基于MOC8试验要求的飞行模拟器鉴定研究

彭 震,刘 勋

(1．上海飞机设计研究院，上海 201210；2. 民航上海航空器适航审定中心，上海 200335)



基于MOC8试验要求的飞行模拟器鉴定研究

彭 震1,刘 勋2

(1．上海飞机设计研究院，上海 201210；2. 民航上海航空器适航审定中心，上海 200335)

阐述了采用飞行模拟器开展MOC8试验的原因和背景，在总结某型号飞机模拟器试验的基础上，对采用飞行模拟器开展MOC8试验进行了探讨。

MOC8试验; 飞行模拟器; 逼真度

在民用飞机型号审查过程中，需要采用不同的方法说明和验证产品对于适航条款的符合性。MOC8验证是通过在工程模拟器上进行适合的模拟试验以验证相关的设计对适航要求的符合性。不过，在某些型号研制过程中，由于工程模拟器的主要用途是做研发，会出现数据和构型等规划、经验等达不到符合性试验要求的逼真度。这时可以采用飞行模拟器来完成MOC8试验。本文将在总结某型号飞机采用飞行模拟器完成MOC8试验的基础上，对于飞模开展MOC8试验的要求进行探讨。

1 MOC8试验类型

一般而言，模拟器试验(MOC8试验)主要有：

1.1 飞控系统故障FHA故障等级评估

飞控系统故障MOC8验证试验的目的是通过在飞行模拟机上进行飞控系统故障模拟试验，评估飞控系统故障对飞机的影响，确认飞控系统FHA条款等级。故障包括：副翼故障、驾驶盘故障、升降舵故障、驾驶杆故障、水平安定面故障、方向舵故障、脚蹬故障、多功能扰流板和地面扰流板故障以及襟缝翼故障。

1.2 飞控系统故障飞行品质评定

飞控系统故障下操纵品质评定MOC8试验的目的是通过在飞行模拟器上进行飞控系统故障模拟试验，按照HQRM评定方法评估飞控系统故障下飞机的操纵品质能否满足适航要求。故障包括：副翼故障、驾驶盘故障、升降舵故障、驾驶杆故障、水平安定面故障、方向舵故障、脚蹬故障、多功能扰流板和地面扰流板故障以及襟缝翼故障。

1.3 发动机不可控高推力(UHT)发生时的危害和安全等级评估

不可控高推力MOC8试验的目的是在UHT故障危险状态进行模拟器试验，以评估其安全和危害等级，同时申请人依据试验结果向运营人推荐UHT故障下的操作建议程序。

1.4 最小飞行重量验证

最小重量MOC8试验通过在飞行模拟器上进行最小重量时特定项目试验，评估最小重量时的操稳特性，验证与条款CCAR25.25(b)[1]的符合性。试验科目有：单发起飞、双发侧风起飞、双发侧风着陆、复飞、小速度时的纵向操纵、小速度时的横向操纵和过载杆力梯度—机动特性。

1.5 最小机组工作量演示

最小飞行机组MOC8试验的目的是通过在飞行模拟器上进行最小飞行机组工作场景模拟试验，评估最小飞行机组的工作量，其试验场景有：人工手动飞行、标准仪表进场、标准仪表离场、非精密进近(正常)、非精密进近(紊流)、发电机失效、非精密进近、过V1后的单发失效、两套液压系统失效、TCAS告警(一名飞行员失能)、燃油不平衡、侧风条件下复飞、飞行控制系统直接模式、发动机着火、结冰环境[2]。

1.6 反应型风切变告警和规避导引MOC8试验

反应型风切变告警和规避导引MOC8试验的目的是验证反应型风切变功能的正确性，即反应型风切变发生时的告警提示、语音显示、导引指令和飞机动作响应的正确性，评估告警系统和规避导引系统功能对降低反应型风切变危害是有效的，包括评估风切变告警功能能为机组提供严重风切变的警告，系统提供的规避导引的安全性。试验项目包括：输入源故障试验、反应型风切变告警功能试验、反应型风切变规避导引功能试验、反应型风切变告警和规避导引功能的综合评估试验。输入源故障试验主要验证各相关输入源故障对反应型风切变功能的影响，以及对应的各种指示、告警等各种响应；反应型风切变告警功能试验主要是测试反应型风切变戒备级告警和警告级告警对应的各种指示、告警等各种响应；反应型风切变规避导引功能试验主要是对规避导引功能进行验证，验证对应的各种指示、告警等各种响应；反应型风切变告警和规避导引功能的综合评估试验主要是按照飞行手册中的程序，模拟风切变环境下进行起飞和着陆，从而对反应型风切变功能进行评估，主要评估各种指示、告警等各种响应以及功能的合理性。

2 试验对模拟器逼真度的要求

模拟逼真度主要是指模拟条件和结果与实际情况接近的程度，它包括试验人员感觉的真实性和试验结果的正确性。模拟器的逼真度包括软件(数据和模拟模型)的逼真度，硬件的逼真度和整个系统的逼真度。逼真度比较好的模拟器一般来说模拟有效性也是好的[3]。由于不同的MOC8试验对模拟器逼真度的要求不一样，因此，以飞控系统故障下操纵品质评定MOC8试验为例，来研究其对模拟器逼真度的要求。

