款分析与设计保证适航性得到落实2.2.1 确认适航条款，策划设计方案

民用航空技术标准是民用航空产品应符合的技术标准，也是最低安全性要求，在民用航空产品的概念设计阶段，就要明确其审定基础。对机载设备来说，也就是要明确设备所适用的适航条款。

机载设备研发人员必须充分理解民用航空技术标准，如CCAR-25-R4《运输类飞机适航标准》、CCAR-23-R3《正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航规定》等的相关条款，并针对设备特点进行分析，选择适用的适航条款，以确定产品的适航性设计要求。要保证设备适航性要求的完整性和充分性，研发人员不但必须熟悉民用航空产品相关适航技术标准条款及其相互之间的联系，还须认真研究对应的咨询通告，了解每个条款的提出和发展的背景，对适航技术标准中的众多条款进行识别、分析和选择，以获取与设备有关的适航条款，并通过与客户和适航审查组协调、沟通，最终确定设备的适航条款。

适航条款在设计工作中的落实，除了要符合航空技术标准的具体内容，还要结合客户的需求，在研制、试验水平和设计经验平台的支持下，策划合适的设计方案来落实这种符合性。对这些条款的分析和落实的策划结果，设备研制单位一般应在《适航性分析与设计》报告中展现。

以某运输类飞机高升力系统配套扭力杆组件为例，其中一条适航条款要求为CCAR25.607“紧固件”，研制单位策划了以下适航性设计方案：

● 紧固件的数量保证为最小，不得使用开槽头螺钉；

● 用在铝或不同金属结构件上的钛合金紧固件需要是离子气相沉积法镀铝或类似工艺，有过盈配合情况除外。不得使用镀镉的钛合金、镀镉或镀锌的紧固件。紧固件不能选用与其相连结构材料发生腐蚀的材料，除非有合适的保护措施；

● 紧固件螺纹应满足MIL-S-8879A《增加内径牙底半径的统一螺纹规范》3A和3B级标准，不能使用马氏体不锈钢、低碳钢或者17-4PH沉淀硬化不锈钢；

● 螺纹紧固件具备可靠的二次锁紧功能，要求有适当的预紧力。乐泰或其他螺纹锁紧化合物，未经用户同意不得使用；

● 未经用户同意，不得使用弹性垫圈、保险丝，等等。

这些针对适航性策划的设计方案首先基于设备适航性标准条款，结合设备技术方案和构型分析提出，要求详实，有根有据，同时也满足了客户的一些特殊要求，并且在设备设计方案中都能够得到很好的实施。最终适航审查组认为其设计策划充分满足了设备的适航性要求。

设计人员对条款识别、选择、分析能力的培养，需要长期不断的学习、运用与积累。研制单位应组织对条款进行分析，形成有理、有据的设计适航分析报告，为适航条款的落实提供有说服力的证据。如果能将这些经验进行汇总、归纳，形成企业设计准则，将更有利于提高研发水平，促进设备的初始适航性。

2.2.2 确定符合性验证方法，落实适航设计

要保证适航条款能够切实落实到设计工作中，还需要通过必要的手段进行符合性验证，因此设备研制单位在明确适航条款的基础上，接下来的一项关键工作就是参照AP-21-AA-2011-03-R4《航空器型号合格审定程序》确定每一项条款的符合性验证方法。

符合性验证方法[3]包括：MC0：简述；MC1：说明性文件；MC2：分析/计算；MC3：安全评估；MC4：试验室试验；MC5：地面试验；MC6：飞行试验；MC7：飞机检查；MC8：模拟器试验；MC9：设备鉴定。

随机审定的机载设备，经常用到的符合性方法一般有MC1、MC2、MC3、MC4、MC6、MC7等，其所对应的符合性验证文件一般为：

● MC1：方案设计报告、产品图样、选用材料清单、产品规范、验证试验大纲、技术说明书、产品维修手册等；

● MC2：结构分析报告、强度计算报告、性能计划报告、应力分析报告、载荷分析报告、动态仿真报告等。

● MC3：功能危害性分析、初步系统安全性分析、区域危险性分析、特定风险分析、故障树分析、故障模式及影响分析、共模分析、共因分析等。

● MC4：机载设备性能、功能试验、自然环境试验、机械环境试验、耐久试验、疲劳试验报告等。

● MC6：需在机上采集试验数据的系统操纵性能、电子类产品的试飞结论等，随飞机试飞完成。

● MC7：飞机在地面安装、联试时，对机载设备与飞机的机械接口、液压接口、电气接口、干涉情况、维修可达性等进行检查并给出结论。

同一适航条款，其所对应的符合性方法不是一成不变的，往往由于设备结构特性的不同、研制保证级别的不同、各研制单位技术能力的差异等，其所对应的符合性方法有可能也是不同的。例如：某高升力系统万向节扭力杆组件和支撑轴承都选择了条款CCAR25.607“紧固件”，万向节扭力杆组件对应的符合性方法为MC1、 MC4，而支撑轴承由于无紧固件，故可以只选择MC1，并且在产品图样中体现接口设计即可，不需通过试验室验证。

