民用飞机功能和可靠性试飞分析及其价值利用研究

2024-05-19冒宇飞MAOYufei

价值工程 2024年13期

冒宇飞MAO Yu-fei

（中国商用飞机有限责任公司民用飞机试飞中心，上海 201323）

1 研究背景

民用飞机功能和可靠性试飞的主要目的在于通过模拟航线运营的方式，验证飞机及其零部件和设备可完成预期功能且不存在危及飞行安全的设计特征，评估飞机运行支持体系的完整性，同时表明飞机对CCAR21 部第21.35[1]（二）（2）和第21.35（六）（1）条款的符合性。

功能和可靠性试飞作为民用飞机最后一项审定试飞任务，涉及试飞机场多、区域广、参试人员多、组织实施难度大，试验周期长、飞机日利用率高等困难，同时还面对上千次的功能检查及近百次架次安排、数据记录等内容。因此，高效的试飞组织模式决定了这项审定试飞任务的成败。

本文通过总结提炼民用飞机功能和可靠性试飞的经验，指导后续飞机高效完成这项任务，同时，通过研究，探索利用好研制批试飞机，开展模拟航线运营验证试飞，为客户创造价值的方法。

2 试飞组织研究

2.1 试飞目的

民用飞机功能和可靠性试飞需要同时满足TCB（型号合格审定委员会）审查组和AEG（航空器评审组）审查组的要求，并同步考虑市场推广的需求。

TCB 审查组重点关注：验证飞机是否满足CCAR21-35[1]（二）（2）、CCAR21-35[1]（六）和AC25-7D[2]附录B 的相关要求，为该型飞机取得型号合格证（TC）提供依据。

AEG 审查组重点关注：飞机满足AEG 局方对持续适航文件、运行文件、主最低设备清单等AEG 项目开展验证和目击要求，验证飞机维护类、运行类和培训类手册的适用性、准确性和完整性；验证飞机对典型机场和航线适应性；验证MD-FS-AEG006 要求对主制造商的运行支持体系；完成首批飞行教员航线飞行小时数积累。

企业市场推广的要求：有利于首家客户提前熟悉和了解飞机的性能、运行、维修等情况，为其正式运营做准备；为飞机投入运营进行市场推广和品牌宣传。

2.2 双体系运行

根据规章要求，民用飞机在取得TC 证前须进行300小时的功能和可靠性试飞，大约需要150 架次左右的航线飞行，同时还必须涵盖长、中、短三类航线[1]。在短期内完成任务需要高效的飞行组织模式。通常，科研取证试飞以科目有效性和试飞安全为主要目的，以科研取证的试飞组织模式显然不适用于这样大强度、飞机日利用率高的试飞科目，但航空公司的运行模式却更好地适配了这样的任务需求。同时，根据咨询通告《运输类飞机合格审定飞行试验指南》（AC25-7D）附录B[2]要求：“申请人在功能和可靠性试飞期间需按照航空公司航线运营模式组织实施”。因此，需要以航空公司的形式去完成这个科目。

在实施功能和可靠性试飞时，飞机还未完成取证并交付客户，还需要在科研取证试飞的体系下执行，以确保科目有效性和试飞安全。因此，成立模拟航空公司需要嵌套科研取证试飞的体系，实现双体系的并轨运行。建议的组织架构如图1 所示。

图1 功能和可靠性试飞组织架构

AOC 团队是模拟航空公司运行的核心团队，负责统筹模拟航空公司运行所需资源分配及外部接口协调工作；负责航线验证运行期间的航路航线的规划、申请；负责发布飞行周计划和飞行日计划；负责验证性飞行的飞行组织及飞行批准；负责提供天气预报产品，监控天气变化趋势；负责为机组提供航务资料，包括但不限于NAIP、PIB、气象、航路点信息表、性能分析表单、舱单等；负责监控运行状态，收集、传递、发布运行动态信息，并将决策和调整飞行计划报领导小组；当发生应急情况时，负责接收民航体系的信息与情报，以及应急救援工作的启动与协调。

飞行团队是模拟航空公司执行飞行实施任务的关键团队，主要由试飞员和试飞工程师组成，负责提供有效的飞行任务书；负责航线飞行相关信息记录；负责航线验证飞行的具体飞行实施；负责旅客飞行中的安全保卫工作；负责从客户角度提出飞机运行工作建议。

