大型民用飛機電傳飛控系統綜合試驗驗證

陳騏 王興波 王旻

摘 要：隨著自動控制和計算機等先進技術迅猛發展，特別是數字化技術的發展和應用范圍的擴大，有人駕駛飛機飛行控制系統綜合化的程度越來越高。在大型民用飛機電傳飛控系統研制過程中為了安全迅速地確定和驗證飛機飛控系統的各項性能，提高研制效率，必須對飛控系統進行全面的綜合試驗驗證。該文通過對驗證過程的組成、需求定義、試驗驗證等幾個方面進行了系統闡述，確定了系統綜合試驗驗證的重點。

關鍵詞：民用飛機 電傳飛控 需求定義 試驗驗證

中圖分類號：V241 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（b）-0056-02

電傳飛控系統是現代民機先進性的重要標志之一，它為提高飛機的性能、改善飛機的飛行品質、減輕駕駛員的工作負荷、增強飛機的安全性、可靠性、維修性以及實現機載分系統的綜合控制等，提供了必要的技術手段和工程途徑，在性能、控制、重量和維修性等方面獲得了較大的收益，由于其功能綜合水平的不斷提高，增加了系統的復雜度，同時，也增大了系統研制錯誤和不良或非預期影響的風險。為了實現飛機設計要求和目標，滿足適航、安全性、可靠性、維修性、客戶等要求，需要驗證飛機飛控系統各子系統、部件之間及相關系統之間接口的正確性和兼容性，驗證飛控系統的功能、性能和安全性要求。暴露和排除飛控系統潛在的軟硬件故障，采取糾正措施，增長系統可靠性，確保飛行安全。通過綜合試驗驗證，保證研發進度，降低技術風險。

1 驗證過程的組成

驗證過程主要由需求定義、系統驗證和問題追溯三部分組成。需求定義是對飛機功能、性能、接口、可靠性、維修性、安全性等需求的確定，是建立系統架構和開展設計工作的基礎。系統驗證是對各種設備、子系統和系統驗證活動，確保它們滿足定義的需求；問題追溯為需求定義和系統設計及實現提供閉環反饋，為系統需求、驗證活動和驗證狀態之間的關系提供追溯。

2 電傳飛控系統需求定義

建立飛機級功能及相關的功能需求，確定與外部物理和運行環境的功能接口，確立合適的飛機功能分組并將這些功能的需求分配到飛控系統，再確立定義到飛控系統設備的系統結構和邊界（包括各設備的接口需求），最后按照系統架構，將系統需求分配到硬件和軟件（包括軟件和硬件接口需求）。需求定義是一個不斷細化和反復迭代的過程，主要包括需求定義、文檔形成、確認和批準。

2.1 需求定義和文檔

采用自上而下方法，由頂層需求定義主要設計，再進一步到底層需求和設計，主要是通過權衡研究和技術協調分配各種LRU（航線可更換單元）的功能要求和性能要求，定義相應的詳細要求以確保滿足上層需求。

根據需求定義，形成了飛控電傳系統的要求和目標文件，該文件涵蓋了飛控電傳系統的設計理念、定義、設計要求、目標以及設計決策等，闡述了系統的功能、性能、可用性、安全性、隔離、機組操作和維護等信息。

2.2 需求確認和批準

根據民機研制流程ARP4754A民用飛機與系統研制指南，需求的確認過程是為了確保所提出的需求足夠正確與完整，并且產品能夠滿足客戶、供應商、維護人員、局方以及飛機、系統和項目研制人員的需求。一般通過追溯性、分析、建模、試驗、相似性和工程評審等方法開展需求確認工作。需求確認應考慮預期和非預期功能，對預期功能的需求進行確認時應評估其是否能通過“目標通過/失敗準則”。試驗和分析期間應注意確定系統非預期的運行和副作用。當不能直接確認是否存在非預期功能時，可通過專門的試驗和具有針對性的分析來降低非預期功能出現的概率。

電傳飛控系統的初步設計需求和目標由飛控專業及與其系統相關的氣動、液壓、電源、航電等專業共同批準，同時，該文件的后期更改應進行控制。系統設計需求與目標是系統性能、安全性、維護性和系統功能等項目設計的主要需求來源。

3 系統綜合試驗驗證

系統綜合試驗驗證工作的目的是為了驗證所實現的產品的功能、性能、安全性、可靠性等滿足預定運行環境的要求。一般通過檢查或評審、分析、試驗或演示、使用/服役經驗來驗證。

飛控系統綜合試驗是飛控系統設計研制過程中確認和驗證飛機級、系統級、子系統級、部件/設備級設計滿足相應設計規范和要求的主要方法。按照要求逐級分解和追蹤，對于設計要求的正確性和完整性，通過分析、仿真和試驗進行確認；對于系統和設備是否完整一致的滿足設計要求，將通過各類試驗進行驗證。

飛控系統試驗確認和驗證的工作對象為飛控系統研制過程中定義的各項需求。按照主制造商-供應商工作模式，系統級設計要求的確認和驗證由主制造商負責，供應商提供支持。子系統級、組件/設備級確認和驗證工作由供應商負責。飛控系統驗證計劃規劃了飛控系統的驗證活動，基于這些驗證活動，以飛控系統初步試驗要求和規劃作為前期規劃輸入，通過飛控系統試驗方案以及飛控系統集成與驗證試驗計劃制定了飛控系統試驗的體系架構及實施方案。飛控系統確認與驗證過程見圖1。

飛控系統從軟硬件級別到系統級開展的試驗包括供應商試驗、研發臺試驗、鐵鳥試驗、工程模擬器試驗、機上地面功能試驗（OATP）、機上地面試驗、飛行試驗、適航符合性驗證試驗等。通過多個平臺試驗的綜合驗證來實現系統自下至上的集成，從而逐步完成設備、系統、飛機各級設計需求的驗證工作。

4 結論

系統綜合試驗驗證是確保飛控系統的正確運行的重要條件。它提供了滿足系統本身以及與其它系統相互間需求的方法，也提供了一個發現并消除不希望的非預期功能的機會。

飛控系統集成工作從逐個的部件功能集成開始，逐步進行至系統級集成，最終完成系統的飛機級集成。由于完全預測或模擬飛機環境存在困難，所以某些驗證工作在飛機上實施，雖然在飛機上進行系統集成具有較高的有效性，但是通過實驗室或模擬環境常常能夠得到更有針對性或更節省成本的結果。在驗證過程中，如果發現不足，則應返回到適當的研制或完整過程（需求捕獲、分配或確認、實施和驗證等）中，以尋找解決方法并重新執行該過程。當所有的迭代工作結束時，這一工作的輸出即是一個經驗證的飛控集成系統，以及證明該系統滿足全部功能需求及安全性需求的資料。

參考文獻

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