适航条款对应的符合性方法的确定，来源于研发人员的经验、相关的适航咨询通告的建议，以及客户、行业专家对符合性方法的综合性评审意见。但任何符合性方法的确定，都最终要和适航审查组达成一致意见。

2.3 通过安全性评估保证设备安全性要求达标

适航审查重点关注的是航空器的飞行安全性。机载设备的初始适航过程，即要通过必要的方式、方法，保证将产品的安全性要求落实到设计、制造和验证过程中。为了保证设备的安全性要求达到最低标准或更高，必须有效开展安全性评估。

安全性评估过程是研制过程中必不可少的一部分，在概念设计阶段得出安全性要求，随着设计的推进不断持续进行评估，直到验证表明设计已满足安全性要求为止。

虽然目前各国适航当局尚没有为安全性设计的方法和流程制定并颁布统一的法律法规，但长久以来，SAE ARP4761《民用飞机机载系统和设备安全性评估过程的指南和方法》和SAE ARP4754《关于高集成度或复杂飞机的适航合格审定考虑》及其相关的文件体系一直为欧美的飞机制造商和适航当局当作民机中高度复杂和高度综合的系统的安全性设计和适航合格审定的指导性文件。因而，尽管这2份文件不具有法律效力，但其方法和流程却为各国飞机制造商和适航当局普遍接受。

系统安全性分析的流程一般为：功能危害性分析——初步系统安全性分析——设备故障模式及影响分析——系统安全性分析，研制单位在充分理解系统适航要求的基础上，结合系统功能失效的分类、系统安全性要求等，选择运用软件平台，对系统初步架构进行安全性评估，将系统的安全性指标分配到设备。

设备的安全性分析方法一般包括故障树分析（FTA）、故障模式及影响分析（FMEA）、故障模式及影响总结（FMES）。在研制的初步设计阶段就需对设备进行FTA、FMEA分析，并结合下一级设备或组件的安全性落实结果，给出安全性分析的措施，并将这些措施逐条落实到设计中去。在初步设计评审过程时，体现在方案设计报告中，明确展现对安全性要求的分析结果和落实情况，说明安全性要求对设计方案的选择有什么样的影响。而这些措施是否满足了安全性要求，则需要策划合适的验证过程并完成FMES报告，并反馈到系统安全性分性评估过程。

总之，安全性过程是一个连续迭代的过程，在整个飞机/系统研制过程中，安全性分析可以自上而下和自下而上来回循环执行很多次。安全性评估过程包括要求的产生和生效过程（自上而下）、假设及安全性要求得到满足的验证过程（自下而上）。

2.4 通过过程管控保证制造对设计的符合性

2.4.1 监控制造过程，保证制造符合性

在设备的研制过程中，用于符合性验证试验的所有试验件的制造过程必须受控，包括材料、零件和装配件的关键特性和重要特性、特种工艺的符合性等等，以保证始终生产出一致的产品。为了提高设备制造符合性检查的通过率，设备制造单位应根据相关的适航规章如AP-21-04R3《生产许可审定和监督程序》的要求，从组织管理、设计控制、制造控制、供应商控制等方面对本单位的质量管理体系文件进行完善，纳入适航要求，而且在生产过程中要严格执行。同时制造过程中产生的所有偏离、代料、超差、让步使用等，必须按照与审查组约定的方式提交工程代表进行批准。

设备研制单位应在适航审查组的制造符合性检查之前，组织内部的预检查。预检查应在设备交检验收完成后，由适航管理部门组织相关专家实施，并填写自己编制的《产品制造符合性预检查单》。制造符合性内部预检查的内容应包括对设计资料、工艺资料的现行有效性，工序过程卡、检验记录的记实性、正确性、完整性，以及工装、设备的有效性，操作人员、检验人员的资质等，还涉及对设备的重要功能、性能参数的现场抽查。对制造符合性预检查中发现的问题，在审查组正式检查之前必须组织整改到位。

2.4.2 规范管理，落实对二次配套成品的适航监控

对设备中选用或专门研制的无CTSO标准的二次配套成品，应由机载设备研制单位对成品供应商进行质量及适航监控。根据二次配套成品的重要程度（一般根据其适航性、安全性对上一级设备的影响），需将其分级分类，并根据分类情况进行适航管理。

