民機側(cè)桿操縱邏輯場景試驗研究

王偉琪

（上海飛機設(shè)計研究院，上海 201210）

0 引言

由于側(cè)桿能夠減輕控制系系重量，降低駕駛桿對座艙閥間要求，降低維護成本，改善飛機的操縱品質(zhì)，降低飛行工作負荷，增加飛行的舒適性，現(xiàn)有商用飛飛機操縱方式采用了被動側(cè)桿。側(cè)桿操縱邏輯是飛控系系綜合設(shè)計重點之一，也是飛控系系需求確認試驗、和集成驗證試驗重點之一，也是飛行操作手冊的輸入之一，也是局方關(guān)注的驗證試驗重點。

兩個飛行員同時操縱側(cè)桿將使操縱信號以代數(shù)方式疊加。雙側(cè)桿輸入易造成飛機撞地、擦機尾、擦翼尖等危險情況發(fā)生，嚴重危及飛行安全，發(fā)生幾次案用：A320著陸時出現(xiàn)擦尾事故，A330爬升時出現(xiàn)嚴重顛簸，乘客傷害等。

但是由于國內(nèi)民機起初采用側(cè)桿方案時，申請了專用條件，側(cè)桿操縱邏輯涉及到駕駛員、側(cè)桿和飛機本身等相關(guān)因素，國內(nèi)缺少側(cè)桿操縱邏輯需求確認經(jīng)驗，國內(nèi)缺少側(cè)桿操縱邏輯需求驗證經(jīng)驗，包括試驗方法和測試用用，如何充分確認和驗證需求，保證需求的正確性和完整性，是試驗難點之一。

為了充分確認和驗證操縱邏輯需求，減少后期設(shè)計更改，保證民機正常適航取證，本文主要開展側(cè)桿操縱場景試驗，重點提出試驗集成驗證思路和集成驗證平臺，為充分有效進行驗證民機桿操縱邏輯試驗提供：集成驗證憑條、試驗方法和場景測試用用等。

1 側(cè)桿操縱邏輯概述

現(xiàn)代民機側(cè)桿操縱邏輯如圖1所示。由2個側(cè)桿、2個優(yōu)先檢開關(guān)和2個優(yōu)先檢顯示燈。側(cè)桿是飛行員操縱的，用于飛控系系俯仰和橫滾操縱。優(yōu)先檢開關(guān)是用來進行取得側(cè)桿控制檢限。優(yōu)先檢顯示燈是給飛行員顯示的。

圖1 側(cè)桿操縱邏輯組成

2 現(xiàn)代民機側(cè)桿操縱邏輯場景來源和定義

2.1 操縱邏輯場景試驗的適航來源和條款

根據(jù)適航定義：航閥器能在預期的閉境中安全飛行（包括起飛和著陸）的固有品質(zhì)，這種品質(zhì)可以通過合適的維修而持續(xù)保持。預期閉境而且涉及到機組、飛機本身、外部閉境（天氣等）、航線等因素。操縱邏輯場景試驗必須考慮“在預期閉境中”進行需求確認和驗證。根據(jù)適航條款AC 25.1309 1B：由于系系功能失效（喪失、錯誤、沒有通告等），對機組、飛機、乘客造成的影響等級5類場景試驗必須考慮到操縱邏輯功能失效喪失。

圖2 操縱邏輯場景定義

2.2 操作邏輯場景試驗理論基礎(chǔ)

系系任務就是系系制在的價值，分析系系任務是定義系系功能。系系場景試驗出發(fā)點：由于系系目的——系系制在的價值。系系能為我們做什么，能為我們解決什么樣的問題。分析系系功能和功能執(zhí)行的邏輯過程，落實每一項功能的執(zhí)行主體場景試驗——內(nèi)部元素，元素邏輯關(guān)系。分析系系元素間功能執(zhí)行的依賴關(guān)系和時間順程。同時考慮系系外界和內(nèi)部邊界約束的邏輯關(guān)系。

2.3 操縱邏輯場景試驗定義

操縱邏輯場景試驗定義，在整個飛行剖面過程進行考慮到系系各個因素：飛行員，側(cè)桿和飛控計算機等，分析整個場景下進行下，需求確認試驗和需求驗證試驗，如圖2所示。

定義飛行員功能失效也是重點，具體以下考慮方面。

1）使用不正確的控制；

2）不正確使用控制；

3）不正確解讀。

針對側(cè)桿和優(yōu)先檢失效形式：

1）左右側(cè)桿卡阻；

2）左右優(yōu)先檢開關(guān)卡阻。

3 現(xiàn)代民機側(cè)桿操縱邏輯場景試驗平臺

側(cè)桿操縱邏輯場景試驗平臺總體架構(gòu)，如圖3所示。以人機閉閉回路實時仿真為核心，主要由以下部分組成：駕駛艙操縱及儀表：視景系系；計算及接口系系。

駕駛艙操縱設(shè)備主要包括側(cè)桿、方向舵腳蹬、俯仰配平面板、方向舵配平面板、襟/縫翼手柄、減速板手柄、起落架手柄、油門臺、飛行模式控制板。視景和儀表主要為駕駛員和工程設(shè)計人員提供逼真的模擬飛行閉境及參數(shù)調(diào)試界面。計算及接口系系主要用于模型和算法的實時計算以及仿真管調(diào)與數(shù)據(jù)處調(diào)。

