飞行模拟训练器规范评述

李 进，刘 淼

(1.南京航空航天大学，江苏 南京 210016；2.中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333001)

0 引言

中国民用航空局于2005年3月7日公布了《飞行模拟设备的鉴定和使用规则》，即CCAR60部。美国联邦政府于2018年4月颁布实施了美国联邦法规电子法典，其中第14章第一节D小节第60部——《飞行模拟训练器初期、定期鉴定标准及使用规范》，即CFR 60部，是为飞行模拟训练器所制定的。所有使用飞行模拟设备或为飞行机组成员提供飞行模拟设备进行满足规章要求的训练、检查和获取近期飞行经历的人都应当遵守本规则的规定。二者在本国都具有非常高的权威性，是飞行训练模拟器众规范之中较重要者之一。现将二者对比分析，并将有关情况作一介绍和评述。

1 规范编制的背景

近年来，随着飞行训练的飞速发展，根据国际民航组织的标准、行政许可法的规定以及国际标准变化的需要，为了规范对飞行模拟设备的鉴定和持续监督检查，规范飞行模拟设备营运人对其飞行模拟设备的管理和使用，保证其达到并持续保持规定的等级和相应飞行模拟设备鉴定性能标准，确保飞行模拟设备在飞行机组成员进行满足规章要求的训练、检查或获取飞行经历中发挥重要的作用，各国根据自己的国情分别制定了相应的标准规范。典型的直升机模拟器如图1所示。

CCAR60部共分为A-F六章以及A-E五个附录，从对飞行模拟设备的申请、鉴定、运行要求，到对飞行模拟设备运营人的要求和罚则都进行了详细而明确的规定。在附录中，CCAR60部对飞机/直升机飞行模拟机/飞行训练器性能鉴定提出了详细、明确的要求，并对一些特殊情况(如地面效应、风切变等)下的模拟机的鉴定要求进行了单独说明。

CFR60部全文分正文24章及6附录。正文为总体规范，同样在申请、鉴定、运营要求及对飞行模拟器运营人的要求、罚则等方面进行了规定，而且相比于CCAR60更加详细而明确。附录为鉴定性能标准，根据飞行器类型的结构及用途可以划分为飞机全飞行模拟器、飞机飞行训练器、直升机全飞行模拟器和直升机飞行训练器。章节划分上与CCAR60部基本一致。

图1 科威特空军装备的飞行模拟器

2 两部规范的对比分析

本文在CCAR60部的基础上，对CFR60部进行重点分析。CFR60部中很多的鉴定使用规则条目和CCAR60部一一对应，章节顺序略有不同，并增加了以下章节：

第60.2条：对非运营人以及在某些未获授权的机构工作的申请人，运营人规则的适用性

第60.9条：运营人的附加责任

第60.13条：飞行模拟训练器(以下简称FSTD)客观数据要求

第60.14条：FSTD鉴定的特殊设备和人员要求

第60.16条：当前鉴定过的FSTD的附加鉴定

第60.33条：申请、履历本、报告和记录：欺骗、伪造或错误声明

第60.35条：特定的全飞行模拟器符合性要求

第60.37条：基于双边航空安全协议(BASA)的FSTD鉴定

以上部分适用于所有四个类型的飞行模拟训练器，属于纲领性文件。除了正文部分的改动，CFR60部在附录中还增加了对飞行模拟训练器质量管理系统的鉴定性能标准。

3 直升机全飞行模拟器鉴定性能标准的对比分析

研究重点为直升机全飞行模拟器(以下简称FFS)的一般要求、客观测试和主观测试。也就是表C1A、C2A和C3A。并在具体鉴定细则中取消了A级模拟器的鉴定要求，不再作考虑。

3.1 针对性鉴定使用规则

CFR60部除了正文部分的鉴定使用规则外，还有一些仅针对直升机全飞行模拟器的附加鉴定使用规则。这是CCAR60部所不具备的。特别是在运营人鉴定要求、FFS客观数据要求、初始(和升级)鉴定要求、本规则生效日期前鉴定合格的FFS、检查持续鉴定检查和维护要求这几个方面，进行了着重体现。

3.2 直升机全飞行模拟器一般要求

CCAR60部对直升机FFS的一般要求分为以下几个部分：驾驶舱一般构型，模拟机编程，设备操作，教员或检查人员使用的设备，运动系统，视景系统，声音系统。这一点上，CFR60部与之相同。

