大型民用飛機(jī)電傳飛控系統(tǒng)綜合試驗(yàn)驗(yàn)證

陳騏 王興波 王旻

摘 要：隨著自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)迅猛發(fā)展，特別是數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，有人駕駛飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)綜合化的程度越來(lái)越高。在大型民用飛機(jī)電傳飛控系統(tǒng)研制過(guò)程中為了安全迅速地確定和驗(yàn)證飛機(jī)飛控系統(tǒng)的各項(xiàng)性能，提高研制效率，必須對(duì)飛控系統(tǒng)進(jìn)行全面的綜合試驗(yàn)驗(yàn)證。該文通過(guò)對(duì)驗(yàn)證過(guò)程的組成、需求定義、試驗(yàn)驗(yàn)證等幾個(gè)方面進(jìn)行了系統(tǒng)闡述，確定了系統(tǒng)綜合試驗(yàn)驗(yàn)證的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：民用飛機(jī) 電傳飛控 需求定義 試驗(yàn)驗(yàn)證

中圖分類(lèi)號(hào)：V241 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）07（b）-0056-02

電傳飛控系統(tǒng)是現(xiàn)代民機(jī)先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一，它為提高飛機(jī)的性能、改善飛機(jī)的飛行品質(zhì)、減輕駕駛員的工作負(fù)荷、增強(qiáng)飛機(jī)的安全性、可靠性、維修性以及實(shí)現(xiàn)機(jī)載分系統(tǒng)的綜合控制等，提供了必要的技術(shù)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(tǒng)的復(fù)雜度，同時(shí)，也增大了系統(tǒng)研制錯(cuò)誤和不良或非預(yù)期影響的風(fēng)險(xiǎn)。為了實(shí)現(xiàn)飛機(jī)設(shè)計(jì)要求和目標(biāo)，滿足適航、安全性、可靠性、維修性、客戶等要求，需要驗(yàn)證飛機(jī)飛控系統(tǒng)各子系統(tǒng)、部件之間及相關(guān)系統(tǒng)之間接口的正確性和兼容性，驗(yàn)證飛控系統(tǒng)的功能、性能和安全性要求。暴露和排除飛控系統(tǒng)潛在的軟硬件故障，采取糾正措施，增長(zhǎng)系統(tǒng)可靠性，確保飛行安全。通過(guò)綜合試驗(yàn)驗(yàn)證，保證研發(fā)進(jìn)度，降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

1 驗(yàn)證過(guò)程的組成

驗(yàn)證過(guò)程主要由需求定義、系統(tǒng)驗(yàn)證和問(wèn)題追溯三部分組成。需求定義是對(duì)飛機(jī)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(tǒng)架構(gòu)和開(kāi)展設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)。系統(tǒng)驗(yàn)證是對(duì)各種設(shè)備、子系統(tǒng)和系統(tǒng)驗(yàn)證活動(dòng)，確保它們滿足定義的需求；問(wèn)題追溯為需求定義和系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)提供閉環(huán)反饋，為系統(tǒng)需求、驗(yàn)證活動(dòng)和驗(yàn)證狀態(tài)之間的關(guān)系提供追溯。

2 電傳飛控系統(tǒng)需求定義

建立飛機(jī)級(jí)功能及相關(guān)的功能需求，確定與外部物理和運(yùn)行環(huán)境的功能接口，確立合適的飛機(jī)功能分組并將這些功能的需求分配到飛控系統(tǒng)，再確立定義到飛控系統(tǒng)設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和邊界（包括各設(shè)備的接口需求），最后按照系統(tǒng)架構(gòu)，將系統(tǒng)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(gè)不斷細(xì)化和反復(fù)迭代的過(guò)程，主要包括需求定義、文檔形成、確認(rèn)和批準(zhǔn)。

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(shè)計(jì)，再進(jìn)一步到底層需求和設(shè)計(jì)，主要是通過(guò)權(quán)衡研究和技術(shù)協(xié)調(diào)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(yīng)的詳細(xì)要求以確保滿足上層需求。

根據(jù)需求定義，形成了飛控電傳系統(tǒng)的要求和目標(biāo)文件，該文件涵蓋了飛控電傳系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念、定義、設(shè)計(jì)要求、目標(biāo)以及設(shè)計(jì)決策等，闡述了系統(tǒng)的功能、性能、可用性、安全性、隔離、機(jī)組操作和維護(hù)等信息。

2.2 需求確認(rèn)和批準(zhǔn)

根據(jù)民機(jī)研制流程ARP4754A民用飛機(jī)與系統(tǒng)研制指南，需求的確認(rèn)過(guò)程是為了確保所提出的需求足夠正確與完整，并且產(chǎn)品能夠滿足客戶、供應(yīng)商、維護(hù)人員、局方以及飛機(jī)、系統(tǒng)和項(xiàng)目研制人員的需求。一般通過(guò)追溯性、分析、建模、試驗(yàn)、相似性和工程評(píng)審等方法開(kāi)展需求確認(rèn)工作。需求確認(rèn)應(yīng)考慮預(yù)期和非預(yù)期功能，對(duì)預(yù)期功能的需求進(jìn)行確認(rèn)時(shí)應(yīng)評(píng)估其是否能通過(guò)“目標(biāo)通過(guò)/失敗準(zhǔn)則”。試驗(yàn)和分析期間應(yīng)注意確定系統(tǒng)非預(yù)期的運(yùn)行和副作用。當(dāng)不能直接確認(rèn)是否存在非預(yù)期功能時(shí)，可通過(guò)專門(mén)的試驗(yàn)和具有針對(duì)性的分析來(lái)降低非預(yù)期功能出現(xiàn)的概率。