安全监管团队是模拟航空公司运行过程中的监管团队，主要负责组织开展模拟航空公司的安全管理建设、维护工作，并对各团队安全管理体系相关工作进行指导、监督和检查；负责研究、评估航线验证飞行安全管理工作状态，持续改进安全管理方法；负责指导相关业务团队开展风险管理工作；负责组织航线演示验证飞行安全风险分析和评价，并监督风险降低措施的落实；负责航线验证飞行应急救援组织工作；负责模拟航空公司人员资质管理，监管飞行员、乘务人员的资质管理；负责航线验证飞行期间非机组人员（含旅客）的升空安全审批及培训；负责航线演示验证飞行期间质量、安全信息收集、报送管理，负责民航、公司相关质量、安全信息的传递。

飞机保障团队等同于航空公司的机务部，主要负责飞机维修方案的制定和维修计划管理；负责航线验证飞行期间工艺文件的编制；负责航线验证飞行期间飞机的定期维修维护；负责航线验证飞行期间飞行保障工作（航前检查、短停检查、航后检查）及机务放行；负责航线验证飞行期间飞机故障处理工作；负责航线验证飞行期间的维修记录，限寿件管理工作；负责航线验证飞行期间维修手册验证工作；负责航线验证飞行期间飞机适航证件管理。

综合保障团队主要负责开展模拟航空公司运行期间的后勤保障工作、宣传等工作。

2.3 策划安排检查项目

功能和可靠性试飞的主要内容就是检查飞机各系统的工作状态。在系统功能检查项方面，基于飞机全机系统功能定义（657 项）与类型（12 类），筛选出按需使用/手动控制、非正常情况下使用、每次飞行都会使用、被动触发的安全保护、被动触发的告警、提供信息显示等6 类，涉及梳理23 个系统，共计196 个检查项，按照模拟正常航线运行检查，地面专项检查和模拟故障检查进行分类，并根据各类型特点，使用场景规定了各检查项的检查次数。针对所筛选的检查内容，根据飞机级的122 个子功能及相应场景，对所筛选的系统功能进行匹配，保证功能验证的完整性。同时根据AEG 要求，制定了PMMEL 检查内容的筛选原则，选取10 个模拟带故障放飞的检查项。

针对206 项检查内容，要制定具体的操作方式和合格判据，确保所有检查内容的可实施性。为了检查项的高效执行及相关风险评估工作的开展，将功能和可靠性试飞检查项分为4 个试验科目，即模拟正常航线检查、模拟故障检查、PMMEL 检查、地面专项检查如表1 所示。

表1 功能和可靠性试飞试验科目及试验点

正常操作检查，即执行期间试飞员和试飞工程师结合标准操作程序，按照机组登机前、驾驶舱准备、起动前、发动机起动与起动后、起飞前、起飞、巡航、下降&进近、着陆&停机步骤并依据试飞大纲制定的操作方式、合格判据及检查要求执行检查内容，共计93 项；

乘务操作检查，即乘务结合乘组机上工作流程并依据试飞大纲制定的操作方式、合格判据及检查要求执行检查内容，共计40 项；

特定操作检查，即除前两种外需特殊操作的检查项，共计25 项。

模拟故障检查/8 项、PMMEL 检查/10 项和地面专项检查/30 项组成4 个试飞科目。

检查项执行时按照优先处理的原则，要在前10 个飞行日完成90%的检查内容，确保后续有空余架次执行未按计划执行的检查项或新增检查项。整个执行阶段分为前、中、后三部分。前期试飞是以短航程为主，中航程为辅的适应性试飞、优先安排PMMEL、模拟正常航线检查内容开展；中期试飞是以中航程为主、短航程为辅的高强度试飞，集中安排所有检查内容，并合理分配到每架次飞行中；后期试飞以长、中航程及三角航线的补充试飞，在开展剩余检查项的同时，也执行因前期试飞出现的问题所增加的检查内容。

