无线发射设备加改装适航审定方法研究

史宏伟，王玉鑫，周志闽，张悦月，周　荧，丁晓宇

（1.东航技术有限公司，上海　200335；2.中国民航大学，天津　300300；3.中国民航局适航审定司，北京　100006；4.中航飞机股份有限公司研发中心，西安　710089；5.厦门航空有限公司，厦门　361006；6.中国民航管理干部学院，北京　100102）



无线发射设备加改装适航审定方法研究

史宏伟1，王玉鑫2，周志闽3，张悦月4，周荧5，丁晓宇6

（1.东航技术有限公司，上海200335；2.中国民航大学，天津300300；3.中国民航局适航审定司，北京100006；4.中航飞机股份有限公司研发中心，西安710089；5.厦门航空有限公司，厦门361006；6.中国民航管理干部学院，北京100102）

摘要：经过近10年的研究和试验，机上个人便携式电子设备上网禁令已逐渐放松，欧美各监管机构已推出相应政策标准。中国国航、东航、南航、海航等航空公司已对相关飞机进行了改装，中国商飞公司在C919的设计构型中也增加了相关功能，无线发射设备的设计和加改装的适航审定规范成为迫切需要解决的问题。通过对美国联邦航空管理局（FAA）、欧洲航空安全局（EASA）关于无线发射设备加改装技术的解决方案及适航审定政策/标准的研究，总结得出机载无线发射设备加改装适航审定方法，旨在为局方的审定方法提供借鉴。

关键词：便携式电子设备；无线发射设备；加改装；适航审定

科技进步正在深刻地影响航空业的发展，在民机客舱内推行机上无线互联网（AIR-W IFI）服务，不仅可以通过个人便携电子设备（PED）访问机载服务器的专属娱乐内容，还可以将机内W IFI系统通过机载天线访问地面互联网，进而借助于互联网服务为乘客提供餐馆预定、购物以及酒店等便捷服务。优良的飞行体验无疑将大大提升航空公司对旅客的吸引力。然而，在考虑顾客需求以及航空公司市场需要的同时，任何情况下，飞行安全都是首要的[1]。在飞机上加改装机载无线发射设备是否会对航空器本身的安全性产生影响？适航当局又应该制定哪些标准、采取何种方法来验证其适航性？

本文首先对FAA、EASA关于无线发射设备加装技术的解决方案及适航审定政策/标准进行研究，并对相关适航审定政策和标准进行解读，最终得出机载无线发射设备加改装技术适航审定流程。本文旨在对局方适航审定方法提出建议，对加改装供应商提供取证指导，并对航空公司获得W IFI批准和使用提供支持。

1　机上联网技术方案

飞机客舱提供2种旅客入网方式：IFEC和W IFI。传统的旅客娱乐系统（inflightentertainment，IFE）是一种机内有线局域网络。在IFE的基础上整合了通信及接入互联网功能后即为旅客娱乐及通信系统（inflight entertainmentand communications，IFEC）。W IFI是基于IEEE802.11标准的无线通信技术，能够将个人电脑、手持设备（如PAD、iPAD）等终端以无线方式互相连接，通过机载服务器和机载无线AP热点组成飞机内的无线局域网，为用户提供W IFI上网环境。这套系统可与IFEC进行整合，也可独立建立一套舱内互联系统。

目前IFEC虽然持续为市场的主流，但乘客便携式电子设备的无线W IFI连接方式由于其便捷性和高效性将成为今后的热点。实现飞行中民机W IFI服务有3种实现方式：卫星通讯方式、地面基站方式（ATG）和综合解决方式（GTO）。

1.1卫星通信方式

卫星通信方式是利用卫星、飞机和卫星地面站三者进行数据通讯。优势是通讯范围广泛，可实现国际漫游（跨国飞行的国际航线并不能实现全航程的同频率覆盖，切换信号时也会出现信号延迟或中断），因此尤为适合国际航线。这种方式的缺点是仅能提供窄带服务，通讯带宽仅有864 Kbps，通常在飞机上仅能提供收发邮件，网页浏览等简单上网应用服务。

1.2ATG方式

ATG（air-to-ground）的地空宽带通讯在初期建设方面较为复杂，需要沿飞行航路或特定空域架设地面基站，以向高空进行覆盖，即利用这些地面基站与飞机直接进行信息传输。由于目前采用了4G地空宽带技术的ATG解决方案[2]，每架飞机可以获取的总带宽为30Mbps，上网体验明显优于卫星通讯方式。当然，由于这种通讯方式需要部署地面基站，因此不适于跨洋（国际航线）使用，较适合于国土陆地面积较大且地形平坦的国家。

