论文部分内容阅读
摘 要：本文首先介绍了民机电传飞控系统设计特征，说明了电传飞控系统在现代民机的重要应用，然后基于《型号合格审定程序》详细分析了符合性验证工作具体操作流程，并说明了符合性验证工作对取得适航证的重要性，最后详细解读了符合性验证工作中的重难点在于适航审定基础。全文围绕电传飞控系统符合性验证工作展开，对民机适航取证工作有重要参考价值。
关键词：电传飞控系统 符合性验证 适航取证 适航审定基础
中图分类号：V249 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）04（c）-0009-03
Analysis of Fly-by-Wire Flight Control System Compliance Verification Work
ZHANG Song FANG Feng LI Xiaoguang
（Aviation College， Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing， Jiangsu Province，
210016 China）
Abstract： This paper first introduces the design features of civil aircraft fly by wire flight control system， explains the important application of fly by wire flight control system in modern civil aircraft， and then analyzes the specific operation process of compliance verification based on "Type Certification Procedure"， and explains the importance of compliance verification for obtaining airworthiness certificate. Finally， the key and difficult point of compliance verification is the basis of airworthiness certification. This paper focuses on the compliance verification of fly by wire flight control system， which has important reference value for civil aircraft airworthiness certification.
Key Words： Fly-by-wire flight control system; Conformance verification; Airworthiness forensics; Basis of airworthiness certification
民用飛机在进入真正的航线前，需要开展所有符合性验证工作以表明飞机产品本身符合适航法规的要求，取得型号合格证，开展民机电传飞控系统的符合性验证工作是飞机取得适航证的重要前提之一。审定基础是经型号合格审定委员会确定的对某一民用航空产品进行适航审定所依据的标准，是符合性验证工作的前提。为了确定某型民机电传飞控系统的审定基础，必须对其设计特征进行分析。
1 电传飞控系统设计特征
国内某型民机飞行控制系统采用电传技术，其原理示意如图1所示。以侧杆控制器、脚蹬、控制与显示面板作为驾驶舱的主要控制装置，以多余度飞控计算机、作动器控制电子和传感器组成核心处理中心，以伺服作动器为主要执行部件，从而实现飞行控制功能，涉及机械、液压和电子三大方面。飞行员操纵侧杆、方向舵脚蹬或减速板手柄产生控制指令，指令信号由模拟线路分别送往相同的作动器控制单元，与飞行控制计算机产生的增强控制信号叠加，实现飞机空中的俯仰、滚转、偏航姿态以及轨迹控制[1]。电传飞控系统不仅用于稳定和控制飞机的刚体运动，解决飞机的稳定性、操纵性和机动性问题，还能对飞机进行主动控制，如机翼载荷减小、乘坐品质控制等。
2 符合性验证流程
符合性验证是指型号申请人表明并证实系统设计符合相关适航条款要求的过程，适航审定是指适航当局对型号申请人开展的符合性验证过程及所提交的符合性文件进行审查确认的过程。适航当局适航审定的基本思路为按专业审查，按条款关闭，通过审查后为型号申请人颁发型号合格证。电传飞控系统作为民用飞机的重要组成部分，当型号申请人提交飞机型号申请之后，即要开展电传飞控系统的符合性验证工作[2]。符合性验证流程与适航取证流程如图2所示。
