适航体系在民用飞机产品研制中的应用

2022-02-15金铁增

传感器与微系统 2022年12期

金铁增

(中电科太力通信科技有限公司，北京 100080)

0 引言

适航性简称适航(airworthiness),是指民用航空器(包括其部件及子系统)整体性能和操纵特性在预期的运行环境和使用条件限制下的安全性和物理完整性的一种品质，这种品质要求航空器在全寿命阶段内应始终保持符合其型号设计和始终处于安全运行状态。因此，一般将适航又分为初始适航(即产品初始适航审定)和持续适航(即保证航空产品的持续适航性)。结合民用飞机适航的经验和方法，国内民用飞机适航管理需要建立和实施正确的适航体系，以便对民用飞机进行完整和有效的国际适航。

1 建立适航体系的必要性

1.1 适航是民用航空安全的基础

适航源自航空安全需要，民用飞机研制要全面考虑安全性、经济性、舒适性和环保性这4个方面的要求，其中,安全性是第一位的[1～6]。民用飞机的安全性如果没有得到保证，则一切都无从谈起。各国政府为了维护公众利益，保障航空安全，都制定了相应的适航法律法规，要求制造商提供的民用飞机产品必须满足适航标准要求的最低安全水平，要求飞机的设计、制造、运营、维修等民用飞机全生命周期均能确保飞机始终处于适航状态。对于从事民用飞机产品研发和生产企业来说，必须建立相应的适航体系[1～2]，保障产品的设计和生产满足适航要求(初始适航)，并支持产品全生命周期内的持续运营安全(持续适航)[3]。建立适航体系也是民用航空领域的基本商业原则[4～6]。

1.2 建立适航体系是民用飞机推广使用的前提条件

民用航空发展的历史充分证明，建立完善的适航体系是决定民用航空产品成败的重要条件[7,8]。没有坚实的适航体系，要取得推广成功是不可能实现的[9～13]。由于前苏联没有成体系的适航标准，仍沿用某型号定型的认证方式，发生多起灾难性重大事故。前苏联在民用飞机研制技术方面和美国没有太大差距，由于没有完善的适航体系，最终导致民用飞机产品事故多发，没有进入国际主流运输市场。欧洲各国充分吸取了美国或前苏联两国民用飞机发展的经验教训，在研发的同时，积极开展适航体系建设。目前，欧洲在适航能力方面已经与美国相当，牢牢占据了国际适航话语权；同时空客公司也取得了巨大的推广成功。通过图154和波音737、A320飞机的发展历史对比，可以看出，对于民用飞机发展，先进的航空工业基础固然重要，但并不能保证其最终的推广成功。一个民用飞机型号获得成功的标准是其安全性得到公众的认可和商业上的承认。要向公众表明安全性，在需要建立全面系统的适航体系，建立强有力的适航能力，为实现民用航空产品推广成功奠定基础。

1.3 建立适航体系是民用航空事业发展的支撑

适航体系建设是民用航空工业核心竞争力的重要组成部分，加强适航体系建设有助于促进民用航空工业发展[9～11]。中国民用航空工业发展较之发达国家起步比较晚，基础薄弱，自20世纪80年代末民用航空工业发展初期才逐步接触到国际适航标准，才逐步认识到，为保障民用航空安全，适航是最基本的安全性要求。然而，中国适航体系真正开始深入建设和经受真正考验是2014年，自此，暴露了适航能力的严重不足，适航体系建设空乏、落后，不仅适航法规文件不完善，组织机构不健全，人力资源极度匮乏，且适航工程研究能力欠缺。在成功投入商业运营后，国内的适航体系建设真正开始逐渐步入正轨。在中国商飞为首的飞机制造商的牵引下，国内民用飞机工业建立了满足适航要求的设计保证体系、质量控制体系、供应商体系和客户支持体系，为大飞机事业的发展奠定了坚实基础。推动C919历时5年多完成了取证工作，标志着国内的适航体系建设更加成熟、更加定型。

2 国内外建立和推广适航体系分析

民用飞机适航现已经过百年的工业实践，形成较为完善的适航体系、合格认证体系、适航文件系统。在适航技术研究上，无论是从新技术、新材料和新工艺应用的牵引，还是源于公众对安全性日益提高的需求，通过不断引领行业开展相关研究，极大地促进了航空器安全水平的提升。在适航标准制定上，几乎凝聚了半个多世纪航空技术和适航技术发展带来的成果，适航技术发展和适航标准水平的提升，已经形成相互促进的良性发展态势，并建立了非常完善的适航标准体系。

