模拟机与原型机试飞优化结合技术的研究

屈飞舟，桂敬冉

（1.中国飞行试验研究院，陕西 西安 710089； 2.中国商飞上海飞机客户服务有限公司，上海 200240）

飞行模拟机是飞行员进行飞行训练的一种设备，是按特定机型、型号以及系列的航空器座舱一比一对应复制的，包括表现航空器在地面和空中运行所必需的设备和支持这些设备运行的计算机程序、提供座舱外景像的视景系统以及能够提供动感的运动系统。近几年来，中国民用航空的发展令人瞩目。迅速扩大的机队，大量更新的设备以及新航线的日益增加，对飞行员的需求大量增加。而飞行员除完成上岗前的培训外，每年必须完成一定时间的训练，主要操作培训有正常航线运行、应急情况处理等。如此大量的培训，如果完全依靠真实飞机训练，一是客观条件不允许，风险大，二是花费太高，特别是通过上机带飞来掌握应急程序几乎是不可能的。为解决这一矛盾，民用飞机飞行模拟机需求旺盛。而模拟机研制需要大量的试飞数据支撑，如何在原型机研制试飞阶段融合模拟机试飞，提高单架次试飞效率，是缩短研制周期和降低成本的关键[1]。

1  模拟机试飞内容分析

按照试飞数据的不同用途，飞行模拟机设备鉴定所需试飞数据通常可分为3类：

（1）飞行模拟机建模用数据（DEG）；

（2）飞行模拟机验证模型用数据（VAL）；

（3）飞行模拟机设备性能测试鉴定用数据（QTG）。

在某型飞机的飞行模拟机数据提取试飞中，共计安排5类19项502个试验动作点。这些试验动作的具体分布见表1。

表1 某型飞机的飞行模拟机飞行试验内容

根据不同用途试飞数据分布情况和不同种类试飞科目的分布情况，可以看出：

（1）用于模拟机模型开发的数据占全部数据总量的一半以上。

（2）飞机操纵性（纵向和横航向操纵）试验内容占全部工作量的26%，这些试验大约有一半内容可以结合原型机的研制试飞完成。

（3）飞机模态特性（纵向模态特性、横航向模态特性）试验内容占全部工作量的20%，这些科目全部可以结合原型机的研制试飞完成。

无论是模拟机建模用数据、验模用数据，还是设备鉴定测试数据，飞机操纵性和模态特性的试验都是试飞的重头戏。试飞资源配置的合理与否决定着项目推进的顺利程度[2]。而这些试飞科目大部分都可以和型号的合格审定试飞结合完成，因此模拟机数据提取试飞具备与原型机试飞优化结合的基础。

2  试飞要素分析

原型机的试飞分为研发试飞、表明符合性试飞和局方审定试飞3个阶段。飞行模拟机数据提取的试飞包括模拟机研发试飞和模拟机验证试飞。其中，研发试飞需求由制造厂商提出，符合性试飞需求是获取局方颁布证件所必须满足的各项审定条款要求。

通过对试飞大纲的梳理、理解与分析，每一本试飞大纲都会被分解为若干飞行试验科目，每一项试飞科目均与试飞需求之间存在着一对多的关联关系。每个试飞科目根据其自身的试验内容，均对试验飞机的构型存在一定的要求。当且仅当试验飞机构型能够满足试飞科目需求时，该试验机才能执行与该试飞科目相关的飞行试验。试验点是对试飞科目的进一步细化与量化，它是民机飞行试验规划过程中的最小单位[3]。

飞行试验点包含有试验状态、优先权、先决条件、配平要求以及限制条件等大量信息。把各个专业或课题的试飞要求转换为试验点的要求，并按照一定的准则，对试验点和动作集进行识别、合并和精简，从而生成一个完成飞行试验任务的完备而最小的试验点和动作集合。一个典型飞机的试飞大纲由涉及飞机各个系统的20000～30000个试验点构成，这些试验点可能需要2000～3000个飞行小时，每个飞行小时的费用约为10万～20万元。对试验点和动作集进行综合将会加快试飞进度，使试飞费用明显降低。

