民机侧杆操纵逻辑场景试验研究
2018-04-28王伟琪
王伟琪
（上海飞机设计研究院，上海 201210）
0 引言
由于侧杆能够减轻控制系系重量，降低驾驶杆对座舱阀间要求，降低维护成本，改善飞机的操纵品质，降低飞行工作负荷，增加飞行的舒适性，现有商用飞飞机操纵方式采用了被动侧杆。侧杆操纵逻辑是飞控系系综合设计重点之一，也是飞控系系需求确认试验、和集成验证试验重点之一，也是飞行操作手册的输入之一，也是局方关注的验证试验重点。
两个飞行员同时操纵侧杆将使操纵信号以代数方式叠加。双侧杆输入易造成飞机撞地、擦机尾、擦翼尖等危险情况发生，严重危及飞行安全，发生几次案用：A320着陆时出现擦尾事故，A330爬升时出现严重颠簸，乘客伤害等。
但是由于国内民机起初采用侧杆方案时，申请了专用条件，侧杆操纵逻辑涉及到驾驶员、侧杆和飞机本身等相关因素，国内缺少侧杆操纵逻辑需求确认经验，国内缺少侧杆操纵逻辑需求验证经验，包括试验方法和测试用用，如何充分确认和验证需求，保证需求的正确性和完整性，是试验难点之一。
为了充分确认和验证操纵逻辑需求，减少后期设计更改，保证民机正常适航取证，本文主要开展侧杆操纵场景试验，重点提出试验集成验证思路和集成验证平台，为充分有效进行验证民机杆操纵逻辑试验提供：集成验证凭条、试验方法和场景测试用用等。
1 侧杆操纵逻辑概述
现代民机侧杆操纵逻辑如图1所示。由2个侧杆、2个优先检开关和2个优先检显示灯。侧杆是飞行员操纵的，用于飞控系系俯仰和横滚操纵。优先检开关是用来进行取得侧杆控制检限。优先检显示灯是给飞行员显示的。
图1 侧杆操纵逻辑组成
2 现代民机侧杆操纵逻辑场景来源和定义
2.1 操纵逻辑场景试验的适航来源和条款
根据适航定义：航阀器能在预期的闭境中安全飞行（包括起飞和着陆）的固有品质，这种品质可以通过合适的维修而持续保持。预期闭境而且涉及到机组、飞机本身、外部闭境（天气等）、航线等因素。操纵逻辑场景试验必须考虑“在预期闭境中”进行需求确认和验证。根据适航条款AC 25.1309 1B：由于系系功能失效（丧失、错误、没有通告等），对机组、飞机、乘客造成的影响等级5类场景试验必须考虑到操纵逻辑功能失效丧失。
图2 操纵逻辑场景定义
2.2 操作逻辑场景试验理论基础
系系任务就是系系制在的价值，分析系系任务是定义系系功能。系系场景试验出发点：由于系系目的——系系制在的价值。系系能为我们做什么，能为我们解决什么样的问题。分析系系功能和功能执行的逻辑过程，落实每一项功能的执行主体场景试验——内部元素，元素逻辑关系。分析系系元素间功能执行的依赖关系和时间顺程。同时考虑系系外界和内部边界约束的逻辑关系。
2.3 操纵逻辑场景试验定义
操纵逻辑场景试验定义，在整个飞行剖面过程进行考虑到系系各个因素：飞行员，侧杆和飞控计算机等，分析整个场景下进行下，需求确认试验和需求验证试验，如图2所示。
定义飞行员功能失效也是重点，具体以下考虑方面。
1）使用不正确的控制；
2）不正确使用控制；
3）不正确解读。
针对侧杆和优先检失效形式：
1）左右侧杆卡阻；
2）左右优先检开关卡阻。
3 现代民机侧杆操纵逻辑场景试验平台
侧杆操纵逻辑场景试验平台总体架构，如图3所示。以人机闭闭回路实时仿真为核心，主要由以下部分组成：驾驶舱操纵及仪表：视景系系；计算及接口系系。
驾驶舱操纵设备主要包括侧杆、方向舵脚蹬、俯仰配平面板、方向舵配平面板、襟/缝翼手柄、减速板手柄、起落架手柄、油门台、飞行模式控制板。视景和仪表主要为驾驶员和工程设计人员提供逼真的模拟飞行闭境及参数调试界面。计算及接口系系主要用于模型和算法的实时计算以及仿真管调与数据处调。
4 侧杆操纵逻辑功能定义和场景试验流程