从国际上看，以美国Collins，GE，Honeywell，法国泰雷兹、Cobham为代表的航电厂商已经建立有完备的适航体系，涵盖了设计保证、生产制造、运营支持等全生命周期过程，在适航体系建设和适航设备验证等方面，处于垄断地位；此外，还主导了航空业适航标准和工业标准的制定，如运输类飞机25部要求，ARP4754系统研制保证要求、ARP4761系统安全性分析要求、DO—178C软件研制保证要求、DO—254复杂电子硬件研制保证要求等，在事实上成为了行业规则制定者。国外民用飞机电子通过多年的发展，从主制造商到系统供应商、设备供应商、模块供应商、元器件/原材料供应商，都已建立起完善的适航体系，在民用飞机电子系统与设备、共性基础以及能力体系方面形成了完整的产业链能力，构筑起了民用飞机产业能力体系的高壁垒。

从国内来看，主制造商(如中国商飞、中航西飞)通过ARJ—21、C919等飞机型号发展，已建立起较为完备的适航体系，其国内一、二级供应商也已初步建立起适航体系，但拓展到三级、四级供应商基本采取适航延伸的模式，传递适航要求。

3 民用飞机适航研发体系

3.1 产品定位

民用飞机产品定位于公共运输，目的是保障运输安全，获得推广使用成功。民用飞机服务于公众，与市场紧密连接，客户除了航空公司或租赁公司外，也可能是政府，国企/私企、飞行俱乐部、飞行培训机构、高收入人群。型号成功有赖于客户群体的认可，存在很大不确定性，必须注重产品的市场竞争力。

民用航空强调安全性、舒适性、便捷性、盈利性，其中，安全性是民用航空生存和发展的基础。民用航空是一个庞大的系统，从航空器的生产制造、运行使用到各类保障，每一个系统和环节，均以保证飞机运行安全的第一要素为基础。建立适航监管和审查体系，保证民用飞机从设计、制造到运营的全生命周期内的安全性，是通过适航(初始适航和持续适航)来保证的[14]。

3.2 研制标准

传统航空装备、民用飞机产品在法规体系上存在较大差异。民用飞机研制主要依据对应飞机类别的适航规章，同时依据噪声、燃油排放、相关运营规章及适用程序，其规章涵盖整机及其系统，体系框架更系统化、程序化、标准化。而传统航空飞机的研制标准为型号的《研制总要求》，具体因机型而异，更多强调遂行任务能力、性能、指标等，而分系统或细节部分往往通过设计部门自行确定，缺少相应的研制输入依据。

此外，各国都通过建立适航双边，推动适航规章的相互认可，而传统航空法规虽然也存在参考，但基本不具有国际通用性。

3.3 研制体系

通常民用飞机产品研制过程可分为总体方案定义、初步设计、详细设计、全面试制、试飞取证、批生产6个阶段。民用飞机研制阶段的划分。更加注重以市场需求为导向，重视适航取证、客户服务、安全性、经济性、舒适性、环保性，适航贯穿整个生命周期过程。其研制起点的技术成熟度相对较高，才能保证其项目的推广使用成功。

随着民用飞机的功能越来越多，系统越来越复杂，研发成本、安全性、可靠性、维护性、寿命与使用经济性等要求越来越高，采用传统的航空飞机设计定型的方法和流程无法确保现代民用飞机研制满足所有要求，因此，要求民用飞机必须实施严格的研制过程保证。国际民用航空研制所遵循的ARP4754A、DO—178C和DO—254标准都是以研制过程保证为核心理念，通过贯彻研制过程保证，极大提升了民用飞机的安全性，促进了民用航空产业的良性发展。同时，民用飞机作为公共运输工具，在研制过程中更加突出安全性工作。民用飞机对安全性要求有明确的适航要求，即发生灾难性事故的概率要求为10-9/飞行小时，在研制过程中需遵循ARP4761标准。

民用飞机的安全性和可靠性过程，覆盖了飞机初步设计至适航取证后的运行适航监控的整个产品生命周期过程，其中，飞机设计和适航相关的过程包括：安全性/可靠性计划、飞机级功能危害评估(FHA)、系统级FHA、初步系统安全性分析(PSSA)、系统安全性分析(SSA)、系统安全性需求传递、供应商活动、共因分析(CCA)、特殊风险分析、区域安全性分析、人为因素分析、首飞活动、飞机安全性综合、运行可靠性等。

此外，虽然民用飞机适航没有直接强调产品的成本、技术的先进及功能性能超越客户期望等要求，但严密的研发流程同样覆盖了这些指标，因此工作量倍增。因需要展示设计过程保证的证据，按照适航要求开展产品设计，与其他设计相比，工作量巨大，输入输出文档和过程文档数量繁多。民用飞机航电产品研制更注重需求和过程，以及对结果的符合性验证。

3.4 售后服务保障

传统航空飞机使用保障主要由使用部门或单位承担，维修按三级维修体系解决。民用飞机在投入航线运营后，在适航角度属于持续适航范畴，航空公司和工业部门按局方相关持续适航的法律法规要求各自承担其相应的持续适航责任，通过持续适航的体系，保证运行飞行的飞机处于适航状态，以保证飞机的安全性。工业部门主要在售后保障阶段需建立完整的客户服务体系，保证航空公司所有航线的飞机有效飞行。