3.2.1 概述

在驾驶舱一般构型、模拟机编程、设备操作、运动系统、声音几个部分，两部规范的一般要求基本一致；在教员或检查人员使用设备部分，CFR60部丰富了教员的操作内容，模拟器必须在仪表操作台设置教员操作以控制所有环境效果，例如云层、能见度、结冰、冰雹、温度、沙暴以及风速风向，同时，作为旋翼下洗的影响，模拟器须能让教员、检查员呈现回旋风、水雾或雪景。

在视景系统部分，CFR60部共提出了25条最低要求，CCAR60部共提出了22条要求。通过对比两部规范我们可以发现，CFR60部对天气、跑道、着陆构型等机场或着陆区模型的要求部分进行了删减，转为在表-C3B中进行更为详尽的表达。CFR60部仅对视景系统核心部分的要求进行了细化和更新。

3.2.2 视景系统

对于视景系统里面最为重要的最小连续视场，如表1所示，我们可以对比发现，CFR60部在视场优化方面，充分考虑了人体工学最大视场的影响结果，并做出了适应性调整，缩减了C/D级模拟器的水平和垂直最小连续视角，使结果更加科学。如图2、图3所示。

表1 FFS客观测试视景系统标准对照表

图2 两部规范中最小水平连续视场对比

图3 两部规范中最小垂直连续视场对比

与此同时，CFR60部还针对性地提出了左右最小水平视场覆盖范围必须为最低连续视场要求大小的1/2。符合性声明(SOC)必须说明安装的几何布置。C 级认证不要求视场角超出最低要求。然而, 如果特定的任务需要超出146°×36°以外的扩展视场 (例如,为了适应“下视窗口”的使用,扩展视场可以与主视景系统显示成为一个整体，也可以是独立部分),那么就必须提供扩展视场。在考虑安装和使用扩展视场时，运营人必须与国家模拟器项目经理(NSPM)会面，以确定可能需要扩展视场的训练、测试、检查和体验科目。CFR60部对于C、D级FFS，在备注中还提及，对于特定的直升机驾驶舱截断角的，可以考虑垂直视场优化。运营人可要求NSPM对FFS以下特定内容进行评估：(1)数据库内需要更高分辨率特定区域，用于支持着陆、起飞、地面缓冲练习，以及支持远离直升机机场的训练，包括高架直升机场、直升机平台和受限区域。(2)对于越野飞行，需要充分的地面场景细节，以便在平均巡航速度下，在30分钟的飞行距离上与导航进行匹配。(3)对于离岸机载雷达进场(ARA)，要安装配套的视觉/雷达指示。

CFR60部丰富了视觉场景的内容，不再把黎明、黄昏、夜间三个视景集中要求，转为分别提出一般最低要求。要求模拟器必须具有场景内容充足的视觉场景，以识别机场、地形和机场周围的主要地标。场景内容必须允许飞行员成功完成目视着陆，对不同的视觉场景提出各自场景里的针对性要求，并把B级FFS收录到最低要求的范围内。

除了直升机FFS一般要求之外，CFR60部相比于CCAR60部编写了表C1B，增加了运营商的检查任务，以确定FFS是否完全符合飞行机组人员的培训、测试和经验要求，并提供模拟器的鉴定任务，客观上保证了FFS运营的安全性和有效性。同时还编写了表C1C，在表中进一步明确了教员/检查员在模拟器中必须能够控制的功能，保证了FFS在运行中的效用。

3.3 直升机全飞行模拟器的客观测试

在模拟器客观测试标准中，CCAR60部仅分为性能、操纵品质、运动系统三个部分。CFR60部相比于CCAR60部补充了很多内容，并新加了视景系统和音响系统的客观测试内容、持续合格频率响应容差示例、为新型或衍生型直升机的飞行模拟器赋予资格的附加资料、工程模拟器——批准数据、批准测试的容差、备用发动机数据的包容性方针、备用航电系统的包容性方针、运输延迟测试、后续资格评估——批准测试数据的陈述等。其中较为重要的补充为对视景系统、运动系统和音响系统的补充。

3.3.1 视景系统

在CFR60部中，视景系统从响应时间、视场、表面对比度、高亮度、表面分辨率、光点大小、光点对比度和可视地面区段几个方面进行了测试规范。视景系统对响应时间的测试目标为滞后时间或传输延迟，在起飞条件为起飞、巡航、进场或着陆时，对俯仰、滚转、偏航三个轴分别进行独立测试。B级模拟器要求在直升机响应之后150 ms以内，CD级模拟器要求在直升机响应之后100 ms以内。表面分辨率、光点大小、光点对比度的测试规范是由CCAR60部的模拟器最低一般要求中改动而来，并结合现有科技条件进行了完善。表面分辨由视角不应超过3弧分降为2弧分，光点大小由不应超过6弧分降为5弧分。以上两项的要求范围仍为C/D级模拟器。对于B级模拟器提出光点对比度不得低于25:1的要求，CD级模拟器的光点对比度不得低于10:1，如表1所示。

