试飞科目构型评估实践中问题及措施的研究

徐凯

【摘 要】对于民机而言，构型评估工作贯穿设计、试验、生产、取证的整个研制过程，而在民机试验（包括飞行试验）过程中，构型评估则是试验开展的前提和保障。本文结合某型号民机的试飞过程，分别从民机系统级和整机级试飞角度介绍试飞科目构型评估的实践经验，对遇到的问题进行研究，提出解决措施。

【关键词】民机；构型评估；试飞；系统级；整机级

0 引言

民机在正式投入使用前通过试验性飞行（文中简称“试飞”），检查飞机的设备和验证飞机的性能等，试飞分为研发试飞和验证试飞。验证试飞由申请人组织，局方全面参与和控制，对飞机设计、制造和使用进行全面检验，确认飞机满足适航要求的最低安全标准和运行要求。验证试飞分为申请人表明符合性试飞和审定试飞，在试飞科目开展前须按照试飞要求对试飞机构型进行评估。

1 系统级试飞科目构型问题及措施

1.1 避免构型冻结瓶颈

系统构型冻结出现死循环问题屡见不鲜。以导航系统为例，该系统构型需要试飞数据作为支持方可提供冻结，部分试飞数据还需要使用民航机场设备才可获取，而试飞管理体系要求系统状态冻结后方可进行试飞，且需使用民航机场设备的系统，更是必须保证构型冻结并到位。针对该问题，应当灵活处理，在充分论证试飞必要性的前提下，大胆安排研发试飞来及早获取数据资料，支持系统构型早日冻结。

1.2 集中优化管理零散科目

与整机级试飞科目任务量大、易集中控制不同，系统级试飞科目大多具备试飞科目架次少、试飞科目数量多、各科目对飞机要求状态各异的情况，难以按照整机级试飞科目那样通过集中冻结构型状态便可以保障大部分科目的试飞。以航电系统为例，整个航电系统下辖自动飞行、通信、导航、指示记录、中央维护、E3等6个子系统，各子系统还分出了数个甚至十数个分系统，分系统中也涉及了多个分科目。这些分科目各自要求的试飞机构型状态各异，但每个分科目基本只飞一个架次，甚至只是结合飞行。在这种情况下，如果机械的按照每个科目系统构型来要求试飞机状态，就会造成试飞延续性差，试飞机多次进行状态调整的情况。针对该问题，首先应当从宏观上对系统级试飞科目进行统一考量，尽可能将构型状态相近的科目集中安排，在集中飞行期间冻结飞机构型状态；其次，针对系统级试验科目具备可结合的特点，打破 “分系统试验大纲——分系统构型”的模式，以分系统构型为基础，多个不同系统的试飞任务单可以统一编排、结合飞行，最大程度的提高单架次试飞效率，减少试飞时间，从而缓解构型状态冻结造成的不便。

1.3 合理安排备份科目

系统级试飞科目较为零散导致试飞安排经常面临调整，时间调整跨度可能会以月为单位计算。这将造成构型评估报告需多次批准的情况。以高频通信系统为例，由于该科目试飞架次少，在试飞安排中多次作为备份科目，导致该系统试飞科目构型评估报告多次根据试飞机最新状态进行更改。针对该问题，应当在完成主飞科目后即进行备份科目试飞，避免构型反复；如果未能及时安排备份科目试飞，也可以采取一次性备份制度，在某个试飞时间段内未能安排，则在下一个试飞时间段将该科目转为主飞科目进行。

1.4 掌握技术状态、充分验证功能

系统级飞行试验中有很多科目需要结合其它科目进行试飞后方可发现问题，但由于结合科目一般处于从属地位，很难掌握主动权。以指示记录系统为例，其多个功能需结合其它系统试飞进行，而其他系统部分的试飞科目安排在较后期才进行。这样就为指示记录系统功能验证和构型冻结埋下了隐患。针对该问题，一方面系统专业应当尽可能完善试验室验证环境，使试验室试验能够尽可能覆盖所有情况；另一方面，需要针对需结合试飞的科目进行多维度管理，统筹控制。

2 整机级试飞科目构型问题及措施

2.1 加强试验飞机构型冻结管理

整机级试飞科目涉及专业面广，准备时间长，在此期间，任何对系统的更改都将导致新一轮的构型评估，甚至在临试飞前还要进行评估，拖延了项目的进度。针对该问题，整机级试飞科目负责人在构型评估时，应明确试飞要求，确定评估范围，避免涵盖无关系统。

2.2 充分掌握构型状态

整机级试飞科目所涉及的系统需要由系统专业负责人对试验飞机系统构型和当前系统构型与取证构型是否存在差异进行全面了解，及时掌握试飞现场情况和试飞机的构型状态，整机级试飞科目负责人针对当前系统构型和差异情况进行评估，判定是否可以进行相关的整机级科目的试飞。

