軍用飛機飛行管理系統適航性應用研究

祖肇梓 雷宏杰 屈重君

摘 要：在軍用飛機飛行管理系統中開展適航性工作，是飛行管理系統研制過程中的難點之一。本文通過研究國外軍用飛機適航性和飛行管理系統在軍用飛機上的應用現狀，對比分析我國軍用飛機開展適航性的現狀和難點，確定我國軍用飛機飛行管理系統的適航性在設計研制過程中需遵循的規范和標準。此外，對軍用飛機型號研制中開展飛行管理系統適航性的安全性做了分析，并對飛行管理系統適航性實現的設計要求和管理要求進行分析，探索了在我國現行的軍用飛機機載產品的研制體系下，如何開展軍用飛機飛行管理系統適航性工作。

關鍵詞：軍用飛機;適航性;飛行管理系統;安全性;適航體系

中圖分類號：V271.4; V249.32

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5048（2020）06-0025-05

0 引? 言

適航性是指航空器在預期的環境條件下的一種適合安全飛行的固有特性，或航空設備能夠支撐航空器安全飛行的特性[1]。適航性原本是民航中的概念，明確要求民用飛機必須獲得型號合格證、生產合格證、單機合格證等，且能夠保證進行持續適航，以確保民用飛機達到要求的安全等級[2]。適航性要求民用飛機具備和滿足適航要求，才能在空域中進行飛行。鑒于適航性能夠提升飛行安全，并且在民用飛機上已經成熟應用，因此，軍用飛機也逐漸接受了適航性的概念，并在逐步推廣應用。

隨著經濟的持續增長，我國航空工業得到了快速發展，逐漸研制出具備適航性的民用飛機。從運12、新舟60到新舟600、新舟700等渦槳飛機，以及ARJ21和C919等渦扇飛機，證明我國已具備研制符合民航標準飛機的能力，并且適航能力也達到了國際先進水平。

軍用飛機如何借鑒民用飛機適航性的成功經驗，是現階段我國軍方和航空工業面臨的一個重要課題。軍用飛機適航性，是指軍用飛機能夠滿足軍事任務運行安全的特性[3]。針對這一目標，參考國外軍用飛機適航經驗，在基于民用飛機適航的基礎上，我國逐漸開展了軍用飛機的適航工作，如Guo等人研究了軍用飛機開發的適航管理系統[4]。

飛行管理系統[5]作為民用飛機中成熟的高度功能集成的系統級機載設備，在國外的軍用飛機上也獲得了普遍應用。隨著我國航空電子技術的發展、軍用飛機自動化程度要求的提高和兼容民航航線運營要求的普及，飛行管理系統逐漸開始在軍用飛機上進行推廣。作為最早在民用飛機上應用且與民航空域管理密切相關的機載設備，飛行管理系統在軍用飛機上的應用也需要滿足適航性要求，這就要求國產軍用飛機從機載設備研制的初期開展適航工作。

1 飛行管理系統在軍用飛機中應用

從國外來看，北約的軍用飛機，如巡邏機、加油機、運輸機、轟炸機甚至殲擊機上，均已普遍裝備了飛行管理系統，一般采用已經在民用飛機上成熟應用的飛行管理系統產品，通過增加適合裝備機型的特殊功能，如反潛巡邏、空投空降、固定程序空中加油等功能，進行功能升級并進行應用。GE公司研制的飛行管理系統在軍用運輸機、加油機、特種機上應用的功能如表1所示。

從國內來看，在國產大型運輸機之前，我國的軍用飛機基本不裝備飛行管理系統，而是將不同的部分功能，如飛行計劃/任務計劃的制定、自動飛行引導、綜合導航管理以及機載導航數據庫管理等在不同的設備中實現。

