民機(jī)試飛航空電子設(shè)備安全性驗(yàn)證技術(shù)研究

焦毅+馬濤

摘 要

本文論述了我國民用飛機(jī)航空電子設(shè)備在試飛階段的安全性驗(yàn)證技術(shù)。隨著ARJ21-700飛機(jī)試飛工作的不斷開展，在深入分析各航空電子設(shè)備特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，緊密結(jié)合試飛階段的工作內(nèi)容，形成航空電子設(shè)備試飛階段安全性驗(yàn)證要求。通過針對(duì)各要求確定驗(yàn)證方法，建立安全性驗(yàn)證技術(shù)，為試飛階段的民用飛機(jī)航空電子設(shè)備安全性驗(yàn)證提供理論依據(jù)和方法支撐。

【關(guān)鍵詞】航空電子設(shè)備 安全性驗(yàn)證 人-機(jī)-環(huán)境

1 引言

隨著航空電子設(shè)備廣泛應(yīng)用的同時(shí)，其逐漸取代了飛機(jī)上自動(dòng)化程度較低的機(jī)械設(shè)備，在飛機(jī)上比重也越來越大；隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，飛機(jī)的續(xù)航能力得到了大幅度的提升，飛行的時(shí)間也在不斷增加，設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境也越來越復(fù)雜；航空電子設(shè)備數(shù)量和種類的增多，如保障飛行安全的新型航電設(shè)備交通咨詢與避撞系統(tǒng)、近地告警系統(tǒng)等不斷出現(xiàn)，也導(dǎo)致設(shè)備的失效模式越來越復(fù)雜，應(yīng)力、電磁等影響因素引起的失效也越來越多。綜上所述，航空電子設(shè)備與飛機(jī)乃至人員之間的相互安全性影響也越來越大。

安全性驗(yàn)證是飛機(jī)安全性工程中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，其目的是通過安全風(fēng)險(xiǎn)分析與驗(yàn)證，識(shí)別、評(píng)價(jià)系統(tǒng)存在的危險(xiǎn)，并根據(jù)危險(xiǎn)的程度提出消除或控制危險(xiǎn)的措施，避免重大安全事故的發(fā)生。目前在航空電子設(shè)備領(lǐng)域?qū)Π踩缘膽?yīng)用主要停留在設(shè)計(jì)階段，而在試飛階段缺少相應(yīng)的安全性驗(yàn)證方法，裝備的安全性工作停留在較低的層次，因此，如何有效地驗(yàn)證民用飛機(jī)航空電子設(shè)備安全性狀態(tài)成為急需解決的問題之一。

本論文通過對(duì)民機(jī)航空電子設(shè)備特點(diǎn)的研究，收集、分析航空電子設(shè)備安全性的相關(guān)規(guī)范等相關(guān)資料，確定航空電子設(shè)備的安全性驗(yàn)證要求，研究安全性驗(yàn)證技術(shù)（包括安全性驗(yàn)證矩陣和建立安全性驗(yàn)證方法），形成適用于試飛階段的民機(jī)航空電子設(shè)備的安全性驗(yàn)證體系，為試飛階段的民用飛機(jī)航空電子設(shè)備安全性驗(yàn)證提供理論依據(jù)和方法支撐。

2 問題解決方案

2.1 問題解決思路

本論文的解決思路如圖1所示。

2.2 民機(jī)試飛航空電子設(shè)備安全性驗(yàn)證要求

為了更直觀、全面系統(tǒng)地給出航空電子設(shè)備與飛機(jī)和人員之間相互的安全影響，通過對(duì)航空電子設(shè)備與飛機(jī)、人員之間關(guān)系的研究，將“人-機(jī)-環(huán)境”系統(tǒng)理論應(yīng)用到機(jī)載航空電子設(shè)備的安全性驗(yàn)證中。

“人-機(jī)-環(huán)境”系統(tǒng)工程的研究可用圖2來形象的描述，它包括：人本身特性、機(jī)器特性、環(huán)境特性、人-機(jī)之間關(guān)系、人-環(huán)境之間關(guān)系、機(jī)器-環(huán)境之間關(guān)系、人-機(jī)器-環(huán)境之間關(guān)系共7項(xiàng)內(nèi)容的研究。