3.3.2 运动系统

CFR60部对运动系统部分的频率响应、支柱协调性取消了具体容差要求，增加了运动感示性能信号、特征运动(振动)感示的客观测试要求等。其中增加运动感示性能信号的目的是提供初始鉴定期间，运动系统对选择的一系列自动QTG机动的响应的量化时间历程记录，而不是为了进行运动平台加速度和试飞记录加速度的对比。若初始鉴定的运动软件或运动硬件更改，则需建立新的基准线。

3.3.3 音响系统

CFR60部对音响系统的客观测试要求，如果频率响应和背景噪声测试结果与初始认证评估相比在容差之内，则在持续认证评估期间，不要求运营人重复直升机测试，并且运营人表明没有产生影响直升机测试结果的软件更改。如果选择频率响应测试方法但测试失败，运营人可以选择解决频率响应问题并重复该测试，或重复直升机测试。若在持续认证评估期间重复直升机测试，结果可与初始认证评估结果或直升机主要数据对比。本部分所有测试必须使用未加权的1/3倍频带格式，带宽从17到42(50Hz到16kHz)。在对应直升机数据集的位置必须至少采集20s的平均时间。必须使用可对比的数据分析技术生成直升机和飞行模拟器结果。

由以上测试要求的更改可以看出，随着科学技术的进步和测量精度的改善，可测试的内容逐渐得到完善与充实，测试的标准也得到了提升，且CCAR60部中并无对音响系统的客观规范，在主观测试中也即为粗略，所以CFR60部对音响系统的规范对中国民航局制定新的模拟器规范有很强的参考意义。

3.4 直升机全飞行模拟器的主观测试

主观测试为直升机FFS的鉴定提供了依据，用于评估FFS在典型应用期间的表现能力，确定FFS能够满足相应的训练、考试和检查的要求，能够成功地模拟每一个要求的机动飞行、程序或科目，以及验证FFS操纵装置、仪表和各系统能够正确运转。CFR60部相比于CCAR60部，增加了很多操作任务，包括地面滑行、空中滑行、平飞，并且把起飞中的斜坡起飞、平台起飞，着陆中的自转着陆等特殊情况纳入到主观测试当中。同时,在主观测试中，对机场和着陆区模型的鉴定也提出了视景要求，且按照机场级别区分开来，并对运动系统(含特殊气动模型)影响、声音系统、特殊影响都分别提出了主观测试要求。

4 评述

1)新中国成立60多年来，伴随着航空航天事业的飞速发展，我国的民用航空航天技术也在不断推陈出新。自中国民用航空局2005年3月发布新版的CCAR60以来，历经10多年的发展，国内现有的标准已经稍显陈旧，渐渐不能完全承担其既定任务，不能适应现在的模拟训练器的鉴定要求。美国联邦政府于2018年4月发布的CFR60部，相对于2005年发布的CCAR60,有删减、有补充、有改进，二者具有一致性和连续性。鉴定规范的修改周期约为10～20年，在制定修改新规范时，可以将CFR60部作为中国民航局发布新版飞行模拟设备的鉴定和使用规则的参考。

2)设定技术标准，其目的是为了规范行业发展，为后续的研究设定规则，以提高工效、改进质量，更好地完成行业所承担的社会任务。CFR60部对CCAR60中若干条文的内容有所补充和修改，有的是删除了一些老旧、已经不适用于现代模拟器的条文，简化某些程序；有的是在现有研究环境的基础上，加强一些对质量有重要影响的条文；有的则是根据实践结论反推回顶层规范，改进质量标准，其宗旨正是体现这一追求。

3)飞行模拟训练器作为飞行器的衍生产品，其规范的制定需要以往的经验，更需要针对现有技术的革新和对老旧技术的淘汰，做出相应的发挥和创造。由于飞行器本身的差异性，没有一模一样的飞行模拟训练器的技术要求，因此不能企求一个可以涵盖各种情况的行业标准，也不能规定一项工程必须完全照搬行业标准条文。本规范作为一个推荐性的标准，各工程的工程师完全可以依据各自的具体情况制定本工程的施工技术要求，条文或宽或严，只要有依据，有把握，都是可以的。同时我们也要与时俱进，吸取国外的先进技术，结合我国飞行训练模拟器行业的发展现状，研究制定更为科学合理的新规范。