隨著新研型號自動化程度和作戰能力提升的需求以及集成航空電子技術的進步，需要將飛行管理系統不同的功

能進

行集成，開展綜合化航空電子的應用，因此，飛行管理系統在國產軍用飛機上具備了應用和推廣條件，現已在運8[6-7]改裝飛機逐步開始裝備。

2 軍用飛機適航現狀

在對軍用飛機適航性[8-11]現狀進行分析之前，首先了解軍用飛機與民用飛機的差異。由于使用客戶和任務使命的不同，軍用飛機與民用飛機在多方面存在著巨大的差異。軍用飛機面向的是作戰任務，而民用飛機則主要是運送乘客。一般情況下，民用飛機運輸承載幾十人到幾百人不等，而軍用飛機承載人數較少，這就使得民用飛機的安全性要求遠高于軍用飛機。軍用飛機面向作戰任務，其運行的環境以及機動性能要求比民用飛機更加苛刻，這也是軍用飛機適航的難點之一。

民用飛機的適航有統一標準和規定要求，并且用嚴格的適航管理規范和國際民航條約作為約束。民用飛機的適航理念體系、方法、手段和操作程序均與軍用飛機不同。鑒于民用飛機適航工作比軍用飛機適航起步早，且更加成熟，在參考民用飛機適航標準和規范前提下，國際上陸續提出了軍用飛機研制的適航工作要求及相應的規范。

2.1 國外軍用飛機適航現狀

2000年，美國空軍頒布了AFPD62-6《美國空軍適航性審查》，2002年，美國國防部頒布了MIL-HDBK-516《軍用飛機適航性審查準則》[12]軍用手冊，成為各國軍用飛機適航的指南[13]。隨后，英國國防部頒布了JSP553《軍用飛機適航性條例》和DEF STAN 00-970《無人機系統設計和適航性要求》;法國政府總理于2006年12月簽署了2006-1551《軍用及政府用飛機的適航和登記規則》，并于2013年簽署2013-367 [14]替代2006-1551;加拿大國防部也在2003年頒布了C-05-005-001/AG-001 《適航性技術手冊》（TAM），2006年頒布了C-05-005-001/AG-002《適航性設計標準手冊》（ADSM）。北約國家紛紛出臺針對軍用飛機適航相應的標準和規范，并開展相應的軍用飛機適航技術研究，以保障軍用飛機適航性工作的開展[15];同時，歐盟防務局還就歐盟軍用飛機適航一體化提出了指南和流程[16-17];采購美國軍用飛機的部分亞太國家也進行了軍用適航性工作的開展[18]。

2.2 國內軍用飛機適航現狀及存在的困難

國內軍用飛機適航工作起步晚于西方國家，到現在尚未形成相應的適航規范。我國軍用飛機適航起始于大型運輸機的研制，在其研制過程中，我國逐漸接受了軍用飛機適航的概念，并在大型運輸機中進行了部分應用[19-20]，大型運輸機研制參考的適航規范主要是CCAR-25-R4《運輸類飛機適航標準》和美軍的MIL-HDBK-516《軍用飛機適航性審查準則》。伴隨著我國大型運輸機研制的成功，軍用飛機適航得到了軍方和航空工業越來越多的關注。除了軍用飛機適航規范和標準，空軍同樣開展了軍用飛機適航相關的體系建設。同時，由于軍用飛機任務的特殊性和我國空軍使命不同，這就要求我國軍用飛機適航管理不能照搬外軍或者民用飛機的規范、標準和體系，需要兼容現行軍用飛機裝備研制體系并滿足型號研制使用以及維護的實際需求。

基于在大型運輸機適航中的部分經驗，從軍方和航空工業的實際情況來看，我國的軍用飛機適航工作推進尚存在一定的難度。

第一，如何盡快建立符合國產軍用飛機適航的規范、標準和體系。軍用飛機適航應該參考民用飛機適航和國外軍用飛機適航經驗，做到有規范和標準的支持，因此，必須建立自己規范和標準，如參考美軍MIL-HDBK-516標準，建立適合國產軍用飛機的適航標準，否則軍用飛機適航無法可依。

第二是軍用飛機適航管理的問題。軍用飛機型號在研制過程中，有我國自己的型號研制管理流程，該流程并不能代替軍用飛機的適航管理流程。因此，保證在現行的軍用飛機型號管理體系下，進一步地開展軍用飛機適航管理，是符合我國軍用飛機研發現狀的最佳途徑。