電傳飛控系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)需求和目標(biāo)由飛控專業(yè)及與其系統(tǒng)相關(guān)的氣動(dòng)、液壓、電源、航電等專業(yè)共同批準(zhǔn)，同時(shí)，該文件的后期更改應(yīng)進(jìn)行控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求與目標(biāo)是系統(tǒng)性能、安全性、維護(hù)性和系統(tǒng)功能等項(xiàng)目設(shè)計(jì)的主要需求來(lái)源。

3 系統(tǒng)綜合試驗(yàn)驗(yàn)證

系統(tǒng)綜合試驗(yàn)驗(yàn)證工作的目的是為了驗(yàn)證所實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品的功能、性能、安全性、可靠性等滿足預(yù)定運(yùn)行環(huán)境的要求。一般通過(guò)檢查或評(píng)審、分析、試驗(yàn)或演示、使用/服役經(jīng)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。

飛控系統(tǒng)綜合試驗(yàn)是飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研制過(guò)程中確認(rèn)和驗(yàn)證飛機(jī)級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、子系統(tǒng)級(jí)、部件/設(shè)備級(jí)設(shè)計(jì)滿足相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范和要求的主要方法。按照要求逐級(jí)分解和追蹤，對(duì)于設(shè)計(jì)要求的正確性和完整性，通過(guò)分析、仿真和試驗(yàn)進(jìn)行確認(rèn)；對(duì)于系統(tǒng)和設(shè)備是否完整一致的滿足設(shè)計(jì)要求，將通過(guò)各類(lèi)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

飛控系統(tǒng)試驗(yàn)確認(rèn)和驗(yàn)證的工作對(duì)象為飛控系統(tǒng)研制過(guò)程中定義的各項(xiàng)需求。按照主制造商-供應(yīng)商工作模式，系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)要求的確認(rèn)和驗(yàn)證由主制造商負(fù)責(zé)，供應(yīng)商提供支持。子系統(tǒng)級(jí)、組件/設(shè)備級(jí)確認(rèn)和驗(yàn)證工作由供應(yīng)商負(fù)責(zé)。飛控系統(tǒng)驗(yàn)證計(jì)劃規(guī)劃了飛控系統(tǒng)的驗(yàn)證活動(dòng)，基于這些驗(yàn)證活動(dòng)，以飛控系統(tǒng)初步試驗(yàn)要求和規(guī)劃作為前期規(guī)劃輸入，通過(guò)飛控系統(tǒng)試驗(yàn)方案以及飛控系統(tǒng)集成與驗(yàn)證試驗(yàn)計(jì)劃制定了飛控系統(tǒng)試驗(yàn)的體系架構(gòu)及實(shí)施方案。飛控系統(tǒng)確認(rèn)與驗(yàn)證過(guò)程見(jiàn)圖1。

飛控系統(tǒng)從軟硬件級(jí)別到系統(tǒng)級(jí)開(kāi)展的試驗(yàn)包括供應(yīng)商試驗(yàn)、研發(fā)臺(tái)試驗(yàn)、鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)、工程模擬器試驗(yàn)、機(jī)上地面功能試驗(yàn)（OATP）、機(jī)上地面試驗(yàn)、飛行試驗(yàn)、適航符合性驗(yàn)證試驗(yàn)等。通過(guò)多個(gè)平臺(tái)試驗(yàn)的綜合驗(yàn)證來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自下至上的集成，從而逐步完成設(shè)備、系統(tǒng)、飛機(jī)各級(jí)設(shè)計(jì)需求的驗(yàn)證工作。

4 結(jié)論

系統(tǒng)綜合試驗(yàn)驗(yàn)證是確保飛控系統(tǒng)的正確運(yùn)行的重要條件。它提供了滿足系統(tǒng)本身以及與其它系統(tǒng)相互間需求的方法，也提供了一個(gè)發(fā)現(xiàn)并消除不希望的非預(yù)期功能的機(jī)會(huì)。

飛控系統(tǒng)集成工作從逐個(gè)的部件功能集成開(kāi)始，逐步進(jìn)行至系統(tǒng)級(jí)集成，最終完成系統(tǒng)的飛機(jī)級(jí)集成。由于完全預(yù)測(cè)或模擬飛機(jī)環(huán)境存在困難，所以某些驗(yàn)證工作在飛機(jī)上實(shí)施，雖然在飛機(jī)上進(jìn)行系統(tǒng)集成具有較高的有效性，但是通過(guò)實(shí)驗(yàn)室或模擬環(huán)境常常能夠得到更有針對(duì)性或更節(jié)省成本的結(jié)果。在驗(yàn)證過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)不足，則應(yīng)返回到適當(dāng)?shù)难兄苹蛲暾^(guò)程（需求捕獲、分配或確認(rèn)、實(shí)施和驗(yàn)證等）中，以尋找解決方法并重新執(zhí)行該過(guò)程。當(dāng)所有的迭代工作結(jié)束時(shí)，這一工作的輸出即是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)證的飛控集成系統(tǒng)，以及證明該系統(tǒng)滿足全部功能需求及安全性需求的資料。

參考文獻(xiàn)

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