符合性验证主要是站在型号申请人的角度描述适航取证工作，主要需要完成以下工作。
2.1 提交型号申请
民用飞机的主制造商向适航审定机构，例如，上海民用飞机适航审定中心提出了型号合格证的申请，适航当局对申请进行受理[3]。
2.2 确定审定基础
审定基础是经过型号合格审定委员会批准的进行符合性验证所依据的标准，其包含了适用的适航规章、环境保护要求及专用条件、豁免和等效安全结论。在该阶段申请人需要向型号合格审定委员会（TCB）介绍该民机型号电传飞控系统的设计特点，提出专用条件、等效安全和豁免的申请报告，包括证明这些报告的辅助材料[4]。经审查组审议后确定是否批准专用条件、等效安全和豁免的请求。根据审查工作进展的情况，可视情况召开中间TCB会议，对尚未解决的问题展开讨论，最终完成该阶段在核心工作，确定审定基础。同时型号申请人要完成审定计划（CP），且通过适航当局批准，其作为合格审定过程的指导文件，贯穿整个适航取证过程[5]。 2.3 编制符合性验证计划
编制符合性验证计划是进入符合性验证实施阶段的前提和基础，是开展后续工作的先决条件。并且能够保证审定工作按照上述的计划文件进行的前提下，考虑与适航当局的分工协调，确保电传飞控系统符合性验证工作的顺利完成，最终能表明设计的符合性。符合性验证计划需要确定审查代表直接介入审查的范围和程度，以及对委任代表权利和监督范围，这个阶段申请人介入的部分相对较少[6]。
2.4 符合性验证实施
符合性计划实施阶段是符合性验证工作的主体。在符合性计划的制订阶段，申请人和适航当局已经达成共识，该阶段就是双方展开密切合作，执行上述计划方案[7]。符合性验证实施阶段主要可分为两种活动，第一类是形成型号设计资料，第二类是形成符合性验证资料[8]。
2.5 表明适航符合性
申请人依据已批准的审定计划和符合性验证计划，以约定方式有序向审查代表提交符合性文件供TCB审查，包括上述型号设计资料、符合性验证资料及其他表明系统设计满足审定基础的相关证据[9]。最终TCB会议由申请人和审查组一同召开，若符合颁证要求，则向申请人颁发型号合格证[10]。
3 结语
本文主要从驾驶舱控制装置、飞控计算机、传感器、伺服作动系统和飞控软件的角度针对电传飞控的设计特征进行了分析，讨论了符合性验证的过程，明确了确定适航审定基础对于符合性验证和适航审定过程的重要性。
参考文献
[1] 邱轶峰.基于需求模型的复杂飞控系统软件安全性分析方法研究[D].成都：电子科技大学，2020.
[2] 张发玉.民机项目不同阶段构型管理主要功能分析[J].项目管理技术，2017，15（7）：103-106.
[3] 张松，房峰，李小光.民机电传飞控系统CCAR 25.672符合性验证思路研究[J].民用飞机设计与研究，2018（4）：100-103.
[4] 马立群，杨士斌，石林轩.民用直升机电传飞控系统适航专用条件分析[J/OL].航空工程进展：1-9[2021-03-15].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/61.1479.V.20210202.1615.004.html.
[5] 张如佩.飞控系统的故障样本选取与故障注入方法研究[D].南京：南京航空航天大学，2017.
[6] 贾凡，任琦，解庄.C919电传飞控系统辐射发射测试案例分析[C].2016航空试验测试技术学术交流会论文集：中国航空学会，2016：3.
[7] 李琳.电传飞控系统及飞行试验测试分析[C].第十六届中国航空测控技术年会论文集[C].航空工业测控技术发展中心、中国航空学会测试技术分会、状态监测特种传感技术航空科技重点实验室：《测控技术》杂志社，2019：4.
[8] 李泽，端木京顺，崔利杰，等.电传飞控系统专用条件的适航审定技术研究[C].中国航空学会航空维修工程专业委员会、国防工业出版社、空军安全局、空军装备部外场部、空军工程大学装备管理与安全工程学院、桂林航天工业学院、广西航空航天学会、95375 部队.航空安全与装备维修技术——航空安全与装备维修技术学术研讨会论文集.中国航空学会航空维修工程专业委员会、国防工业出版社、空军安全局、空军装备部外场部、空军工程大学装备管理与安全工程学院、桂林航天工业学院、广西航空航天学会、95375 部队：中国航空学会，2014：4.
[9] 徐艳玲，罗川，崔玉伟，等.基于马尔可夫模型的电传飞控系统可靠性分析[C].中国航空学会.2015年第二届中国航空科学技术大会论文集.中国航空学会：中国航空学会，2015：3.
[10] 张芳.电传飞控系统在驾驶舱的操纵器件分析[C].中国航空学会.探索 創新 交流——第六届中国航空学会青年科技论坛文集（下册）.中国航空学会：中国航空学会，2014：6.