第三是軍用飛機適航隊伍的建設。到目前為止，我國還沒有一個成熟的軍用飛機適航梯隊，缺乏適航隊伍。只有加強適航隊伍的建設，才能解決軍用飛機適航進展慢的問題。

3 軍用飛機飛行管理系統適航規范與標準

從國外來看，飛行管理系統符合民航適航規范和標準，并取得相應的適航認證，可直接在軍用飛機上進行裝備應用，同時，根據需求再取得相應的軍用飛機適航認證。另一種方式是，在某型軍用飛機研制的過程中，同時獲得民用飛機和軍用飛機適航認證，如空客公司采用的泰雷茲FMS400飛行管理系統，是與飛機聯合通過了EASA適航和法國軍方的適航審定。

通過參考國外軍用飛機上應用飛行管理系統的經驗，并基于我國現階段軍用飛機適航認證的現狀，在軍用飛機上裝備國外飛行管理系統時，通常裝備的是獲得FAA或EASA適航證的國外飛行管理系統。而對于國產自研的飛行管理系統，需在符合軍用飛機機載產品研制流程的前提下，參考ICAO，FAA，EASA行業標準及CAAC的標準和規范，進行適航性推進[21]。自研軍用飛機飛行管理系統參考的標準規范，主要有以下幾類：

（1） 國際規范有SAE ARP 4754A《民用飛機及系統開發指南》和SAE ARP 4761《民用機載系統安全性評估流程指南和方法》。雖然兩份指南均是民用飛機研制指南，但飛行管理系統作為民用飛機成熟應用的復雜系統，在航空工業各部門，還是參考兩份指南來進行研制;2018年，參考SAE ARP 4761，航空工業頒布了HB/Z 20045-2018《軍用飛機系統安全性分析指南和方法》，指導軍用飛機系統的安全性評估，邁出了軍用飛機適航規范要求的第一步。

（2） TSO標準。主要參考TSO-C115d《機載多傳感器輸入區域導航設備》和TSO-C129a《使用GPS的機載補充導航設備》。TSO-C115d是使用多傳感器輸入進行區域導航的機載設備的技術標準規范。TSO-C129a是使用全球定位系統的機載補充導航設備的技術標準規范。它們是基于多傳感器（包括衛星定位系統）進行導航計算，實現區域導航功能的飛行管理系統的兩個重要技術標準規范。

（3） 咨詢通告（AC）參考指南有：AC20-138D《定位和導航系統的適航批準》、AC25-15《運輸類飛機飛行管理系統的適航批準》、AC25.1329-1C《飛行引導系統的批準》、AC90-101A《RNP AR程序的批準指南》、AC120-28D《起飛，著陸及滑跑的III類最低氣象條件的批準標準》、AC120-29A《起飛及著陸的I類和II類最低氣象條件的批準標準》。

（4） RTCA/DO標準參考指南有：DO- 283B《針對區域導航的所需導航性能最低運行性能標準》、DO-200A《航空數據處理標準》、DO-208《使用全球定位系統（GPS）的機載輔助導航設備的最低運行性能標準》、DO-236B《區域導航所需導航性能的航空系統最低性能標準》、DO-178C《機載系統和設備的軟件審定考慮》、DO-254《機載電子硬件的設計保證指南》。

（5） ARINC標準包括：ARINC 424《導航系統數據標準》、ARINC 702A-5《先進飛行管理計算機系統》和ARINC 739A《多功能控制顯示單元》。

以上歐美國家或國際民航組織發布的標準、規范或指南，國外軍用飛機飛行管理系統需要參考或遵循。隨著我國國產軍用飛機適航性要求的提出、國產軍用飛機對于軍民航線兼容的要求，以及軍方在嘗試推行RNP導航的要求，我國自研的飛行管理系統也需要參考和借鑒上述規范和標準。

同時，中國民用航空局發布了與飛行管理系統相關的適航審定標準和PBN導航咨詢通告，國產軍用飛機飛行管理系統研制過程中同樣需要遵循，以保障軍用飛機飛行管理系統適航性要求，主要包括：

適航審定標準：CTSO-C115d《基于多傳感器輸入的所需導航性能（RNP）設備》、CTSO-C113a《機載多功能電子顯示器》;

規范性文件：AC-91-08《RNAV-5運行批準指南》、AC-121-FS-2009-12《在海洋和偏遠地區空域實施RNP-4的運行指南》、AC-91-FS-2008-09《在航路和終端區實施RNAV-1和RNAV-2的運行指南》、AC-91-FS-2010-01R1《在終端區和進近中實施RNP的運行批準指南》等。

