大型民用飞机电传飞控系统综合试验验证

陈骐 王兴波 王旻

摘 要：随着自动控制和计算机等先进技术迅猛发展，特别是数字化技术的发展和应用范围的扩大，有人驾驶飞机飞行控制系统综合化的程度越来越高。在大型民用飞机电传飞控系统研制过程中为了安全迅速地确定和验证飞机飞控系统的各项性能，提高研制效率，必须对飞控系统进行全面的综合试验验证。该文通过对验证过程的组成、需求定义、试验验证等几个方面进行了系统阐述，确定了系统综合试验验证的重点。

关键词：民用飞机 电传飞控 需求定义 试验验证

中图分类号：V241 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（b）-0056-02

电传飞控系统是现代民机先进性的重要标志之一，它为提高飞机的性能、改善飞机的飞行品质、减轻驾驶员的工作负荷、增强飞机的安全性、可靠性、维修性以及实现机载分系统的综合控制等，提供了必要的技术手段和工程途径，在性能、控制、重量和维修性等方面获得了较大的收益，由于其功能综合水平的不断提高，增加了系统的复杂度，同时，也增大了系统研制错误和不良或非预期影响的风险。为了实现飞机设计要求和目标，满足适航、安全性、可靠性、维修性、客户等要求，需要验证飞机飞控系统各子系统、部件之间及相关系统之间接口的正确性和兼容性，验证飞控系统的功能、性能和安全性要求。暴露和排除飞控系统潜在的软硬件故障，采取纠正措施，增长系统可靠性，确保飞行安全。通过综合试验验证，保证研发进度，降低技术风险。

1 验证过程的组成

验证过程主要由需求定义、系统验证和问题追溯三部分组成。需求定义是对飞机功能、性能、接口、可靠性、维修性、安全性等需求的确定，是建立系统架构和开展设计工作的基础。系统验证是对各种设备、子系统和系统验证活动，确保它们满足定义的需求；问题追溯为需求定义和系统设计及实现提供闭环反馈，为系统需求、验证活动和验证状态之间的关系提供追溯。

2 电传飞控系统需求定义

建立飞机级功能及相关的功能需求，确定与外部物理和运行环境的功能接口，确立合适的飞机功能分组并将这些功能的需求分配到飞控系统，再确立定义到飞控系统设备的系统结构和边界（包括各设备的接口需求），最后按照系统架构，将系统需求分配到硬件和软件（包括软件和硬件接口需求）。需求定义是一个不断细化和反复迭代的过程，主要包括需求定义、文档形成、确认和批准。

2.1 需求定义和文档

采用自上而下方法，由顶层需求定义主要设计，再进一步到底层需求和设计，主要是通过权衡研究和技术协调分配各种LRU（航线可更换单元）的功能要求和性能要求，定义相应的详细要求以确保满足上层需求。

根据需求定义，形成了飞控电传系统的要求和目标文件，该文件涵盖了飞控电传系统的设计理念、定义、设计要求、目标以及设计决策等，阐述了系统的功能、性能、可用性、安全性、隔离、机组操作和维护等信息。

2.2 需求确认和批准

根据民机研制流程ARP4754A民用飞机与系统研制指南，需求的确认过程是为了确保所提出的需求足够正确与完整，并且产品能够满足客户、供应商、维护人员、局方以及飞机、系统和项目研制人员的需求。一般通过追溯性、分析、建模、试验、相似性和工程评审等方法开展需求确认工作。需求确认应考虑预期和非预期功能，对预期功能的需求进行确认时应评估其是否能通过“目标通过/失败准则”。试验和分析期间应注意确定系统非预期的运行和副作用。当不能直接确认是否存在非预期功能时，可通过专门的试验和具有针对性的分析来降低非预期功能出现的概率。

电传飞控系统的初步设计需求和目标由飞控专业及与其系统相关的气动、液压、电源、航电等专业共同批准，同时，该文件的后期更改应进行控制。系统设计需求与目标是系统性能、安全性、维护性和系统功能等项目设计的主要需求来源。

3 系统综合试验验证

系统综合试验验证工作的目的是为了验证所实现的产品的功能、性能、安全性、可靠性等满足预定运行环境的要求。一般通过检查或评审、分析、试验或演示、使用/服役经验来验证。

飞控系统综合试验是飞控系统设计研制过程中确认和验证飞机级、系统级、子系统级、部件/设备级设计满足相应设计规范和要求的主要方法。按照要求逐级分解和追踪，对于设计要求的正确性和完整性，通过分析、仿真和试验进行确认；对于系统和设备是否完整一致的满足设计要求，将通过各类试验进行验证。

飞控系统试验确认和验证的工作对象为飞控系统研制过程中定义的各项需求。按照主制造商-供应商工作模式，系统级设计要求的确认和验证由主制造商负责，供应商提供支持。子系统级、组件/设备级确认和验证工作由供应商负责。飞控系统验证计划规划了飞控系统的验证活动，基于这些验证活动，以飞控系统初步试验要求和规划作为前期规划输入，通过飞控系统试验方案以及飞控系统集成与验证试验计划制定了飞控系统试验的体系架构及实施方案。飞控系统确认与验证过程见图1。

飞控系统从软硬件级别到系统级开展的试验包括供应商试验、研发台试验、铁鸟试验、工程模拟器试验、机上地面功能试验（OATP）、机上地面试验、飞行试验、适航符合性验证试验等。通过多个平台试验的综合验证来实现系统自下至上的集成，从而逐步完成设备、系统、飞机各级设计需求的验证工作。

4 结论

系统综合试验验证是确保飞控系统的正确运行的重要条件。它提供了满足系统本身以及与其它系统相互间需求的方法，也提供了一个发现并消除不希望的非预期功能的机会。

飞控系统集成工作从逐个的部件功能集成开始，逐步进行至系统级集成，最终完成系统的飞机级集成。由于完全预测或模拟飞机环境存在困难，所以某些验证工作在飞机上实施，虽然在飞机上进行系统集成具有较高的有效性，但是通过实验室或模拟环境常常能够得到更有针对性或更节省成本的结果。在验证过程中，如果发现不足，则应返回到适当的研制或完整过程（需求捕获、分配或确认、实施和验证等）中，以寻找解决方法并重新执行该过程。当所有的迭代工作结束时，这一工作的输出即是一个经验证的飞控集成系统，以及证明该系统满足全部功能需求及安全性需求的资料。

参考文献

[1]飞机设计手册总编委会.飞机设计手册：第12册[M].北京：航空工业出版社，2002.

[2]孙运强.大型民用飞机电传飞控系统验证技术研究[J].民用飞机设计与研究，2012（3）：8-13.

[3]Society of Automotive Engineers， Guidelines for Development of Civil Aircraft and Systems （SAE ARP 4754A），2010.

[4]Henning Buus.B777 Flight Controls Validation Process[J].IEEE Transactions on Aero-space and Electronic Systems， 1997，33（2）.