[11] 卢艺，郝莲，李承立，等.基于构型项目分类的民机系统适航符合性数据体系结构研究[J].民用飞机设计与研究，2017（3）：26-30.
关键词：电传飞控系统 符合性验证 适航取证 适航审定基础
中图分类号：V249 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）04（c）-0009-03
Analysis of Fly-by-Wire Flight Control System Compliance Verification Work
ZHANG Song FANG Feng LI Xiaoguang
（Aviation College， Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing， Jiangsu Province，
210016 China）
Abstract： This paper first introduces the design features of civil aircraft fly by wire flight control system， explains the important application of fly by wire flight control system in modern civil aircraft， and then analyzes the specific operation process of compliance verification based on "Type Certification Procedure"， and explains the importance of compliance verification for obtaining airworthiness certificate. Finally， the key and difficult point of compliance verification is the basis of airworthiness certification. This paper focuses on the compliance verification of fly by wire flight control system， which has important reference value for civil aircraft airworthiness certification.
Key Words： Fly-by-wire flight control system; Conformance verification; Airworthiness forensics; Basis of airworthiness certification
民用飛机在进入真正的航线前，需要开展所有符合性验证工作以表明飞机产品本身符合适航法规的要求，取得型号合格证，开展民机电传飞控系统的符合性验证工作是飞机取得适航证的重要前提之一。审定基础是经型号合格审定委员会确定的对某一民用航空产品进行适航审定所依据的标准，是符合性验证工作的前提。为了确定某型民机电传飞控系统的审定基础，必须对其设计特征进行分析。
1 电传飞控系统设计特征
国内某型民机飞行控制系统采用电传技术，其原理示意如图1所示。以侧杆控制器、脚蹬、控制与显示面板作为驾驶舱的主要控制装置，以多余度飞控计算机、作动器控制电子和传感器组成核心处理中心，以伺服作动器为主要执行部件，从而实现飞行控制功能，涉及机械、液压和电子三大方面。飞行员操纵侧杆、方向舵脚蹬或减速板手柄产生控制指令，指令信号由模拟线路分别送往相同的作动器控制单元，与飞行控制计算机产生的增强控制信号叠加，实现飞机空中的俯仰、滚转、偏航姿态以及轨迹控制[1]。电传飞控系统不仅用于稳定和控制飞机的刚体运动，解决飞机的稳定性、操纵性和机动性问题，还能对飞机进行主动控制，如机翼载荷减小、乘坐品质控制等。
2 符合性验证流程
符合性验证是指型号申请人表明并证实系统设计符合相关适航条款要求的过程，适航审定是指适航当局对型号申请人开展的符合性验证过程及所提交的符合性文件进行审查确认的过程。适航当局适航审定的基本思路为按专业审查，按条款关闭，通过审查后为型号申请人颁发型号合格证。电传飞控系统作为民用飞机的重要组成部分，当型号申请人提交飞机型号申请之后，即要开展电传飞控系统的符合性验证工作[2]。符合性验证流程与适航取证流程如图2所示。
符合性验证主要是站在型号申请人的角度描述适航取证工作，主要需要完成以下工作。
2.1 提交型号申请