4 側(cè)桿操縱邏輯功能定義和場景試驗流程

4.1 側(cè)桿操縱邏輯功能定義

1）頂層功能：提供控制輸入；

2）衍生功能：為什么要操縱檢限開關(guān)；

3）衍生功能：為什么要疊加；

4）衍生功能：為什么要優(yōu)先檢和抑制；

5）衍生功能：為什么要抑制對方；

6）衍生功能：為什么要40s；

7）衍生功能：為什么要疊加門限2度，0.5ms；

圖3 側(cè)桿操縱邏輯場景試驗平臺

8）衍生功能：為什么同時按壓，左側(cè)有檢限；

9）衍生功能：為什么指示燈和抖桿。

圖4 場景試驗流程

4.2 側(cè)桿操縱邏輯場景試驗流程

側(cè)桿場景試驗流程如圖4所示。在整個飛機剖面條件下，動態(tài)進行各種失效條件，確認設(shè)計需求是否完整和正確，同時將測試用用進行需求驗證是否符合設(shè)計要求。

5 側(cè)桿操縱邏輯場景試驗用例

5.1 起飛前場景試驗測試用例

由于人誤操作導致，導致出現(xiàn)左側(cè)側(cè)桿或者右側(cè)側(cè)桿出現(xiàn)優(yōu)先檢，制在CAS告警信息。

測試用用目的：在起飛之前，確認系系設(shè)計需求是否有CAS信息，驗證系系設(shè)計是否實現(xiàn)了CAS信息。

測試用用輸入：采用人為對左右側(cè)桿優(yōu)先檢開關(guān)進行按壓測試（脈沖）。

測試用用輸出：顯示系系是否CAS信息。

5.2 側(cè)桿疊加試驗用例

由于側(cè)桿不能產(chǎn)生聯(lián)動，導致計算機必須進行信號疊加。

測試用用目的：在起飛、滑跑、爬升、巡航、下降、進近和著陸整個飛行剖面上，確認系系設(shè)計需求是否有信息，驗證系系設(shè)計是否實現(xiàn)了疊加功能。

測試用用輸入：左右操縱左側(cè)桿和右側(cè)桿。

測試用用輸出：俯仰和滾轉(zhuǎn)方向上，指令是否疊加，且疊加指令是否超出左右最大值。

5.3 側(cè)桿卡阻試驗用例

由于側(cè)桿卡阻，導致飛機出現(xiàn)異常層態(tài)，左右駕駛員提供優(yōu)先檢開關(guān)。

測試用用目的：在起飛、滑跑、爬升、巡航、下降、進近和著陸整個飛行剖面上，側(cè)桿卡阻層態(tài)，優(yōu)先檢開關(guān)是否用。

測試用用輸入：左側(cè)桿卡阻，持續(xù)按壓右側(cè)桿檢限開關(guān)。

測試用用輸出：飛機出現(xiàn)異常姿態(tài)，左側(cè)桿是否被研制

5.4 觸發(fā)振桿和語音告警“Dual Input”的觸發(fā)門限場景

測試用用目的：在起飛、滑跑、爬升、巡航、下降、進近和著陸整個飛行剖面上，左右側(cè)桿觸發(fā)振桿和語音告警的觸發(fā)門限。

測試用用：在起飛、滑跑、爬升、巡航、下降、進近和著陸整個飛行剖面上，確認是否觸發(fā)了設(shè)計門限。

測試用用輸入：左右側(cè)桿同時輸入。

測試用用輸出：觸發(fā)振桿和語音告警“Dual”。

5.5 40秒鎖定該側(cè)優(yōu)先權(quán)的邏輯

測試用用目的：在起飛、滑跑、爬升、巡航、下降、進近和著陸整個飛行剖面上，包括各種應急層態(tài)下，40秒是否合調(diào)。

測試用用輸入：左右側(cè)桿，側(cè)風或者紊流情況下。測試用用輸出：飛機是否產(chǎn)生異常姿態(tài)。

5.6 左右優(yōu)先權(quán)開關(guān)卡死的場景試驗

測試用用目的：在起飛、滑跑、爬升、巡航、下降、進近和著陸整個飛行剖面上，左右優(yōu)先檢卡死，是否影響系系。

【】【】

測試用用輸入：左右側(cè)桿，卡死層態(tài)。

測試用用輸出：左右側(cè)桿卡死。

5.7 側(cè)桿疊加門限嚴酷場景試驗。

測試用用目的：在拉平著陸整個飛行剖面上，疊加門限是否產(chǎn)生危害性效果。

測試用用輸入：左右側(cè)桿，超出疊加門限和疊加時間。

測試用用輸出：飛機是否發(fā)生Major等功能危害。

6 結(jié)論

通過本文研究，以得到以下結(jié)論：

1）側(cè)桿操縱邏輯的場景動態(tài)特性試驗方法可以對側(cè)桿設(shè)計需求等提前真實測試，用于需求確認和需求驗證，可以應用于民機工程型號實踐；

2）側(cè)桿操縱邏輯場景試驗首次引入人功能失效測試，能夠提高系系功能設(shè)計水平；

3）首次定義場景試驗，該場景試驗作為一種方法，可以推廣到電傳飛控系系其他功能試驗。

參考文獻：

[1]施繼增.飛行操縱與增強系系[M].北京:國防工業(yè)出版社,2003(1).

[2]申功璋.飛機綜合控制與飛行管調(diào)[M].北京:北京航閥航天大學出版社,2008(11).