2.4 优化故障处置流程

功能和可靠性试飞既是对飞机本身的检验，也是对运行支持体系及维修类、飞行类手册完整、有效性的检验，因此需充分使用手册。同时，考虑到初次使用手册进行维修排故，存在手册无法覆盖出现的故障、手册无法解决故障的可能，完全参照航空公司使用手册进行排故放行存在风险。

一方面模拟航空公司运营及排故过程，要同时满足批产体系构型、质量控制要求；另一方面，在高效安全进行放飞工作的前提下，要同时满足PMMEL 和特许飞行证放飞要求。因此，在功能和可靠性试飞期间，在使用手册进行排故放行前，增加设计评估环节。即开出故障单后，由维修工程团队评估是否可按照手册内容进行排故或带故障放行。如判断手册可用，则用手册答复故障单。如判断手册不可用，则提出快响，由模拟主制造商提供排故方案并对手册进行修订。

整体流程如图2 所示。

图2 维修排故流程

2.5 合理规划机场航线

在机场选择方面，飞机功能和可靠性试飞的机场应包括国际枢纽机场、国内二类机场、特殊机场（选取高温、高湿为代表的典型机场）。考虑实施的便利性，试飞机场选取原则主要为：机场尽可能覆盖广泛；机场周边气象环境相对较好；该区域具有代表性的机场；签有保障协议的机场。

在航线运行方面，航班计划编排需充分考虑试验任务需求、运行机场选择、长中短航程配比、航线是否涉及延伸跨水运行、航线是否涉及释压飘降程序、外场保障小队轮换和最小数量等。

在时刻编排方面，航班计划编排需考虑飞机空中飞行时间、地面滑行时间、过站时间、地面验证工作和机场繁忙时刻协调。航班计划在满足试验需求的基础上，从航线安排和时刻安排两个维度综合编排，力达科学合理、高利用率和高实现率，原则上按照先熟悉后陌生、先宽松后密集，循序渐进式地从短航程过渡到中航程最后到长航程，同时考虑天气、疫情影响和其他特殊情况，建立备份飞行日预案。

在过站时间方面，要根据航线长度及走向测算空中飞行时间，根据机场使用停机位及起降跑道测算滑行时间，根据过站地面工作及验证项测算过站时间，根据机场繁忙程度统一调整合适时刻。

3 对后续工作的指导意义

通过对飞机功能和可靠性试飞的分析和总结，作为飞机取得TC 证前的最后一个试飞科目，其实是对飞机进入航线运行之前的一次“模拟考”，考核达标了即可取证投放市场。但是，在试飞飞机完成这项使命后，就只能作为后续设计优化项目的验证平台，试飞任务量也较取证时期大幅度缩减，试飞飞机作为一个高价值资产，容易造成资产的闲置。因此，考虑使用试飞飞机继续开展模拟航线运营验证试飞的形式，为客户运营飞机创造更多的价值。

3.1 分析论证

从必要性的角度，在一个新型号完成TC 取证后，即将投放市场，由客户（航司）开始运营这个机型。航司在建立“成本收入模型”时，需要在变动成本部分确定机型的座公里成本、耗油率、维修间隔和费用等参数，而这些参数均由制造商提供，制造商的计算值与航司运营时的实际值存在差异（类比于买车时的工信部油耗和实际油耗）。因此，我们需要在客户特定的运营场景下，通过试飞飞机模拟航空公司典型运营场景，帮助航空公司获得准确的初期成本收入模型，再根据一段时间的运行，由航司调整参数。在需求捕获方面，通过问卷形式调研了国内8 家航司对于飞机模拟航线运营验证的需求，航司共提出136 项需要主制造商验证的需求。

从可行性的角度，试飞飞机会根据各架机承担的试飞任务去配置构型，架机之间存在差异，但所有应用于航线飞机的构型均在试飞飞机上进行了贯彻和验证。因此，试飞飞机通过更改后可以使1 架机达到批产构型状态，以模拟航线飞机去执行航班任务。上文中提到我们捕获的136 项航司需求，经过分析，模拟航线运营验证试飞中可安排122 项，覆盖率90%，5 项涉及飞机选型问题，如客舱布局、增重支持及价格等无法验证，剩余10 项中部分因构型不到位无法验证，如灵活温度起飞等，待后续功能到位后开展验证，部分可通过模拟器验证，如发动机可靠性。