该试验要求模拟器的飞控系统、航电系统、动力系统、起落架系统、液压系统和电源系统的软硬件构型达到取证构型或至少与取证构型的差异不影响MOC8试验。同时，对于飞行响应，要求舵面或扰流板漂浮、卡阻的飞行动力学模型要能代表真实飞机飞行响应，其差异不影响MOC8试验结论的评定。

3 模拟器逼真度的评估

3.1 模拟器逼真度评估的方法

飞行仿真模拟器的逼真度评估内容包括7个方面：驾驶舱环境、飞行动力学模型、发动机数学模型、机载系统软件、机载系统硬件、驾驶舱运动系统以及其它支持数据和模拟器系统特性。

3.1.1 驾驶舱环境

驾驶舱环境包括大气条件、舱内声响、视景、跑道条件、驾驶舱布置以及驾驶舱灯光：

(1) 大气条件包括大气参数、风速、各种风场模型和大气紊流模型；

(2) 舱内声响包括发动机空中地面起动和各种工作状态及状态改变的声音、空调噪音、航电设备噪声、雨声、风挡雨刷声、大气扰动声、收放增升装置和起落架声、机身振动声等；

(3) 视景包括机场地面昼夜和昼夜变化视景、机场空域昼夜和昼夜变化视景、雨雪雾天视景、结冰气象视景、雷雨气象视景等，还包括云底高和能见度设置、机场选择和机场灯光等；

(4) 跑道条件包括跑道长度、宽度、坡度、场高以及跑道材质和粗糙度设置；

(5) 驾驶舱布置包括中央和左右操纵台布置、中央仪表板、顶部控制板、电源中心、风挡布置以及其它内部尺寸和空间布置等；

(6) 驾驶舱灯光包括驾驶舱照明和调光板等。

通过上述各项比较，说明模拟器可以模拟的大气环境、机场条件以及驾驶舱的布置逼真度。

3.1.2 飞行动力学模型

飞行动力学模型包括气动力数据库、空中6自由度运动方程、地面6自由度运动方程和起落架地面运动模型。

气动力数据库应包括6分量气动力/力矩随迎角、侧滑角、Ma、角速度等的变化，以及增升装置增量、操纵面增量、起落架增量、发动机影响增量(即滑流或尾喷增量)、结冰影响增量等，以风洞试验结果和理论计算结果为基础，使用试飞数据的参数辨识结果进行修正，以得到真实飞机的气动力数据。通过解算空中和地面6自由度运动方程来达到仿真飞行的目的。按照CCAR60 部(飞行模拟设备的鉴定和使用规则)[4]附录A(飞机飞行模拟机鉴定性能标准)的附件2(飞机飞行模拟器客观测试)的要求进行鉴定，即可确定飞行动力学模型的逼真度。

3.1.3 发动机数学模型

发动机数学模型包括发动机各种设定状态推力/功率值和耗油率、加减速特性、停车和风车特性、自动油门(若有)、推力管理以及设定状态相互过渡的特性等，此项只能由发动机供应商提供。若有APU 提供动力输出或工作，也需供应商提供相应的推力和耗油率数学模型。

3.1.4 机载系统软件

机载系统软件包括飞控系统、液压系统、动力系统、燃油系统、航电系统、电源系统、照明系统、起落架系统、环控系统等系统软件，通过模拟的系统功能和性能与飞机真实系统的比较来表明机载软件的逼真度。

3.1.5 机载系统硬件

机载系统硬件包括飞控系统、液压系统、动力系统、燃油系统、航电系统、电源系统、照明系统、起落架系统、环控系统等系统在驾驶舱内安装的硬件，通过硬件的尺寸、材质、操作性等与飞机真实系统的比较来表明机载硬件的逼真度。

3.1.6 驾驶舱运动系统

运动系统需满足CCAR60 附录A 中附件1 和附件2 中对运动系统的要求。

3.1.7 其它支持数据和模拟器系统特性

包括飞机重量、重心、惯量、惯性矩以及装载方案，计算机能力(时间延迟)，仪表响应特性等。

通过这7方面的评估，最终确认模拟器的逼真度。

3.2 CCAR60部要求

3.2.1 飞模鉴定相关要求

CCAR60 部第60.23 条规定的“飞行模拟设备客观数据要求”主要有：

(1)在鉴定期间为了评估飞行模拟设备的性能和操纵品质，飞行模拟设备运营人应当向民航总局提交航空器制造厂家的试飞数据。这些数据包括颁发型号合格证后因航空器性能、操纵品质、功能或其他特性发生变化所产生的数据(例如反映适航指令的数据)，并且这些变化应当是影响到飞行机组成员训练、检查或获取飞行经历的变化。