1.3GTO方式

GTO（ground-to-orbi）使用新天线系统，混合了Ku波段卫星和空对地ATG-4技术，在北美GTO将能够提供最大70Mbps的速率。这项新技术还未广泛推广，目前仅适合有地面基站的北美地区。

2　FAA、EASA审定政策和标准

2013年10月31日，FAA发布通告，决定放宽对民航客机PED的使用限制。按照新规定，如无特殊情况乘客可以在飞行全程使用PED，但在飞机起降过程中电子设备、书籍和杂志必须握在旅客手中或放在座椅背后的口袋里。此外，FAA新规还允许乘客在飞行中使用航空公司提供的W IFI无线网络服务，以及无线键盘等短程蓝牙配件。

2013年11月底，EASA也发出相关指南允许乘客在滑行、起飞和着陆阶段使用PED。

对于W IFI系统改装主要分为3个部分：PED电磁兼容性测试、机内W IFI系统改装、飞机外部天线改装。其中“机内W IFI系统改装”和“飞机外部天线改装”部分属于常规改装内容，PED电磁兼容测试是新的审定方法和技术，本文将重点介绍。

2.1PED电磁兼容性测试

2.1.1FAA审定政策和标准

FAA关于PED电磁兼容测试相关的文件包括：“安装802.11协议无线局域网（PS-ACE-23-2）”、“表明飞机无线射频网络电磁兼容性（PS-ANM-25-13-F）”、“设计和表明便携式电子设备的飞机兼容性（AC 20-164）”和“飞机上使用便携式电子设备（AC 91-21.1C）”。通过上述“政策文件”和“咨询通告”认可2个RTCA标准：“便携式电子设备兼容的飞机设计和审定（DO-307）”和“允许发射便携式电子设备在飞机上使用的指南（DO-294C）”。

1）PS-ACE-23-2

“安装802.11协议无线局域网（PS-ACE-23-2）”政策文件对使用IEEE 802.11 a/b/g/n协议的无线局域网的23部飞机审定提供指南。具体的审定处理流程如图1所示。

2）PS-ANM-25-13-F

“表明飞机无线射频网络电磁兼容性（PS-ANM-25-13-F）”对在运输类飞机上安装无线射频系统表明电磁兼容性提供指南。安装的无线射频系统包括但不限于蓝牙、W iMAX或移动通信技术，该系统不适用于机载无线电系统和机外的无线电系统之间的通信（如卫星、地面站和其他飞机的无线电系统）。该政策文件将适用的情况分为4类：

图1　安装802.11协议无线局域网审定方法Fig.1 Certification m ethod ofW LAN installation using 802.11 protocols

a）安装的无线射频系统和飞机上安装的其他无线射频收发机进行通信，应该表明电磁兼容性符合25.1301（a）（4）、25.1309（a）、25.1353（a）和25.1431（c）。申请人应该按照AC 21-16认可的RTCA/DO-160进行实验室EMC试验来鉴定安装的无线射频设备，并按照标准的飞机EMC地面和试飞试验来表明安装无线射频系统对25.1301（a）（4）、25.1309（a）、25.1353（a）和25.1431（c）的符合性。

b）安装的无线射频系统和飞机上的便携式射频收发机通信，已表明发射PED的兼容性应该按照RTCA/ DO-307来表明发射PED的兼容性。申请人应该提供局方批准的飞机型号PED兼容数据，并按照AC 21-16认可的RTCA/DO-160进行实验室EMC试验来鉴定安装的无线射频设备，且按照标准的飞机EMC地面和试飞试验来表明安装无线射频系统对25.1301（a）（4）、25.1309（a）、25.1353（a）和25.1431（c）的符合性。

c）安装的无线射频系统和飞机上的便携式射频收发机通信，未表明发射PED的兼容性的应该按照RTCA/DO-294C来表明发射PED兼容性。申请人应该按照AC 21-16认可的RTCA/DO-160进行实验室EMC试验来鉴定安装的无线射频设备，且按照标准的飞机EMC地面和试飞试验来表明安装无线射频系统对25.1301（a）（4）、25.1309（a）、25.1353（a）和25.1431 （c）的符合性。

d）安装的无线射频系统和低功率便携式电子收发机通信。低功率便携式收发机是指功率数量级为10mW或更低的设备。对于安装的无线射频系统和低功率便携式电子收发机通信（如蓝牙发射机），只需按照标准的飞机EMC地面和试飞试验来表明安装无线射频系统对25.1301（a）（4）、25.1309（a）、25.1353（a）和25.1431（c）的符合性。