民用飞机的主制造商向适航审定机构，例如，上海民用飞机适航审定中心提出了型号合格证的申请，适航当局对申请进行受理[3]。
2.2 确定审定基础
审定基础是经过型号合格审定委员会批准的进行符合性验证所依据的标准，其包含了适用的适航规章、环境保护要求及专用条件、豁免和等效安全结论。在该阶段申请人需要向型号合格审定委员会（TCB）介绍该民机型号电传飞控系统的设计特点，提出专用条件、等效安全和豁免的申请报告，包括证明这些报告的辅助材料[4]。经审查组审议后确定是否批准专用条件、等效安全和豁免的请求。根据审查工作进展的情况，可视情况召开中间TCB会议，对尚未解决的问题展开讨论，最终完成该阶段在核心工作，确定审定基础。同时型号申请人要完成审定计划（CP），且通过适航当局批准，其作为合格审定过程的指导文件，贯穿整个适航取证过程[5]。 2.3 编制符合性验证计划
编制符合性验证计划是进入符合性验证实施阶段的前提和基础，是开展后续工作的先决条件。并且能够保证审定工作按照上述的计划文件进行的前提下，考虑与适航当局的分工协调，确保电传飞控系统符合性验证工作的顺利完成，最终能表明设计的符合性。符合性验证计划需要确定审查代表直接介入审查的范围和程度，以及对委任代表权利和监督范围，这个阶段申请人介入的部分相对较少[6]。
2.4 符合性验证实施
符合性计划实施阶段是符合性验证工作的主体。在符合性计划的制订阶段，申请人和适航当局已经达成共识，该阶段就是双方展开密切合作，执行上述计划方案[7]。符合性验证实施阶段主要可分为两种活动，第一类是形成型号设计资料，第二类是形成符合性验证资料[8]。
2.5 表明适航符合性
申请人依据已批准的审定计划和符合性验证计划，以约定方式有序向审查代表提交符合性文件供TCB审查，包括上述型号设计资料、符合性验证资料及其他表明系统设计满足审定基础的相关证据[9]。最终TCB会议由申请人和审查组一同召开，若符合颁证要求，则向申请人颁发型号合格证[10]。
3 结语
本文主要从驾驶舱控制装置、飞控计算机、传感器、伺服作动系统和飞控软件的角度针对电传飞控的设计特征进行了分析，讨论了符合性验证的过程，明确了确定适航审定基础对于符合性验证和适航审定过程的重要性。
参考文献
[1] 邱轶峰.基于需求模型的复杂飞控系统软件安全性分析方法研究[D].成都：电子科技大学，2020.
[2] 张发玉.民机项目不同阶段构型管理主要功能分析[J].项目管理技术，2017，15（7）：103-106.
[3] 张松，房峰，李小光.民机电传飞控系统CCAR 25.672符合性验证思路研究[J].民用飞机设计与研究，2018（4）：100-103.
[4] 马立群，杨士斌，石林轩.民用直升机电传飞控系统适航专用条件分析[J/OL].航空工程进展：1-9[2021-03-15].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/61.1479.V.20210202.1615.004.html.
[5] 张如佩.飞控系统的故障样本选取与故障注入方法研究[D].南京：南京航空航天大学，2017.
[6] 贾凡，任琦，解庄.C919电传飞控系统辐射发射测试案例分析[C].2016航空试验测试技术学术交流会论文集：中国航空学会，2016：3.
[7] 李琳.电传飞控系统及飞行试验测试分析[C].第十六届中国航空测控技术年会论文集[C].航空工业测控技术发展中心、中国航空学会测试技术分会、状态监测特种传感技术航空科技重点实验室：《测控技术》杂志社，2019：4.
[8] 李泽，端木京顺，崔利杰，等.电传飞控系统专用条件的适航审定技术研究[C].中国航空学会航空维修工程专业委员会、国防工业出版社、空军安全局、空军装备部外场部、空军工程大学装备管理与安全工程学院、桂林航天工业学院、广西航空航天学会、95375 部队.航空安全与装备维修技术——航空安全与装备维修技术学术研讨会论文集.中国航空学会航空维修工程专业委员会、国防工业出版社、空军安全局、空军装备部外场部、空军工程大学装备管理与安全工程学院、桂林航天工业学院、广西航空航天学会、95375 部队：中国航空学会，2014：4.
[9] 徐艳玲，罗川，崔玉伟，等.基于马尔可夫模型的电传飞控系统可靠性分析[C].中国航空学会.2015年第二届中国航空科学技术大会论文集.中国航空学会：中国航空学会，2015：3.
[10] 张芳.电传飞控系统在驾驶舱的操纵器件分析[C].中国航空学会.探索 創新 交流——第六届中国航空学会青年科技论坛文集（下册）.中国航空学会：中国航空学会，2014：6.
[11] 卢艺，郝莲，李承立，等.基于构型项目分类的民机系统适航符合性数据体系结构研究[J].民用飞机设计与研究，2017（3）：26-30.