2.3 建立构型平台，实现信息共享

由于民机项目涉及单位多，协调配合较为复杂，所以，试飞机的设计单位、制造单位、试飞承担单位之间应建立试飞现场的试飞机构型管理平台，数据库依托数字化平台之上，实时更新、实现信息共享。减少信息沟通不畅导致导致的项目进度影响。

2.4 综合考虑系统功能完整性

在整机级试飞科目准备的过程中，整机级试飞科目负责人需做到全面考虑当前系统功能是否能够满足科目试飞要求，系统专业负责人需对系统的功能完整性进行验证和把关，当系统专业对系统功能完整性考虑不足，系统功能未得到验证情况下，就会发生整机级试飞变成了检验系统功能完整性的飞行，系统功能需要更改，无法满足系统验证和整机级试飞科目条款符合性验证的要求。以某民机失速试飞科目为例，在失速试飞期间，就发生了襟翼4卡位迎角变化率修正符号在软件中定义有误，导致在飞行中失速推杆迎角比名义值大，对试飞安全造成影响，此现象本应在系统地面试验中发现。针对该问题，系统专业应当尽可能完善试验室验证环境，使试验室试验能够尽可能覆盖所有情况，避免将能够通过试验室试验或机上地面试验验证系统功能的工作带到试飞中，同时又要做到充分验证，严慎细实把关，对于没有足够把握确认功能完整性的情况应协调安排研发试飞，充分考虑、未雨绸缪，科学合理安排好试验室试验、机上地面试验和研发试飞，层层规划、合理利用，既能充分验证系统功能完整性又不浪费有限资源。

2.5 全面系统交联验证

整机级试飞科目负责人不仅要考虑各系统功能能否满足科目试飞要求，还需要从整机角度考虑各系统集成后的功能能否满足科目试飞要求。完全通过地面试验进行整机性能验证的方法存在一定的弊端和风险，包括各分系统的兼容与匹配，物理试验过程复杂、准备周期长、试验成本高，地面试验无法完全考虑各类飞行环境和飞行工况，难以表征系统软硬件的全部特征，难以获取全面的整机性能数据等。同时，由于系统交联验证认知不足，在系统级顶层设计功能需求的编制过程中并未明确好各系统之间的接口及验证关系，验证安排就会不够充分，甚至存在无专业涉足的空白地带，这就导致了整机级科目试飞达不到科目本身的试飞目的。以某民机高速特性试飞为例，从整机级角度考虑应该是马赫数配平优先，然而由于马赫数配平和构型配平两者之间的逻辑关系设计不当，在实现功能的时候发生了哪项先发指令就先执行哪项的情况，即系统功能在整机级的实现情况并不符合整机级科目试飞要求，在高速特性构型评估报告中要求马赫数配平功能正常、扰流板功能正常，因此，在此问题解决前飞机构型是无法满足高速特性中需要使用扰流板的状态点的试飞科目执行的。针对该问题，要从整机级角度开展功能完整性验证工作。如何在系统级顶层设计功能需求的编制过程中明确好各系统之间的接口及验证关系？如何让系统供应商了解整机级需求？这都是需要我们考虑的。让系统交联验证的工作没有空白地带，借助虚拟仿真技术手段来验证系统集成功能，通过虚拟仿真在整机级获得取更高性能品质，包括控制系统性能、电液系统作动性能、机械系统运动与整机飞行状态、结构强度与应力、疲劳损伤以及复杂的力纷争问题、起落架性能、燃油与推进系统性能、环境控制与空气循环系统品质等，调优系统性能并优化系统设计。例如“虚拟铁鸟”建模平台的开发，它具备了完整的虚拟试验环境和仿真能力，在虚拟试验环境中，可以通过逻辑控制的设置和定义，像真实的物理试验一样，选择不同的试验模式和试验工况，如起飞、平飞、降落、滑行以及复杂的失效工况。通过“虚拟铁鸟”试验，可以有效了解和洞悉整机性能，研究分系统和各学科之间的耦合，评价整个系统的性能。“虚拟铁鸟”与物理试验紧密结合，互为补充，可形成完整的全系统验证和认证方法体系，贯穿民机整机级验证阶段。

3 结束语

成千上万试飞小时的积累为民机的安全可靠奠定了基础，也带给我们无数宝贵的经验，对这些经验加以总结，为后续型号的试飞所用，我相信中国的民机事业终将在世界航空业发展的前沿大踏步前进。

【参考文献】

[1]周亮，等.民用飞机系统级飞行试验的构型评估方法研究[J].航空科学技术，2012（5）.

[责任编辑：汤静]