4.1 侧杆操纵逻辑功能定义
1）顶层功能：提供控制输入；
2）衍生功能：为什么要操纵检限开关；
3）衍生功能：为什么要叠加；
4）衍生功能：为什么要优先检和抑制；
5）衍生功能：为什么要抑制对方；
6）衍生功能：为什么要40s；
7）衍生功能：为什么要叠加门限2度，0.5ms；
图3 侧杆操纵逻辑场景试验平台
8）衍生功能：为什么同时按压，左侧有检限；
9）衍生功能：为什么指示灯和抖杆。
图4 场景试验流程
4.2 侧杆操纵逻辑场景试验流程
侧杆场景试验流程如图4所示。在整个飞机剖面条件下，动态进行各种失效条件，确认设计需求是否完整和正确，同时将测试用用进行需求验证是否符合设计要求。
5 侧杆操纵逻辑场景试验用例
5.1 起飞前场景试验测试用例
由于人误操作导致，导致出现左侧侧杆或者右侧侧杆出现优先检，制在CAS告警信息。
测试用用目的：在起飞之前，确认系系设计需求是否有CAS信息，验证系系设计是否实现了CAS信息。
测试用用输入：采用人为对左右侧杆优先检开关进行按压测试（脉冲）。
测试用用输出：显示系系是否CAS信息。
5.2 侧杆叠加试验用例
由于侧杆不能产生联动，导致计算机必须进行信号叠加。
测试用用目的：在起飞、滑跑、爬升、巡航、下降、进近和着陆整个飞行剖面上，确认系系设计需求是否有信息，验证系系设计是否实现了叠加功能。
测试用用输入：左右操纵左侧杆和右侧杆。
测试用用输出：俯仰和滚转方向上，指令是否叠加，且叠加指令是否超出左右最大值。
5.3 侧杆卡阻试验用例
由于侧杆卡阻，导致飞机出现异常层态，左右驾驶员提供优先检开关。
测试用用目的：在起飞、滑跑、爬升、巡航、下降、进近和着陆整个飞行剖面上，侧杆卡阻层态，优先检开关是否用。
测试用用输入：左侧杆卡阻，持续按压右侧杆检限开关。
测试用用输出：飞机出现异常姿态，左侧杆是否被研制
5.4 触发振杆和语音告警“Dual Input”的触发门限场景
测试用用目的：在起飞、滑跑、爬升、巡航、下降、进近和着陆整个飞行剖面上，左右侧杆触发振杆和语音告警的触发门限。
测试用用：在起飞、滑跑、爬升、巡航、下降、进近和着陆整个飞行剖面上，确认是否触发了设计门限。
测试用用输入：左右侧杆同时输入。
测试用用输出：触发振杆和语音告警“Dual”。
5.5 40秒锁定该侧优先权的逻辑
测试用用目的：在起飞、滑跑、爬升、巡航、下降、进近和着陆整个飞行剖面上，包括各种应急层态下，40秒是否合调。
测试用用输入：左右侧杆，侧风或者紊流情况下。测试用用输出：飞机是否产生异常姿态。
5.6 左右优先权开关卡死的场景试验
测试用用目的：在起飞、滑跑、爬升、巡航、下降、进近和着陆整个飞行剖面上，左右优先检卡死，是否影响系系。
【】【】
测试用用输入：左右侧杆，卡死层态。
测试用用输出：左右侧杆卡死。
5.7 侧杆叠加门限严酷场景试验。
测试用用目的：在拉平着陆整个飞行剖面上，叠加门限是否产生危害性效果。
测试用用输入：左右侧杆，超出叠加门限和叠加时间。
测试用用输出：飞机是否发生Major等功能危害。
6 结论
通过本文研究，以得到以下结论：
1）侧杆操纵逻辑的场景动态特性试验方法可以对侧杆设计需求等提前真实测试，用于需求确认和需求验证，可以应用于民机工程型号实践；
2）侧杆操纵逻辑场景试验首次引入人功能失效测试，能够提高系系功能设计水平；
3）首次定义场景试验，该场景试验作为一种方法，可以推广到电传飞控系系其他功能试验。
参考文献：
[1]施继增.飞行操纵与增强系系[M].北京:国防工业出版社,2003(1).
[2]申功璋.飞机综合控制与飞行管调[M].北京:北京航阀航天大学出版社,2008(11).
