民用飛機氣源系統設計流程研究

王睿

【摘 要】為了設計出功能優化、性能良好的氣源系統，本文結合民用飛機氣源系統研制過程，以飛機研制過程為出發點，結合其他系統的設計，貫徹適航要求，針對氣源系統的初步設計階段，總結出一套較為完整的氣源系統設計流程。

【關鍵詞】氣源系統；民用飛機；設計流程

0 引言

氣源系統作為飛機上較基本系統，是為客艙和駕駛艙創造良好環境的源頭，應探索總結出一套較為優化、高效和清晰的設計流程，并為后續機型的設計鋪路，將設計經驗總結成文具有相當強的現實意義。氣源系統設計主要是考慮下游各個用氣系統的需求，并通過自身的活門調節和關斷，使發動機氣源的引氣在飛機飛行的各個階段與下游用氣系統需求相匹配，并協調完成飛機運行時的各種功能，為實現飛機的安全、舒適、環保和經濟創造良好的條件。氣源系統是民用支線干線飛機的傳統機載系統，除波音787系列飛機無傳統意義上的氣源系統外，其他型號飛機均采用成熟的引氣系統布局，可選擇從發動機、APU（Auxiliary Power Unit，輔助動力裝置）和高壓地面氣源引氣，并將空氣輸送至下游系統，滿足其用氣需求。本文將從民用飛機的從民用飛機的研制流程出發，介紹氣源系統在民用飛機研制流程的設計階段，應完成的主要任務，并對氣源系統的設計流程加以總結。

1 民用飛機研制階段中氣源系統的設計流程

1.1 民用飛機的研制階段與流程

我國的民機研制目前采用“主制造商-供應商”模式，民用飛機研制階段可分為立項論證、可行性論證、預發展、工程發展、批生產與產業化五個階段，如圖1所示。民用飛機研制應按照階段劃分實行里程碑控制，每個階段的輸出作為下一個階段的主要輸入。作為系統設計部門，設計工程師主要參與的是可行性論證、預發展和工程發展階段。

氣源系統設計的關鍵階段是預發展階段和工程發展階段中的詳細設計階段，系統設計工程師需要綜合考慮氣源系統生命周期中的各種因素，理清設計輸入與設計輸出，與其他系統及結構統籌協調，保證系統的功能和性能達到預期設計目標。本文將著重介紹這三個階段中氣源系統的設計流程。

1.2 預發展階段氣源系統的設計流程

在立項論證階段和可行性論證階段，飛機設計目標與要求中定義了氣源系統的引氣方式和下游用氣系統。預發展階段的目標是針對可行性論證階段確定的飛機設計目標與要求，權衡細化，凍結總體技術方案。預發展階段分為總體方案定義即聯合概念定義階段（JCDP， Joint Concept Definition Phase）和初步設計即聯合定義階段（JDP， Joint Definition Phase）兩個子階段。

1.2.1 聯合概念定義階段氣源系統的設計流程

在聯合概念定義階段，氣源系統需要進行供應商的初步篩選，并向供應商發出信息征詢書（RFI， Request for Information），其中描述氣源系統的主要設計要求、關鍵技術指標和系統設備定義等。供應商回復RFI，雙方討論確定初步系統技術規范。

初步系統技術規范確定后，主制造商向供應商發出項目招標書（RFP， Request for Proposal），主要由工作說明（SOW， Statement of Work）和頂層要求（HLR， High Level Requirement）組成。SOW中主要描述雙方在氣源系統設計時責任、系統設計分工與范圍、試驗試飛、構型控制、適航取證等內容；在HLR中主要描述氣源系統基本要求，包括必須遵守的通用設計標準與規范、功能和性能要求、重量要求、噪聲要求、電磁環境要求和四性要求等。

主制造商根據各個供應商對RFP的回復情況評估供應商承擔系統設計責任的各項能力，最后與選定的供應商根據RFP達成一致簽訂合同意向書（LOI， Letter of Intent），LOI中規定選定的供應商對RFP的符合情況以及新增要求、取消要求和澄清要求，LOI作為聯合定義階段主制造商與供應商開展系統設計工作的有效約定。

在聯合概念定義階段，根據飛機總體技術方案，氣源系統與供應商的共同確定系統初步設計要求與系統初步設計規范。聯合概念定義階段氣源系統設計流程圖見圖2。

1.2.2 聯合定義階段氣源系統的設計流程

在聯合定義階段，主制造商與供應商應按照已簽署LOI開展系統初步設計，對于氣源系統，需要考慮飛機通用技術規范、上游氣源與下游用氣系統接口、重量、可靠性、維修性、安全性、數字樣機協調、設備鑒定、審定基礎、試驗規劃等方面的要求，并綜合考慮上述要求確定氣源系統在JDP的主要輸出：設計要求、設計規范、可靠性分析、維修性分析、功能危險性評估、安全性評估、重量狀態報告、系統與上游氣源及下游用氣系統的功能與機械接口控制文件（FICD， Functional Interface Control Document與MICD， Mechanical Interface Control Document）、系統控制與航電及其他系統信號交聯的電氣接口控制文件（EICD， Electrical Interface Control Document）、數模、性能計算報告、符合性驗證計劃、試驗規劃、試飛要求等。在JDP出口前需對氣源系統進行初步設計評審（PDR， Preliminary Design Review），主要評審對象是氣源系統的設計規范，PDR標志的JDP基本結束，系統已完成了系統初步設計中90%的工作。雖然有遺留問題，但是這些問題沒有技術風險且不涉及到商務更改。從PDR到JDP退出，這一階段之中力量解決PDR后的遺留問題，直到JDP退出。聯合定義階段氣源系統設計流程圖，見圖3。

工程發展階段的目標是綜合考慮項目技術、制造、質量、經濟性、適航審定等問題，進行產品詳細設計、試制和試驗等，并最終通過相關部門的審定。型號合格證（TC）的頒發和首架交付，標志本階段工作結束。工程發展階段分為詳細設計階段、全面試制階段和試飛取證階段三個子階段。下面主要介紹詳細設計階段氣源系統的設計流程。

1.3 詳細設計段氣源系統的設計流程

在詳細設計階段（DDP， Detail Design Phase），氣源系統需完成系統的詳細定義，根據JDP的成果，編制系統詳細設計報告、完成所有產品數字化定義模型和圖樣、編制系統設備規范、進行系統性能計算、導管應力分析、細化ICD、確定審定基礎、細化符合性驗證計劃、確定系統試驗試飛要求、確定系統軟硬件驗證與取證計劃、編制技術出版物、細化設備鑒定計劃等。

關鍵設計評審（CDR， Critical Design Review）是在詳細設計基本完成后對所有技術項目進行的評審。關鍵設計評審應確定詳細設計結果是否滿足設計規范和專業工程的要求，確定氣源系統與其他專業之間詳細設計的相容性，從技術、費用和進度等方面評估項目風險，評估硬件的可生產性，并審查成品、系統件和設備規范的初稿。CDR的結束，標志的氣源系統設計已達到一個里程碑，氣源系統設計規范、數模與安裝位置、符合性驗證計劃已基本凍結已凍結。詳細設計階段氣源系統設計流程見圖4。

2 結論

本文總結了在民用飛機設計流程中預發展階段與詳細設計階段中，從各類輸入與輸出的角度，分析了氣源系統的設計流程。設計人員可根據以上流程制定計劃并開展工作。

[責任編輯：鄧麗麗]