適航條款符合性設計與驗證技術研究

曹友明

（中國直升機設計研究所，江西 景德鎮 333001）

0 引言

按照中國國家航空技術進出口總公司的預計，到2020年，中國至少需要12 000 架民用直升機，這些飛機的市場總價值超過840 億美元，可見我國民用直升機今后20 年增長的空間非常大，國內民用直升機市場即將迎來“井噴期”。

適航性是民用航空器的固有屬性，民用航空器適航性需要通過開展一系列的技術活動來保證航空器的安全，并且必須滿足適航當局頒布的適航性技術要求[1]。深入分析我國AC系列民用直升機適航取證過程，不難發現，由于適航審定條款數千項條款沒有明確規定具體的審定標準，導致申請人在進行條款符合性設計時缺乏有效的操作細則和監管機制，導致民用航空器適航符合性設計工作不充分，增加了后續符合性驗證難度。故論文提出一種適航條款解析思路，以期能夠為企業進行適航符合性設計和驗證提供一條可供借鑒的思路。

1 適航條款與驗證技術的解析

1.1 適航條款知識化解析

為了使適航條款更具可讀性，需進行解析，以CCAR29-R1為基礎，通過抽取出各條款的知識因子，對條款進行了解析，并建立適航條款解析模型，使適航條款驗證目的和驗證方法更加明確具體。對適航條款的解析是使適航管理及驗證業務逐漸向可實施業務單元層接近的一種有效方法，并在此基礎上結合相應的適航驗證技術，形成對企業適航審查過程的具體驗證細則。

解析后的適航條款通過匹配對應的ATA 結構（一種通用的民用航空器系統部件通用代碼）、驗證經驗、符合性方法MOC 以及在符合性驗證過程中產生的符合性文件及其子文件等。某個條款由于驗證的部位所屬的系統不同，可能對應了多個ATA 結構，需要多種符合性驗證方法組合進行驗證，可能產生多個符合性文件和子文件。往往適航條款在經歷過一次完整的審查之后，將會形成一系列的驗證經驗，為下一次審查提供參考。

1.2 適航驗證技術解析

適航驗證技術的解析，需要在適航要求、設計、制造等知識的支撐下進行，解析后的驗證技術，將能很好地嵌入企業適航驗證流程體系中。適航驗證技術存儲于適航驗證知識庫中，確定需要采用某種技術進行驗證后，首先從知識庫中取出該驗證技術；其次，結合與該技術有關的適航條款及符合性方法，在適航性控制管理與解析后條款的約束下，完成驗證技術及方法的提取和實施流程的確定；最后，通過對解析要素進行抽取，并以解析知識單元的方式進行解析。具體解析模型如圖1 所示。

從適航知識庫中提取出某個適航技術、相應的適航要求和設計制造等要求，并結合已有的適航條款解析模式，將適航技術按照要素解析、提取驗證方法、驗證流程梳理進行適航審定流程構造，完成驗證技術方法與驗證流程的結合，并以解析單元的方式進行解析結果的顯示化描述。

2 解析條款與驗證技術規范化重組

2.1 適航管理業務與民機研制過程的交互

進行民用航空器適航條款及適航驗證技術的解析與規范化重組，能夠促進驗證方法的明晰化、標準化及驗證效率的高效化等。適航驗證流程并不會在整體流程上改變原有民機的研制進程，適航審定及驗證過程僅僅是對民機研制過程的一種干預措施，其是對民機研制的各個過程進行相關必要約束的過程，以確保企業研制的民機符合適航性要求。通過這樣的干預機制，使民用航空器固有的設計、制造、維修維護等過程滿足適航性的要求。企業民機的研制過程只有順利通過適航部門的審查，才能生產出符合市場需求及安全性要求的航空產品。提供適航管理控制選擇適航條款規章重組及適航驗證技術，并在重組規章的基礎上，通過適航管理的約束，進行適航條款的解析，然后通過解析后的適航條款與驗證技術結合，形成具體的適航驗證方法及驗證流程。運用此驗證流程對民機的研制過程進行有效協調與控制，以完成民機的各項適航驗證，最終形成符合性驗證結果及文檔。如圖2 所示為民機適航性控制流程建模。

2.2 解析后條款與驗證技術的重組及其規范化

圖1 適航驗證技術解析模型

對適航條款的解析使得民機符合性驗證具有一定的可實施性，但是仍然難以在企業內部進行實施。因為解析后的條款仍然沒有給出具體的驗證技術方法，也無法確定驗證流程可追溯性等問題。僅僅依靠符合性驗證方法無法確定具體實施路徑，符合性驗證方法只給出了宏觀上的驗證方法，而沒有給出具體的驗證路徑。所以，適航條款只有結合已有適航性驗證技術才能完成某個條款的驗證過程，這樣適航條款的符合性驗證工作就能在企業內部進行實施。

航空器的每個系統、子系統以及每個零部件都能按照ATA 結構進行劃分，ATA 結構就是適航驗證技術解析與條款解析銜接的關鍵知識要素之一，某個條款的驗證可能涉及到多個ATA 結構、包含多種符合性驗證方法（MOC）、需要結合多種驗證技術才能完成該過程的適航審定任務。從圖1 可以看出規范化的適航審定過程模型主要包含條款名稱、所屬ATA、符合性方法、驗證技術、驗證流程和符合性文件及其子文件。