本文中將航空電子設(shè)備作為“人-機(jī)-環(huán)境”系統(tǒng)中的“機(jī)器”、航空電子設(shè)備的載機(jī)作為系統(tǒng)中的“環(huán)境”，演變?yōu)榛凇叭?設(shè)備-載機(jī)”的安全性驗(yàn)證體系，主要包括人-設(shè)備、設(shè)備-人、設(shè)備自身特性、設(shè)備-載機(jī)、載機(jī)-設(shè)備等5個(gè)方面。

隨著航空電子設(shè)備要完成的功能和組成也越來越復(fù)雜，由此帶來的安全性問題也越來越多，主要體現(xiàn)在航空電子設(shè)備對(duì)飛機(jī)正常飛行安全的影響，同時(shí)飛機(jī)工作狀態(tài)、所處的任務(wù)剖面環(huán)境也在持續(xù)影響著航空電子設(shè)備的正常工作。另外，航空電子設(shè)備自身具有的一些結(jié)構(gòu)缺陷、功能問題也在無形中影響著其自身的安全工作。航空電子設(shè)備構(gòu)成危險(xiǎn)的主要來源有：產(chǎn)品或產(chǎn)品使用材料的固有危險(xiǎn)；設(shè)計(jì)缺陷；制造缺陷，腐蝕性物質(zhì)以及毒性物質(zhì)等屬于使用材料的固有危險(xiǎn)。一般而言，設(shè)計(jì)問題可能是上述諸因素中最重要的方面。設(shè)計(jì)人員不僅可能在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，引入了設(shè)計(jì)缺陷，形成產(chǎn)品自身的危險(xiǎn)，還可能缺乏正確控制產(chǎn)品及其材料危險(xiǎn)的能力。制造缺陷一般由不正確的生產(chǎn)工藝造成，常見例子有產(chǎn)品中的銳邊、棱角、尖端等。由使用或維修設(shè)備時(shí)的人為差錯(cuò)造成的危險(xiǎn)也是屢見不鮮的，也應(yīng)給予足夠的重視。除了產(chǎn)品本身存在的危險(xiǎn)以及人為差錯(cuò)引起的危險(xiǎn)外，會(huì)對(duì)系統(tǒng)安全產(chǎn)生直接影響的設(shè)備故障及有害環(huán)境也是造成危險(xiǎn)不容忽視的因素。結(jié)合試飛特點(diǎn)，并對(duì)其他類似行業(yè)產(chǎn)品的安全性要求及特點(diǎn)進(jìn)行研究，整理適用于民機(jī)機(jī)載航空電子設(shè)備安全性評(píng)估驗(yàn)證的內(nèi)容，建立基于“人-設(shè)備-載機(jī)”民機(jī)機(jī)載航空電子設(shè)備安全性評(píng)估要求。

2.3 安全性驗(yàn)證技術(shù)

在民機(jī)型號(hào)合格審定過程中，用來表明與適用的適航條款的符合性的方法統(tǒng)稱為符合性驗(yàn)證方法（Means of compliance，簡寫MOC）?，F(xiàn)在國際上MOC趨向統(tǒng)一，主要有10種。在適航管理程序AP-21-03R3《型號(hào)合格審定程序》附錄I中對(duì)這10種方式進(jìn)行了簡單的說明，具體見表1。

本論文形成的方法通過將電子設(shè)備具體的安全性驗(yàn)證要求納入到安全性驗(yàn)證矩陣中，確定了每一條安全性驗(yàn)證要求的驗(yàn)證時(shí)機(jī)，并對(duì)驗(yàn)證驗(yàn)證要求具體采取的驗(yàn)證方式，制定了針對(duì)性的驗(yàn)證方法。由驗(yàn)證矩陣和方法組成的驗(yàn)證方案包括了試驗(yàn)時(shí)機(jī)、驗(yàn)證方式、技術(shù)狀態(tài)、試驗(yàn)要求、試驗(yàn)程序、結(jié)果處理等6個(gè)方面，可為民機(jī)航空電子設(shè)備安全性驗(yàn)證提供直接有效的技術(shù)支持和方法保證。下面以某一驗(yàn)證要求為例，對(duì)形成的驗(yàn)證矩陣及方法進(jìn)行說明：

驗(yàn)證要求：電子設(shè)備產(chǎn)生的輻射值不得超過規(guī)定的人體所能接受安全輻射值。

試驗(yàn)時(shí)機(jī)：試飛后期（在電子設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)固化以后）。