3）AC 20-164

“设计和表明便携式电子设备的飞机兼容性（AC 20-164）[3]”适用的规章条款有包括23.1309、25.1309、27.1309和29.1309，其认可RTCA/DO-307作为设计和表明飞机具有对便携式电子设备潜在电磁干扰兼容性的可接受方法。RTCA/DO-307建立了飞机系统抗干扰标准和试验方法，PED设备可能是发射或非发射设备，包括手机、无线射频网络设备，例如PDA、视频播放器和笔记本电脑。RTCA/DO-307包括发射设备和非发射设备的独立设计标准，便于运营人批准在特定型别飞机上使用发射和非发射PED设备。

如果运营人按照RTCA/DO-294C来表明符合性是可以接受的。RTCA/DO-294C方法一般仅允许特定的运行人在特定型号或型别的飞机上批准使用特定的发射PED类型设备，但是一般在滑行、起飞和降落阶段要进行限制使用。RTCA/DO-294C不适用于表明飞机对所有类型PED设备的兼容性。

4）AC 91-21.1C

“飞机上使用便携式电子设备（AC 91-21.1C[4]）”适用规章条款包括91.21、121.306、125.204和135.144，目的是为控制PED干扰飞机导航或通信系统的风险，禁止美国注册的民用航空器在仪表飞行规则（IFR）下运行时使用非安装在航空器上的电子设备，但此条款允许在飞机的运营人已经确定不会与飞机的安全运行相互干扰的前提下使用某类型的PED。

5）DO-307

DO-307[5]是飞机制造商利用所有机载电子设备的鉴定数据和所有无线射频通信技术特性，通过分析和试验来表明飞机支持无线射频技术，运营人可以利用制造商提供的声明来表明符合性。因为国内的航空公司主要是对飞机进行改装，所以没有采用DO-307的实际案例。

6）DO-294C

2004年，RTCA/DO-294正式发布，针对有意发射源的辐射特性等进行细致研究，并且给出具体的干扰路径损耗的试验测试方法，对有意发射PED在飞机上的使用提供了许多有意义的指导性建议。2008年，RTCA/DO-294进行了版本修订，最新适用标准为RTCA/DO-294C[6]。DO-294C是国内外申请人常用的表明飞机W IFI电磁兼容采用的标准。申请人需要按照DO-294C标准表明W IFI802.11通信技术的兼容性。

2.1.2EASA审定政策和标准

EASA关于PED电磁兼容测试相关的政策文件包括有：“便携式电子设备II（NPA 2014-14）[7]”、“便携式电子设备技术要求（AMC1 CAT.GEN.MPA.140）”和“便携式电子设备使用程序（AMC2CAT.GEN.MPA.140）”。并最终制定了标准“商业运输类飞机运行中便携式电子设备的使用（ED-130）[8]”。

NPA 2014-14对飞机上使用PED设备相关的问题进行了阐述，并将PED设备分为3类：发射PED，非发射PED和受控PED，EASA关于PED的要求和FAA基本一致。同时NPA 2014-14认可DO-294C、DO-307和ED-130作为表明EMI电磁兼容符合性的方法。而ED-130则是结合DO-294C和DO-307标准，由EUROCAE于2006年发布。由于国内航空公司进行民机改装时主要采用DO-294C标准，所以中国适航当局进行无线发射设备加改装适航审定时，可暂不对ED-130标准进行研究。

2.2机内W IFI系统改装

机内W IFI系统改装的审定基础需要考虑原飞机型号的审定基础，同时可以借鉴FAA AC 20-168内的相关要求。

机内W IFI系统改装中生成的符合性证明材料包括应力分析报告、系统安全评估报告、电气防火报告、系统功能和电磁兼容的测试方案、电磁干扰的地面试验、电气负载分析报告、持续适航文件、飞行手册补充、EW IS检查程序、EW IS持续适航文件等技术资料。

2.3飞机外部天线改装

机内W IFI系统改装的审定基础需要考虑原飞机型号的审定基础，同时因为飞机外部加装天线会对飞机性能和结构等条款产生显著的影响，改装需要关注的条款也较多。需要关注的条款示例如下：载荷分配限制FAR25.23、飞行载荷的认可FAR25.301（b）、振动和冲击FAR25.305（e）、客舱压力载荷FAR25.365（e）、结构的疲劳和损伤容限评估FAR25.571和FAR26.47、鸟击FAR25.571（e）1、雷击FAR25.581、材料FAR25.603、制造方法FAR25.605、结构防护FAR25.609、材料的强度性能和设计值FAR25.613、气动弹性稳定性要求FAR25.629、增压座舱FAR25.841、维持发动机的不平衡状态（风车状态）FAR25.901（c）和25.903（c）、防冰FAR25.1419、运输类飞机持续适航性和安全性提升FAR26.47、持续适航性的指南FAR25.1529及振动和冲击FAR25.251。