通過對適航審定過程規范化模型進行研究分析，確定完成民機適航審定過程需要的其他關鍵要素。除了包括以上主要知識要素外，還需增加諸多輔助驗證要素，例如試驗名稱、試驗編號、開始日期、完成日期、試驗負責人、試驗負責單位和條款負責人等。通過增加這些輔助的條款知識要素，使之能夠完成對某個條款的適航驗證過程。具體內容見表1。

表1 審定過程知識要素

圖2 民機適航性控制流程建模

通過對適航條款與驗證技術解析要素的重組，得到重組后的適航條款與驗證知識單元。要實現條款解析單元在民機驗證過程中的運用，則需將其合理有效地嵌入民機適航審定流程中。通過對民機適航業務特點的分析，將其分為管理類業務及工程驗證類業務。管理類業務貫穿于適航取證的整個周期，側重于“業務”。工程驗證類工作側重于“工程”，即“為證明產品滿足某項適航標準的規定，應進行的航空器驗證評審工作”。而條款解析所面向的業務主要是工程類驗證任務。適航的管理類業務與工程驗證類業務應在適航管理組織的管控下進行，條款單元的知識化解析則在管理類業務的指導下、結合適航規章條款與驗證技術完成。適航條款知識單元與審定技術知識單元的結合，并在適航部門及其他各部門的組織協調下，完成民機適航性驗證工作，實現適航與民機研制業務間的協調與控制。驗證完成后得到的文件資料歸入適航文件、證件體系中，提供給下次驗證活動的指導。重組條款知識單元在適航管理中的作用方式及其相互關系如圖3 所示。

通過分析重組條款解析知識單元在適航管理過程中的作用方式及其與各管理子領域之間的關系，使重組條款知識單元在適航管理過程中的作用機制得到了合理的描述。

圖3 條款解析單元在適航審定中的作用方式

2.3 具體案例分析

以運輸類民用直升機鳥撞損傷適航條款CCAR29.631為例，詳細描述適航條款與驗證技術知識化解析與重構過程。CCAR29.631 出自運輸類旋翼航空器適航規定CCAR29部的D 分部設計與結構部分，確定其條款驗證的具體適航要求如下：旋翼航空器必須設計成，在高度為 2 440 m（8 000 英尺），速度等于 VNE 或VH（取較小者）時，受到 1.0 kg（2.2 磅）的鳥擊后能繼續安全飛行和著陸（對 A 類）或安全著陸（對B 類）。必須用試驗或在對有充分代表性的相似設計結構上進行的試驗的基礎上的分析來表明符合性。

2.3.1 解析過程

確定該條款驗證部位所屬系統的ATA：ATAxxx。

確定需要的符合性方法MOC：通過采用相應的靜不定結構并把操縱系統元件置于受保護的部位，或采用一定的保護裝置（如隔板或吸能材料）來滿足該條款的要求同樣是可以接受的；在用分析、試驗或兩者相結合的方式表明符合該條要求的情況下，使用結構設計類似的飛機的資料是可以接受的。所以采用MOC2 及MOC4 進行符合性驗證。

確定是否有相應的型號驗證經驗：國內針對鳥撞損傷問題的適航驗證問題分析與研究還處于初步階段，缺乏系統化的驗證技術經驗。鑒于鳥撞問題是工程應用與理論分析結合緊密的工程技術問題，需要借鑒國外公司的相關技術經驗，完成該條款的符合性驗證工作。

確定需要選用的驗證技術：飛機鳥撞問題從工程力學角度屬于大變形沖擊動力學問題，在抗鳥撞能力的分析計算中，一般采用工程試驗方法、經驗公式法、數值分析法等進行試驗分析，并采用鳥撞試驗驗證其條款的符合性，使之按照分析-試驗-分析-試驗等方案進行。如圖4 為其具體驗證流程。

2.3.2 適航條款與驗證技術知識化解析

通過對該適航條款與驗證技術的的分析，完成對該條款與驗證技術的解析工作，形成條款與驗證技術知識單元規范化描述，具體見表2。

表2 條款與驗證知識單元關鍵要素規范化描述

在完成適航條款與驗證知識單元關鍵要素的規范化描述的基礎上，進行其他輔助要素的完善，使之得到一種完整的適航條款與驗證技術重構知識要素的規范化描述方式，并將其融入到適航審定業務流程中，達到適航條款驗證過程的明晰化，完成民機相應的適航符合性驗證過程。

圖4 民用直升機鳥撞適航驗證工作流程

3 結語

論文通過對適航條款和驗證技術的解析，建立了基于條款和驗證技術知識要素的知識化解析模型，進一步對解析后適航條款與驗證技術知識要素的規范化重組，實現了對重組條款與驗證知識單元的顯示化描述，并在此基礎上結合具體案例驗證了該方法的可實施性。該模型實現了適航審定標準向企業標準的轉化，并能很好地指導企業進行具體的適航驗證工作。