4 軍用飛機飛行管理系統適航應用與實現

軍用飛機適航性的關鍵技術首先是開展安全性的設計工作，包括安全性的分析、評估和符合性驗證;其次是適航研制流程的過程保證，體現在以構型管理為代表的一系列過程管理。

4.1 飛行管理系統適航性工作的安全性設計

安全性設計是軍用飛機飛行管理系統適航性主要工作之一。在美軍的軍用飛機適航中，頒布MIL-STD-882E《系統安全實施標準》[22]，將安全性保證作為最重要的適航性內容; Chatzi提出了軍用航空組織中的軍用飛機安全性管理系統對軍用飛機適航性的重要性[23]。安全性是指飛行管理系統在使用過程中不會對使用人員造成生命安全以及不會對飛機造成安全性危害的特性。安全性保證需要對飛行管理系統的各類故障和安全問題進行分析和評估，并進行符合性驗證工作，從而滿足軍用飛機適航性的要求。

實施過程中，需要軍用飛機飛行管理系統管理和設計人員按照SAE ARP 4754A，SAE/ARP 4761，DO-178C，DO-254（如果是基于綜合模塊化航空電子IMA架構的飛行管理系統，還需遵循DO-297《綜合模塊化航空電子（IMA）研制指南和審定考慮》），以及飛機制造商相關規定和飛行管理系統設備技術協議書中的要求進行系統安全性分析和評估，規范之間的流程如圖1所示。

在研制階段包括安全性分析和評估兩部分工作，安全性分析需要完成功能危險分析（FHA，Functional Ha-zard Analysis）、故障模式及影響分析（FMEA，Failure Modes and Effects Analysis）、故障樹分析（FTA，Fault Tree Analysis）、共因故障分析（CCA，Common Cause Analysis）和共模分析（CMA，Common Mode Analysis）;安全性評估主要評估安全性分析的各種危險源影響程度，需要完成功能危險分析（FHA）、初步系統安全性分析（PSSA，Preliminary System Safety Assessment）和系統安全性分析（SSA，System Safety Assessment）三個步驟的工作。安全性層級關系圖2所示。

4.2 軍用飛機飛行管理系統適航性實現

軍用飛機飛行管理系統適航性的實現，體現在飛行管理系統研發過程中對飛行管理系統技術方面和管理方面的要求。技術要求主要是對于安全性的要求;管理要求是對軍用飛機飛行管理系統技術狀態的管理和過程控制的管理。

軍用飛機飛行管理系統的研發，首先通過與軍方或主機單位確定軍用飛機飛行管理系統的功能需求和性能需求，再根據需求確定適用的技術標準和規范，然后完成型號產品的系統方案設計和具體方案設計，并確定具體適用的適航條款，接著完成產品分析驗證和實驗驗證，確定產品構型，最后完成產品設計的鑒定。

（1） 軍用飛機飛行管理系統適航性實現的技術要求

在飛行管理系統的研發過程中，技術要求主要體現在適航設計要求和適航驗證要求上。

軍用飛機飛行管理系統適航設計要求，包括產品方案適用的適航條款和產品規范中明確的產品各項技術要求，這與安全性保證類似。在產品設計過程中，設計人員根據軍用航空產品適航設計依據和產品設計方案確定產品適用的適航條款，適航工程師在產品適航支持計劃中明確產品適用的適航條款和每項適用條款的符合性驗證方法以及對應的驗證文件;設計師完成產品規范，將通過MC4-MC9（符合性方法，Method of Compliance）驗證的適用條款分解到產品試驗中，完成功能危險性分析（FHA）、初步系統安全性評估（PSSA）、系統安全性評估（SSA）等安全性評估報告和故障樹分析（FTA）、故障模式和影響（危害性）分析（FME（C）A，Failure Mode and Effects （& Criticality） Analysis）、共因故障分析（CCA）等安全性分析報告，并依據MC1～MC3符合性驗證方法驗證的適用條款完成分析驗證。