试验点和动作集的综合要在对试验点各项属性综合分析的基础上，应用完备性检验等相关理论和技术。

应用试验点理论，对原型机的试飞大纲和飞行模拟机的试飞大纲进行分解，形成各自的试飞要素表，从而为进一步优化结合做好基础工作。

3  优化结合方法

飞行模拟机和原型机试飞优化结合，首先要对比分析最终试飞执行的依据文件：模拟机试飞大纲和原型机各专业的试飞大纲。

试飞任务优化是通过对试验和产品数据进行参数化梳理，分析试验点属性，决定优化结合的方式，从而确定最终的方案[4]。相同属性的试验点，可以在模拟机和原型机试飞中通用，首先需根据原型机和模拟机试飞大纲，梳理出这部分内容，同时根据模拟机和原型机的进度计划进行合理安排，确保两者的进度协调一致。部分属性相同的试验点根据属性的影响，结合方式可以为平行试验，比如重量重心要求一致，飞机构型也一致，仅试验方法不同或试验的高度速度点不同，可以在一个任务单或一段时间内，原型机和模拟机各完成部分试验点。对于属性要求无法统一，尤其是构型要求不同的，安排进行独立试验。

综上，将模拟机与原型机试飞的结合方式分为以下几种，见表2。

表2 试飞优化结合方式

不同结合方式的说明如下。

（1）直接使用：飞模试飞与原型机试飞对飞机的重量重心、状态、形态、操纵方法要求均相近，飞机做一次飞行动作即可同时满足飞模试飞与原型机试飞的要求，可最大程度上节约试飞时间。

（2）状态点结合：飞模试飞与原型机试飞对飞机的重量重心、状态、形态要求均相近，但操纵方法要求不同。飞机在做完一个科目回复稳定后，即可接着做另一个科目。采用该种结合方式，科目间的过渡时间很短，可在很大程度上节约试飞时间。

（3）形态改变结合：飞模试飞与原型机试飞对飞机的重量重心、状态要求均相近，但对飞机形态要求不同。飞机在做完一个科目，调整飞机形态（飞机状态会有微小改变，但影响不大）后才可做下一个科目。采用该种结合方式，科目间的过渡时间也很短，可在很大程度上节约试飞时间。

（4）状态改变结合：飞模试飞与原型机试飞对飞机的重量重心要求相近，但对飞机状态、形态要求不同。飞机在做完一个科目，需要调整飞机的状态、形态才可做下一个科目。采用该种结合方式，科目间过渡时间较前几种方式长，但可节约试飞架次。

（5）单独安排飞模试飞：飞模试飞与原型机试飞对飞机的重量重心要求不同，两种试飞无法安排在同一个架次进行，只能单独安排飞模试飞架次。

（6）特殊条件结合：由于个别飞行模拟机试飞科目（如侧风起飞、侧风着陆、湿/冰跑道减速）对试飞条件有着较为严格的要求，无法单独为飞行模拟机安排试飞，因此需与原型机试飞一起在某一时间段内进行。

获取了两类试飞中所有大纲的试验点属性，然后按照上述结合方式对飞行模拟机试飞的所有试验点进行归类，给出模拟机试飞的每个试验点与原型机试验点结合的方式，这样就完成了两类试飞优化结合最重要的一步。

然后需要关注试飞计划的制定，确保两类试飞的进度能够协调一致，这样在试飞执行环节才能确保优化结合的成果。

在试飞详细计划的编制工作中，首先将试飞任务包划分为若干子试飞任务包，然后根据子任务包之间对于试验机构型的需求不同在相邻的子任务包之间插入停飞期。为了保证模拟机试飞与原型机试飞结合的效果，需要尽可能地将可以结合的试验点归类到同一个试飞任务包中。同时，借助试飞规划与管理软件提高效率[5]。

4  结束语

梳理了某型飞机飞行模拟机试飞数据的构成，可以看出，进行模拟机试飞与原型机试飞的优化结合工作，可以节省大量研制成本，加快模拟机的交付进度。因此，分析了飞行试验的要素，提出应用试验点理论，对两类试飞的大纲进行分解，并提出优化结合方式，对分解后的试验点进行组合，并以试飞任务包的方式进行归类以确保试飞计划按照优化结合方案正确执行，从而实现两类试飞的优化结合。形成的优化结合方法可以有效指导民用运输类飞机飞行模拟机数据提取试飞与原型机试飞结合进行，加快模拟机研制进度，对于其他类型飞机的模拟机研制试飞也具有重要借鉴意义。