(2)飞行模拟设备运营人也可向民航总局提供其他来源的试飞数据。这些数据的采集和生成应当符合本规则鉴定性能标准中对数据试飞方法的相应规定。

(3)飞行模拟设备运营人还可向民航总局提交预测数据、飞行手册数据或经民航总局认可的其他公共数据，以便用于支持飞行模拟设备获得特殊使用的批准

(4)应当按照试飞大纲采集用于确定飞行模拟设备性能和操纵品质的试飞数据。

CCAR60部对飞机飞行模拟机客观测试的要求详见CCAR60 部附录A 附件2。其中第 60.A.2.3 条“模拟机客观测试标准”详细规定了需要完成的客观测试项目及容差，测试项目有：

(1) 性能：包括滑行、起飞、爬升、巡航、地面减速、发动机；

(2) 操纵品质：包括静态操纵检查、动态操纵检查、纵向、横航向、着陆、地面效应、刹车衰减、风切变功能；

(3) 运动系统：包括位移最低要求、加速度最低要求、速度最低要求、频率响应、运动提示、支柱协调性、平滑性；

3.2.2 飞行响应参数容差要求

CCAR60部针对不同飞行科目测试，其关键飞行响应参数均有定量容差要求，表1列出了CCAR60 部所规定的主要飞行响应参数测试容差：

表1 主要飞行相应参数与测试容差对应表

主要飞行响应参数机体速率油门杆角度:驾驶杆和驾驶盘启动力脚蹬启动力升降舵副翼扰流板方向舵计算的配平角测试容差±20%±5°±0.89daN(2磅)±2.22daN(5磅)±2°±2°±3°±2°±0.5°

对于超出已取证飞模使用范围外的飞行响应，申请人需通过补充QTG 进行该范围的飞行动力学模型逼真度鉴定，一般来说，CCAR60 部规定容差的2倍值可作为补充QTG 的容差。

4 某型飞机模拟器逼真度评估的方法

对于已取得CAAC 颁发的合格证的飞行训练模拟机，其模拟机软硬件构型和飞行数据包均已确定。故逼真度评估原则为：

(1) 在合格证使用包线范围内的逼真度，则可满足试验要求；

(2) 超出合格证使用包线范围内的逼真度，通过补充ATM(Acceptance Test Manual，验收测试手册)和补充QTG 表明其逼真度。

具体按下述工作进行：

(1) 首先确认飞行模拟器的机载系统软硬件是否满足飞控故障下操纵品质评定MOC8 试验要求，即确认驾驶舱构型和机载系统的逼真度是否满足试验要求。若存在不满足要求项，在飞行模拟器取证构型基础上需更改达到要求或评估其对试验的影响；

(2) 根据ATM 确认机载系统是否能正常工作以及功能实现的正确与否，也同时进一步确认机载系统的逼真度。若存在系统个别功能运行故障，需评估该故障对MOC8试验的影响；若在飞行模拟器取证构型基础上对不满足试验要求项进行了升级，需补充进行ATM 测试以重新确认该部分是否能正常工作以及功能实现的正确与否；

(3) 根据ATM 确认运动系统、视景系统和音响系统的逼真度、计算机能力、仪表响应特性是否满足试验要求，也即确认这些系统的逼真度是否满足试验要求。若存在系统个别功能运行故障，需评估该故障对MOC8 试验的影响；

(4) 根据QTG 确认飞行动力学模型和发动机数学模型的逼真度。若试验要求超出了飞行模拟器取证构型基础上的QTG 测试项目，需进行补充QTG 以表明该部分内容的逼真度符合试验要求；

(5) 大气条件、跑道条件、飞机重量、重心、惯量、惯性矩以及装载方案等逼真度评估。

5 结论

民用飞机MOC8试验一般应该使用工程模拟器完成，但是飞行模拟器通过评估后也可用于MOC8试验，同时飞行模拟器评估中使用的QTG(鉴定测试指南)，也可作为工程模拟器开展MOC8试验的参考和借鉴。

[1] 中国民用航空总局. CCAR25. 运输类飞机适航标准[S]. 北京：中国民用航空局, 2011．

[2] FAA. AC25-7C, Flight test guide for certification of transport category airplanes[S], USA: FAA, 2012.

[3] 章伯定,俞志刚.如何考虑工程模拟器的逼真度和有效性[J].飞行力学,1992,(4).

[4] 中国民用航空总局. CCAR60. 飞行模拟设备的鉴定和使用规则[S]. 北京：中国民用航空局, 2005．

[编校：杨 琴]

Research on Flight Simulator Evaluating Based on the Requirement of MOC8 Test

PENG Zhen1, LIU Xun2

1．ShanghaiAircraftDesignandResearchInstitute,Shanghai201210；2.ShanghaiAircraftAirworthinessCertificationCenter,Shanghai200335)

This paper describes the reason of MOC8 testing on a flight simulator. Based on the summary of the experience of civil aircraft flight simulation test, the MOC8 testing on a flight simulator is discussed.

MOC8 test; flight simulator; fidelity

2015-06-27

彭震(1982- )，男，湖南岳阳人，工程师，工学硕士，研究方向为民机适航验证。

V

A

1671-9654(2015)03-052-04