从经济性角度，试飞飞机在完成TC 取证后，会根据航线问题和衍生型飞机的任务开展设计优化。而这是无法完全撑起试飞飞机证后5-10 年任务量的。因此，国外主制造商在完成试飞取证后，一般保留2-3 架试飞机继续开展设计优化，其余飞机折价转卖给客户。而国内机型试飞飞机数量均比较充裕，利用这些飞机在证后去开展模拟航线运营试飞，一方面可以更快地找到我们飞机在特定航线上运行的短板和缺陷，及时开展设计优化，另一方面可以积累数据，为支持客户更好地去运行这个机型提供数据支撑。

3.2 实施方案

3.2.1 最大航程能力

最大航程是航线演示有意义的验证项。根据调研客户需求，A320neo 曾开展过上海—喀什航线演示，因此，可以考虑开展东西方向和南北方向最大航程的演示验证。东西方向最大航程可以以上海为起点，考虑选取敦煌、乌鲁木齐或喀什为目的地，考虑业载情况，关注向西逆风，根据性能计算结果演示最远可达目的地，南北方向最大航程可以选取哈尔滨—三亚航线开展演示。

3.2.2 燃油消耗

燃油是影响飞机经济性的重要指标，节约燃油对于降低航空公司直接运营成本显得越来越重要[3]。航线运行中航线距离、飞机高度层、飞行速度、航路风速和风向都会对耗油产生影响。在模拟航线运营验证试飞中，要重点考虑巡航阶段的燃油消耗，通过油量和配载模拟典型业载场景，对比不同高度、速度和新旧发动机状态下油耗水平，统计不同时刻的燃油消耗和燃油里程，并将实际飞行结果与手册理论值进行对比，体现日常运营吨公里耗油水平。

3.2.3 过站时间

过站时间是时间成本的重要一环，减少过站时间对于飞机运营来说意义重大。过站时间受到上下客时间、机场运行情况、刹车降温时间等多方面因素影响。根据飞机功能和可靠性试飞的结果，航前航后检查、燃油补充等地面服务占用时间较短，不影响过站时间。但是在某些特殊工况下刹车温度会对过站时间产生影响。

为了明确刹车温度对过站时间的影响，需要统计飞机过站等待时的刹车温度变化规律。将收集到的数据利用气泡图和饼图的形式展示不同机场、着陆重量、滑行距离条件下的刹车温升值和降温时间。

3.2.4 成本指数CI

成本指数CI（Cost Index）为飞机运营时的时间关联成本与燃油价格的比值，是影响飞机运营经济性的重要指标[4]。计算CI 的输入值包括固定资产入账价值、净残值率、折旧年限、年利用率、机体重量、单台发动机海平面起飞静推力、发动机数量、航段飞行时间、劳务维修费率、美元/人民币汇率、飞行机组人数、飞行机组小时费率、空勤机组人数、空勤机组小时费率、燃油价格。经过前期调研，在模拟航线验证期间，可以记录的数据包括航段飞行时间、飞行机组人数和空勤机组人数，其余数据计划根据实际情况或相似机型数据进行补充，进而对成本指数进行估算。

3.2.5 维修能力验证

模拟航线运营期间选取MTBF、SDR 千时率、地面工装设备验证作为维修能力的体现。根据航线运营的实际场景，使用相关设备并记录，以评估飞机航线运行的维修能力，确保运营的可靠性。

3.2.6 适应性验证

适应性验证主要包括机场场坪区适应性、机场终端区飞行适应性、航路飞行适应性、环境适应性、飘降演示验证等5 个维度。通过适应性的试飞验证以确保飞机能够满足CCAR121 部《运行规范》[5]的相关要求，满足特殊自然环境和特殊操作条件下飞机的使用，对飞机航线适应性进行评估，确保后续运营的顺畅。

3.2.7 客舱舒适性评估

客舱舒适性主要体现在客舱的横切面积、客舱布局、座椅类型、间距、衣帽间和盥洗室配置和娱乐设备等内容[6]，本次模拟航线验证试飞主要从乘客体验的角度出发，对座椅、空调、盥洗室的使用、娱乐设备使用等角度对飞机乘坐舒适性进行评估。