在研制過程中，安全性工作主要參考SAE ARP 4761《民用機載系統安全性評估流程指南和方法》和HB/Z 20045-2018《軍用飛機系統安全性分析指南和方法》。

（2） 軍用飛機飛行管理系統適航性實現的管理要求

適航性實現的管理要求主要是構型管理，即在飛機全生命周期內，建立和維護飛行管理系統的功能、物理特性與產品的需求、設計要求、構型信息之間的一致性，以及相應的確認與管理過程。

軍用飛機飛行管理系統的適航管理不能脫離軍用飛機機載產品的研制體系，更不能脫離軍用飛機機載產品的定型體系，因此，適航管理要求必須滿足軍用飛機體系管理、審查管理和二次配套產品的管理要求。

5 結 束 語

軍用飛機適航性是提升我國軍用飛機運行安全的重要措施，參考民用飛機適航和西方發達國家軍用飛機適航的經驗，是提升我國軍用飛機適航能力的重要途徑之一。軍用飛機飛行管理系統的推廣應用，也促進了軍用飛機機載產品適航性工作的開展，同時加深了軍方以及航空工業各部門對軍用飛機飛行管理系統適航性的必要性認識，將成熟的民用飛機適航管理方法引入到軍用飛機飛行管理系統的研制過程中，對保障軍用飛機飛行管理系統研制質量乃至軍用飛機的飛行安全與品質有著明顯意義。

我國軍用飛機適航工作的發展應在現有的軍用飛機研制體系下，對機載部件按照民用飛機適航標準要求完成適航，取得一定的經驗后再開展整機適航。在飛機或系統的適航過程中，要建立符合我國國情的軍用飛機適航體系和相應的適航規范。

參考文獻：

[1] 白康明，郭基聯，焦健. 軍用飛機研制階段適航性研究[J]. 空軍工程大學學報： 自然科學版，2011，12（5）： 1-4.

Bai Kangming，Guo Jilian，Jiao Jian.Research on Airworthiness in the Development of Military Aircraft[J].Journal of Air Force Engineering University：Natural Science Edition，2011，12（5）： 1-4.（in Chinese）

[2] 焦健. 軍用飛機研制適航性研究[J]. 航空維修與工程，2011（3）：81-83.

Jiao Jian.Airworthiness Study for Military Aircraft Development[J].Aviation Maintenance & Engineering，2011（3）： 81-83.（in Chinese）

[3] Mettam H A.Fifty Years of Military Airworthiness[J].The Journal of the Royal Aeronautical Society，1966 （6）：248-250.

[4] Guo J L，Bai K M，Jia L T.Research on Airworthiness Management System about Military Aircraft Development [J].Procedia Engineering，2011，17：375-381.

[5] Spitzer C R，Ferrell U，Ferrell T.Digital Avionics Handbook[M]. 3rd ed.Florida：CRC Press，2014.

[6] 吳楊康. 飛行管理系統在運8飛機上的應用[J]. 電子技術與軟件工程，2017（11）： 186.

Wu Yangkang.Application of Flight Management System on Y8[J].Electronic Technology & Software Engineering，2017（11）： 186.（in Chinese）

[7] 李亞玲，王韶漾，周甄. 淺談飛行管理系統在運8飛機上的應用[J]. 電子技術與軟件工程，2014（5）： 191.

Li Yaling，Wang Shaoyang，Zhou Zhen.Analysis of the Application of Flight Management System on Y8[J].Electronic Technology & Software Engineering，2014（5）： 191.（in Chinese）

[8] 蘇新偉. 軍用飛機適航性研究[J]. 軍民兩用技術與產品，2016（16）： 213.

Su Xinwei.Research on the Airworthiness of Military Aircraft[J].Dual Use Technologies and Products，2016 （16）： 213.（in Chinese）

[9] 邰炳昌，李興泉，范宏宇. 軍用飛機研制生產階段適航性研究[J]. 飛機設計，2016，36（3）： 29-33.

Tai Bingchang，Li Xingquan，Fan Hongyu.Research on Military Aircraft Airworthiness in Development and Production Phase[J].Aircraft Design，2016，36（3）：29-33.（in Chinese）

[10] 楊建峰，熊秀，范曉宇，等. 軍用飛機研制體系下民用設備研制過程適航性研究[J]. 航空標準化與質量，2018（6）：46-50.