3　中国民用航空局加改装审定方法研究

中国民用航空总局（CAAC）一直密切、持续关注FAA及EASA颁布开启全航程使用电子设备的政策和相关咨询通告的情况。CCAR121《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》新的版本计划对有关便携式电子设备的条款修改较大。根据意见征询，CAAC对PED机上使用倾向由航空公司确定，同时将可能覆盖至航班全程。

结合中国适航管理规章和无线射频设备加改装现状，参考FAA相关适航审定政策和标准，总结得出CAAC关于无线发射设备加改装的适航审定流程如图2所示。

图2　CAAC无线发射设备加改装的适航审定方法Fig.2 CAAC airworthinesscertification m ethod of addition and m odification of radio transm itting equipm ent

4　结语

与民航发达国家相比，中国的民机研制起步晚、基础薄，适航验证水平也正处于发展阶段，尚未形成相对科学、完整的验证方法和验证程序，且经验和积累也相对缺乏。必须结合中国民机研制与适航工作的实际，找到一套与中国民机产业相配套的审定方法，逐步建立起完整的民机适航审定程序。本文通过对空地互联系统的国内外情况、加改装技术的解决方案及适航审定政策/标准的研究，总结得出无线发射设备加改装的适航审定流程。该方法可以为局方制定无线发射设备的加改装适航审定标准和政策提供参考，为国内无线互联系统供应商的设计提供适航取证建议，也可以为国内航空企业推广基于机载无线设备的数据应用提供指导。

参考文献：

[1]修忠信.民用飞机系统安全性设计与评估技术概论[M].上海：上海交通大学出版社，2013.

[2]胡珉琦.高空W i-Fi：飞机不再是通讯的禁区[J].郑铁科技，2014（4）：40-42.

[3] FAA.AC 20-164,Designing and Demonstrating Aircraft Tolerance to Portable Electronic Devices[S].2010.

[4] FAA.AC 91-21.1C，Use of Portable Electronic Devices Aboard Aircraft[S].2015.

[5] RTCA.DO-307，Aircraft Design and Certification for Portable Electronic Device（PED）Tolerance[S].2008.

[6] RTCA.DO-294C，Guidance on Allowing Transmitting Portable Electronic Devices（T-PEDS）on Aircraft[S].2008.

[7] EASA.NPA 2014-14，Portable Electronic Devices II[S].2014.

[8] EUROCAE.ED-130，UseofPortableElectronicDevicesduringCommercial Air TransportAircraftOperation[S].2013.

（责任编辑：刘智勇）

Study on airworthiness certification m ethod of addition and m odification of radio transm itting equipm ent

SHIHongwei1，W ANG Yuxin2，ZHOU Zhimin3，ZHANG Yueyue4，ZHOU Ying5，DING Xiaoyu6
（1.China Eastern Technology Co.Ltd，Shanghai200335，China；2.CAUC，Tianjin 300300，China；3.Airworthiness and Certification Department，Civil Aviation Administration of China，Beijing 100006，China；4.Research Department，Aviation Aircraft Limited by Share Ltd，Xi'an 710089，China；5.Xiamen Airlines，Xiamen 361006，China；6.Civil Aviation Administrative Cadre Institute of China，Beijing 100102，China）

Abstract：Afternearly 10 yearsof research and testing，the ban ofpersonalportable electronic devices on board to surf the Internet has been gradually relaxed，meanwhile，various European and American regulators have launched relevant policy standards.Air China，China Eastern，China Southern，Hainan Airlines have converted related aircrafts.Commercial AircraftCorporation of China Ltd has also supplement related functions in design of C919. Airworthiness certification specifications for design，addition and modification of radio transmitting equipment become the urgent problem to be solved.Through the study on radio transmitting equipment，solutions of addition andmodification technology and airworthiness certification policies/standards of FAA and EASA，a set of airworthiness certification methods of addition and modification technology for airborne radio transmitting equipmentsare summarized to provid reference for certificationmethodsofauthority.

Key words：portable electronic devices；radio transmitting equipment；addition andmodification；airworthiness certification

作者简介：史宏伟（1968—），男，陕西渭南人，高级工程师，学士，研究方向为飞机适航管理、维修工程管理.

收稿日期：2015-09-05；修回日期：2015-10-18基金项目：国家自然科学基金项目（U1233107）；中央高校基本科研业务费专项（3122013D009）

中图分类号：V241.01

文献标志码：A

文章编号：1674-5590（2016）01-0045-05