驗(yàn)證方式：MOC7。

技術(shù)狀態(tài)：

（1）飛機(jī)狀態(tài)良好，設(shè)備狀態(tài)良好，可正常通電；

（2）三級(jí)計(jì)量單位定標(biāo)吻合的寬頻譜磁場測試儀。

試驗(yàn)要求：

（1）飛機(jī)盡量停放在離外部輻射源較遠(yuǎn)的地方，或在輻射源關(guān)閉的時(shí)間段進(jìn)行，以減少外部環(huán)境的干擾與影響；

（2）測試時(shí)，與設(shè)備無交聯(lián)關(guān)系的系統(tǒng)不開機(jī)；

（3）關(guān)閉現(xiàn)場所有具有電磁輻射特性的設(shè)備（如手機(jī)、對(duì)講機(jī)等通訊設(shè)備）；

（4）以飛機(jī)上各人員所處的空間為位置點(diǎn)，每個(gè)位置點(diǎn)設(shè)三個(gè)測量點(diǎn)（對(duì)應(yīng)人員坐姿狀態(tài)下眼部、胸部、下腹部），以測量儀器在測試部位所有方向上測得最大數(shù)值為準(zhǔn)。

試驗(yàn)程序：

（1）利用檢測設(shè)備，對(duì)各位置點(diǎn)的磁場強(qiáng)度進(jìn)行測量，以確定環(huán)境電磁的量值，記錄其測量結(jié)果；

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，設(shè)備及相關(guān)系統(tǒng)上電，進(jìn)入正常飛行剖面時(shí)的正常工作狀態(tài)；

（3）依次進(jìn)行各位置點(diǎn)的磁場強(qiáng)度測量，測量應(yīng)進(jìn)行3次，并記錄其測量結(jié)果。

結(jié)果處理：對(duì)3次測量結(jié)果進(jìn)行算術(shù)平均，并與要求進(jìn)行對(duì)比后給出驗(yàn)證結(jié)果。

3 結(jié)論

上述方法是對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范、準(zhǔn)則及適航規(guī)章中的條款等進(jìn)行轉(zhuǎn)化，建立了基于“人-機(jī)-環(huán)境”的民機(jī)航空電子設(shè)備安全性驗(yàn)證要求，充分考慮了航空電子設(shè)備與人員及飛機(jī)之間的安全性影響；針對(duì)安全性驗(yàn)證手段缺乏等問題，通過研究試驗(yàn)條件、要求及程序等因素，形成了基于適航MOC符合性驗(yàn)證體系的民機(jī)航空電子設(shè)備安全性驗(yàn)證技術(shù)，使得安全性驗(yàn)證更具有操作性。該機(jī)載防撞系統(tǒng)的安全性驗(yàn)證，通過符合性聲明、地面試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和航空器檢查等方法進(jìn)行了有效驗(yàn)證，為民機(jī)航空電子設(shè)備安全性驗(yàn)證提供了方法保證。后續(xù)可將本文形成的方法體系類推到民用飛機(jī)的其他設(shè)備（如發(fā)動(dòng)機(jī)）以及飛機(jī)的安全性驗(yàn)證中。

4 結(jié)束語

一直以來，對(duì)安全性驗(yàn)證技術(shù)的研究往往陷入到失效概率的考核、尋找其他的定量指標(biāo)中；在成熟的可靠性領(lǐng)域里，如MTBF等均可作為衡量可靠性水平的指標(biāo)；然而對(duì)于安全性來說，如果存在隱患，則應(yīng)不遺余力的去消除，而將安全性定量化并不能給操作者帶來參考。根據(jù)墨菲定律，事故總會(huì)發(fā)生，只是時(shí)機(jī)的不同而已。

飛行安全與人的因素、飛行管理、維修管理、航空裝備、氣象海況、地域環(huán)境等方面密切相關(guān)，因此安全性驗(yàn)證應(yīng)側(cè)重于發(fā)現(xiàn)危及人員和飛機(jī)的因素，制定相應(yīng)的措施。在“人-機(jī)-環(huán)境”系統(tǒng)中，既要重視人的因素，又要注意人、機(jī)、環(huán)境諸多因素的關(guān)聯(lián)和綜合，以提高航空安全水平。本文通過研究試飛階段民機(jī)航空電子設(shè)備的安全性驗(yàn)證技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，也可為后期其他系統(tǒng)和整機(jī)安全性驗(yàn)證技術(shù)的建立奠定理論基礎(chǔ)。

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