Yang Jianfeng，Xiong Xiu，Fan Xiaoyu，et al.Research on Airworthiness of Civil Equipment under Military Aircraft Development System[J].Aeronautic Standardization & Quality，2018（6）：46-50.（in Chinese）

[11] 楊建峰，高海，陳亞輝. 軍用航空產品適航工作開展探索[J]. 航空標準化與質量，2014（4）： 30-33.

Yang Jianfeng，Gao Hai，Chen Yahui.Research on Airworthiness of Military Aviation Products[J].Aeronautic Standardization & Quality，2014（4）： 30-33.（in Chinese）

[12] Department of Defense （USA）.Airworthiness Certification Criteria：MIL-HDBK-516C[M].Washington：DOD，2014.

[13] Purtona L，Kourousis K.Military Airworthiness Management Frameworks：A Critical Review[J].Procedia Engineering，2014，80： 545-564.

[14] 李宇輝. 法國軍用飛機適航管理體系淺析[J]. 航空標準化與質量，2018（1）： 52-56.

Li Yuhui.Analysis of French Military Airworthiness Management System[J].Aeronautic Standardization & Quality，2018（1）： 52-56.（in Chinese）

[15] Biswas K.Military Airworthiness and Certification Procedures：Glo-bal Scenario[C]∥Proceedings of the International Conference on Modern Research in Aerospace Engineering，2018： 315-331.

[16] European Defence Agency.European Military Airworthiness Certification Criteria （EMACC） Guidebook[M].Brussels：EDA，2014.

[17] European Defence Agency.European Military Airworthiness Document Recognition Process [M].Brussels：EDA，2016.

[18] Thian C V.Civil and Military Airworthiness Challenges in Asia[J].Aviation，2015，19（2） ：78-82.

[19] 劉存喜. 軍用運輸類飛機適航性要求研究[J]. 航空制造技術，2013，56（7）：26-29.

Liu Cunxi.Airworthiness Requirement Research for Military Freighter[J].Aeronautical Manufacturing Technology，2013，56（7）：26-29.（in Chinese）

[20] 周景鋒，孫建全. 軍用運輸類飛機機載設備適航體系研究[J]. 航空科學技術，2017，28（3）：5-9.

Zhou Jingfeng，Sun Jianquan.Airworthiness System Research for Airborne Equipment of Military Transport Category Airplanes [J].Aeronautical Science and Technology，2017，28（3）：5-9.（in Chinese）

[21] 余亮，熊蔚蔚. 飛行管理系統技術規范體系研究[J]. 科技資訊，2014，12（20）：23.

Yu Liang，Xiong Weiwei.Research on Technical Specification System of Flight Management System[J].Science & Technology Information，2014，12（20）：23.（in Chinese）

[22] Department of Defense Standard Practice.MIL-STD-882E： System Safety[S].Washington：DOD，2012.

[23] Chatzi A V.Safety Management Systems：An Opportunity and a Challenge for Military Aviation Organisations[J].Aircraft Engineering and Aerospace Technology，2018，91（1）：190-196.

Application Research onAirworthiness of

Flight Management System for Military Aircraft

Zu Zhaozi*，Lei Hongjie，Qu Zhongjun

（AVIC Xian Flight Automatic Control Research Institute，Xian 710065，China）

Abstract：The airworthiness study for military aircraft flight management system （FMS） is one of the crucial difficulties for the FMS research and development. This article analyzes the current application situations and difficulties of the airworthiness work for the military FMS in China in contrast with that in other countries，and researches the airworthiness standards and specifications that are necessary to comply with in the design and development process of the domestic military FMS. Meanwhile，this article analyzes safety assurance，design requirements and management specifications of the airworthiness work for the research and development of the military FMS. Accordingly，this article explores the approach and methodology of the airworthiness work for the military FMS based on the current research and development system of the domestic military onboard products.

Key words： military aircraft;airworthiness;flight management system;safety;airworthiness system

收稿日期：2020-06-01

作者簡介：祖肇梓（1987-），男，河北元氏人，高級工程師，博士研究生，研究方向是導航、制導與控制。

*E-mail：zuzhaozi@facri.com