民用飞机气源系统设计流程研究

王睿

【摘 要】为了设计出功能优化、性能良好的气源系统，本文结合民用飞机气源系统研制过程，以飞机研制过程为出发点，结合其他系统的设计，贯彻适航要求，针对气源系统的初步设计阶段，总结出一套较为完整的气源系统设计流程。

【关键词】气源系统；民用飞机；设计流程

0 引言

气源系统作为飞机上较基本系统，是为客舱和驾驶舱创造良好环境的源头，应探索总结出一套较为优化、高效和清晰的设计流程，并为后续机型的设计铺路，将设计经验总结成文具有相当强的现实意义。气源系统设计主要是考虑下游各个用气系统的需求，并通过自身的活门调节和关断，使发动机气源的引气在飞机飞行的各个阶段与下游用气系统需求相匹配，并协调完成飞机运行时的各种功能，为实现飞机的安全、舒适、环保和经济创造良好的条件。气源系统是民用支线干线飞机的传统机载系统，除波音787系列飞机无传统意义上的气源系统外，其他型号飞机均采用成熟的引气系统布局，可选择从发动机、APU（Auxiliary Power Unit，辅助动力装置）和高压地面气源引气，并将空气输送至下游系统，满足其用气需求。本文将从民用飞机的从民用飞机的研制流程出发，介绍气源系统在民用飞机研制流程的设计阶段，应完成的主要任务，并对气源系统的设计流程加以总结。

1 民用飞机研制阶段中气源系统的设计流程

1.1 民用飞机的研制阶段与流程

我国的民机研制目前采用“主制造商-供应商”模式，民用飞机研制阶段可分为立项论证、可行性论证、预发展、工程发展、批生产与产业化五个阶段，如图1所示。民用飞机研制应按照阶段划分实行里程碑控制，每个阶段的输出作为下一个阶段的主要输入。作为系统设计部门，设计工程师主要参与的是可行性论证、预发展和工程发展阶段。

气源系统设计的关键阶段是预发展阶段和工程发展阶段中的详细设计阶段，系统设计工程师需要综合考虑气源系统生命周期中的各种因素，理清设计输入与设计输出，与其他系统及结构统筹协调，保证系统的功能和性能达到预期设计目标。本文将着重介绍这三个阶段中气源系统的设计流程。

1.2 预发展阶段气源系统的设计流程

在立项论证阶段和可行性论证阶段，飞机设计目标与要求中定义了气源系统的引气方式和下游用气系统。预发展阶段的目标是针对可行性论证阶段确定的飞机设计目标与要求，权衡细化，冻结总体技术方案。预发展阶段分为总体方案定义即联合概念定义阶段（JCDP， Joint Concept Definition Phase）和初步设计即联合定义阶段（JDP， Joint Definition Phase）两个子阶段。

1.2.1 联合概念定义阶段气源系统的设计流程

在联合概念定义阶段，气源系统需要进行供应商的初步筛选，并向供应商发出信息征询书（RFI， Request for Information），其中描述气源系统的主要设计要求、关键技术指标和系统设备定义等。供应商回复RFI，双方讨论确定初步系统技术规范。

初步系统技术规范确定后，主制造商向供应商发出项目招标书（RFP， Request for Proposal），主要由工作说明（SOW， Statement of Work）和顶层要求（HLR， High Level Requirement）组成。SOW中主要描述双方在气源系统设计时责任、系统设计分工与范围、试验试飞、构型控制、适航取证等内容；在HLR中主要描述气源系统基本要求，包括必须遵守的通用设计标准与规范、功能和性能要求、重量要求、噪声要求、电磁环境要求和四性要求等。

主制造商根据各个供应商对RFP的回复情况评估供应商承担系统设计责任的各项能力，最后与选定的供应商根据RFP达成一致签订合同意向书（LOI， Letter of Intent），LOI中规定选定的供应商对RFP的符合情况以及新增要求、取消要求和澄清要求，LOI作为联合定义阶段主制造商与供应商开展系统设计工作的有效约定。

在联合概念定义阶段，根据飞机总体技术方案，气源系统与供应商的共同确定系统初步设计要求与系统初步设计规范。联合概念定义阶段气源系统设计流程图见图2。

1.2.2 联合定义阶段气源系统的设计流程

在联合定义阶段，主制造商与供应商应按照已签署LOI开展系统初步设计，对于气源系统，需要考虑飞机通用技术规范、上游气源与下游用气系统接口、重量、可靠性、维修性、安全性、数字样机协调、设备鉴定、审定基础、试验规划等方面的要求，并综合考虑上述要求确定气源系统在JDP的主要输出：设计要求、设计规范、可靠性分析、维修性分析、功能危险性评估、安全性评估、重量状态报告、系统与上游气源及下游用气系统的功能与机械接口控制文件（FICD， Functional Interface Control Document与MICD， Mechanical Interface Control Document）、系统控制与航电及其他系统信号交联的电气接口控制文件（EICD， Electrical Interface Control Document）、数模、性能计算报告、符合性验证计划、试验规划、试飞要求等。在JDP出口前需对气源系统进行初步设计评审（PDR， Preliminary Design Review），主要评审对象是气源系统的设计规范，PDR标志的JDP基本结束，系统已完成了系统初步设计中90%的工作。虽然有遗留问题，但是这些问题没有技术风险且不涉及到商务更改。从PDR到JDP退出，这一阶段之中力量解决PDR后的遗留问题，直到JDP退出。联合定义阶段气源系统设计流程图，见图3。

工程发展阶段的目标是综合考虑项目技术、制造、质量、经济性、适航审定等问题，进行产品详细设计、试制和试验等，并最终通过相关部门的审定。型号合格证（TC）的颁发和首架交付，标志本阶段工作结束。工程发展阶段分为详细设计阶段、全面试制阶段和试飞取证阶段三个子阶段。下面主要介绍详细设计阶段气源系统的设计流程。

1.3 详细设计段气源系统的设计流程

在详细设计阶段（DDP， Detail Design Phase），气源系统需完成系统的详细定义，根据JDP的成果，编制系统详细设计报告、完成所有产品数字化定义模型和图样、编制系统设备规范、进行系统性能计算、导管应力分析、细化ICD、确定审定基础、细化符合性验证计划、确定系统试验试飞要求、确定系统软硬件验证与取证计划、编制技术出版物、细化设备鉴定计划等。

关键设计评审（CDR， Critical Design Review）是在详细设计基本完成后对所有技术项目进行的评审。关键设计评审应确定详细设计结果是否满足设计规范和专业工程的要求，确定气源系统与其他专业之间详细设计的相容性，从技术、费用和进度等方面评估项目风险，评估硬件的可生产性，并审查成品、系统件和设备规范的初稿。CDR的结束，标志的气源系统设计已达到一个里程碑，气源系统设计规范、数模与安装位置、符合性验证计划已基本冻结已冻结。详细设计阶段气源系统设计流程见图4。

2 结论

本文总结了在民用飞机设计流程中预发展阶段与详细设计阶段中，从各类输入与输出的角度，分析了气源系统的设计流程。设计人员可根据以上流程制定计划并开展工作。

[责任编辑：邓丽丽]