为了规范对二次配套成品的适航管理，设备研制单位应按适航规章要求、结合体系文件，单独编制对二次配套成品的适航管理文件。首先要将客户的适航性管理要求传递到供应商；其次对于不同二次配套成品，要应按设备适航条款的分解和分配，对其提出不同的功能、性能要求，将适航性技术要求扩展到下一级产品；还要按照二次配套成品分类，明确设备研制单位对其不同阶段的具体适航审查、监控要求；而且要针对不同层次的供应商，制定适航培训计划、适航管理审查计划、工程资料检查计划、试验件抽查计划、试验项目抽查计划等，培养、督促供应商提高适航管理水平，保证二次配套产品的适航性得到落实。

2.5 通过验证试验展示适航要求的落实

2.5.1 制定验证试验计划，策划合理、有效的风险降低试验

机载设备研制过程中应对验证试验统一规划，形成《验证试验计划》以及各种专项试验大纲，指导验证试验的开展。《验证试验计划》应在产品初步设计阶段策划并完成，对产品的交收检验、环境和耐久性测试、功能测试等进行充分的规划和合理的安排。试验计划应对试验项目、试验件数量、试验设备、试验节点等内容进行充分明确，以指导试验件投产、试验设备研制、审查计划的协调等工作。同时这些试验计划要及时与适航审查部门进行沟通和协调，得到适航审查组的认可，按需要提前请审查组介入对试验过程的监控。

在正式的符合性验证试验过程中，审查组对试验准备、过程和结果的符合性都有非常严格的监控，一旦试验过程发生任何问题，对产品的更改可能会颠覆整个设计方案，使研制单位付出较大的代价，导致审定部门对研制单位的能力产生怀疑。因此，做好风险降低试验的策划和实施，对提高设备的适航符合性、向审查组展现一个有信心的产品、保证适航要求的充分满足是十分重要的。也就是说，风险降低试验的开展，会为科学制定验证试验计划打下良好的基础。所以研制单位要重点关注、合理策划风险降低试验项目。

风险降低试验一般由研制单位根据对此类产品设计的经验、试验数据的积累、技术成熟度的把握以及对环境适应度的信心，并按照仿真分析、应力分析、强度计算、安全性分析等结果，从对材料的选择、热表处理的运用、产品密封结构的设计、接口方式的选择等方面综合考虑后确定。风险降低试验项目中的重大项目（如静力试验）也可提前与适航审查组进行沟通，请其参与审查，才能提高其对于产品验证试验项目、内容以及试验结果的认同度。

2.5.2 配合目击试验审查，确保试验结果的有效性

机载设备《验证试验大纲》的适航批准一般要在试验开始前一月完成，而且适航审查组会对需要现场审查的试验进行明确，以书面或口头方式通知设备研制单位，确定目击试验项目。

研制单位应保证在目击试验项目开始前至少一周，按AP-21-AA-2011-03-R4要求向审查组提交试验的《制造符合性声明》，提请现场目击试验审查。对由于各种原因发生的计划的临时更改，应及时通知适航审查部门并协调达成一致意见。并在审查组到场之前，完成所有准备工作，包括现场有效工程资料、已通过制造符合性检查的试验件、合格试验台架、合格工装、仪表、现场环境准备、有资质的试验操作人员、有资质的检验人员及其它协助人员等。在试验展示过程中，应严格按照操作规程执行操作和记录，并接受审查人员口令开始或中止试验，保证与审查组建立良好的沟通。

适航审查组对企业的信心建立在互相信任的基础上，即便是非目击试验项目，在设备进行符合性验证试验过程中，研制单位也应该与审查组保持畅通的联系渠道，将在试验中发生的问题及时向审查组汇报、沟通，双方对故障原因分析、措施达成一致意见方可进行下一步工作。

总之，积极配合审查组目击试验的审查，及时沟通试验中出现的问题及措施，才能保证试验过程的有效性和试验结果的可信度，会对适航审查工作起到极大的推进。

3 总结

机载设备初始适航管理与研制管理紧密结合、贯穿始终。研制单位要做好设备的初始适航管理，应结合设备的适航审查流程，根据民用航空规章制定本单位适航管理文件，将设备的适航性要求纳入机载设备研制策划中。重点关注设备研制过程中的实施和进展，使设备的适航性要求、安全性要求在设计、制造、验证等工作中逐步得到落实，同时要与适航审查部门建立有效、充分的沟通与协调，确保对设备的适航性、安全性要求理解到位、落实到位，才能充分保证机载设备对初始适航要求的符合性。

[1] CCAR-21-R3 民用航空产品和零部件合格审定规定［S］.

[2] AP-21-AA-2011-03-R4 航空器型号合格审定程序［S］.

[3] SAE ARP 4754 关于高集成度或复杂飞机系统的适航合格审定考虑［S］.

（编辑：劳边）