電傳飛控系統(tǒng)首飛風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及控制

李偉

摘 要：民機(jī)首飛是飛機(jī)研制過(guò)程中的一個(gè)里程碑，標(biāo)志飛機(jī)正式進(jìn)入試飛階段。首飛是對(duì)飛機(jī)各個(gè)系統(tǒng)集成及控制律的首次真實(shí)檢驗(yàn)，不確定因素多，民機(jī)首飛風(fēng)險(xiǎn)極高。飛控系統(tǒng)作為民機(jī)的幾個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)之一，其功能及性能直接影響到飛機(jī)的操縱，因此民機(jī)首飛安全與飛控系統(tǒng)密切相關(guān)。本文針對(duì)民機(jī)首飛階段飛控系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)危害等級(jí)及風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率進(jìn)行分析，總結(jié)民機(jī)首飛階段飛控系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，經(jīng)某民機(jī)首飛實(shí)踐，結(jié)果基本符合預(yù)期。

關(guān)鍵詞：民機(jī)飛控系統(tǒng) 民機(jī)首飛 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 風(fēng)險(xiǎn)控制

中圖分類(lèi)號(hào)：V249.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）09（c）-0019-02

飛機(jī)的首飛指一架新制造的飛機(jī)首次離地飛行。它既是由設(shè)想變圖紙、圖紙變實(shí)物、實(shí)物能飛行等一系列工作鏈中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，又是新型號(hào)由靜止到運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)和新型號(hào)誕生的一個(gè)重要里程碑[1]。民機(jī)首飛是首次在真實(shí)飛行環(huán)境下的飛行，風(fēng)險(xiǎn)極高。國(guó)內(nèi)外首飛失敗導(dǎo)致機(jī)毀人亡的案例也不少，如米格-15戰(zhàn)斗機(jī)、米格-17戰(zhàn)斗機(jī)等。飛控系統(tǒng)作為飛機(jī)最重要的系統(tǒng)之一，其安全性關(guān)系到飛機(jī)的首飛安全。因此為了保證飛機(jī)首飛安全，必須對(duì)飛控系統(tǒng)的首飛風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估及控制。

1984年空客研制出真正意義上的電傳飛機(jī)A320，從此民機(jī)進(jìn)入了電傳控制的新時(shí)代[2]。目前電傳飛控系統(tǒng)已成為現(xiàn)代主流民機(jī)的標(biāo)配，特別是隨著科技的迅速發(fā)展，數(shù)字電傳開(kāi)始初步代替模擬電傳，并且數(shù)字電傳已成為評(píng)價(jià)一款民機(jī)是否先進(jìn)的重要指標(biāo)。電傳飛控系統(tǒng)為飛行員操縱帶來(lái)了極大便利，但同時(shí)由于電傳飛控系統(tǒng)LRU部件多，控制原理復(fù)雜，試飛風(fēng)險(xiǎn)較大[3]。如何減低飛控系統(tǒng)試飛風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于電傳飛機(jī)首飛至關(guān)重要。

1 飛控系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析

電傳飛控系統(tǒng)各子系統(tǒng)一般都是由供應(yīng)商進(jìn)行設(shè)計(jì)，并嚴(yán)格按照DO-160標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)證，確保在不同的環(huán)境條件下其功能、性能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)。各個(gè)供應(yīng)商都是基于系統(tǒng)部件級(jí)別的驗(yàn)證，子系統(tǒng)集成包括后續(xù)與飛機(jī)系統(tǒng)集成，考驗(yàn)了主機(jī)廠的總體集成能力。我國(guó)民機(jī)研制，起步晚，與國(guó)外相比，集成能力與國(guó)外相比差距較大。參考國(guó)內(nèi)外民機(jī)飛控系統(tǒng)研制過(guò)程，梳理出可能存在風(fēng)險(xiǎn)的5個(gè)領(lǐng)域。

1.1 PIO（駕駛員誘發(fā)振蕩）

飛機(jī)、外部環(huán)境與飛行員操縱不協(xié)調(diào)，則會(huì)導(dǎo)致人機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，飛行品質(zhì)不達(dá)標(biāo)，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)于飛行員意志預(yù)期的閉環(huán)耦合振蕩，即PIO。由于PIO原因復(fù)雜、多樣， 且具有一定隨機(jī)性，歐美已對(duì)此展開(kāi)廣泛研究，并取得了很多研究成果[4]。但是由于電傳飛控系統(tǒng)的復(fù)雜性及外部環(huán)境的多樣性，試飛中難免會(huì)出現(xiàn)PIO。一旦出現(xiàn)PIO，嚴(yán)重情況會(huì)出現(xiàn)飛控失控，最終造成機(jī)毀人亡[5]。

1.2 交聯(lián)系統(tǒng)

參考B737、A320、A380等國(guó)外先進(jìn)民機(jī)，飛控系統(tǒng)交聯(lián)系統(tǒng)眾多。各個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，與之相關(guān)的交聯(lián)系統(tǒng)考慮較少，同時(shí)目前由于我國(guó)民機(jī)總體集成能力相比國(guó)外較弱，因此可能導(dǎo)致各個(gè)子系統(tǒng)功能、性能都正常，但是各個(gè)系統(tǒng)集成后發(fā)現(xiàn)功能不正常。此類(lèi)試驗(yàn)已經(jīng)在我們某型號(hào)民機(jī)中出現(xiàn)過(guò)。

1.3 氣動(dòng)載荷

飛機(jī)起動(dòng)載荷對(duì)于飛控系統(tǒng)而言非常重要。飛控系統(tǒng)作動(dòng)器設(shè)計(jì)需要考慮的最關(guān)鍵因素之一就是氣動(dòng)載荷。如果氣動(dòng)載荷偏大，則會(huì)導(dǎo)致作動(dòng)器作動(dòng)能力強(qiáng)，但是重量變重，影響飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性；如果氣動(dòng)載荷偏小，則導(dǎo)致飛控系統(tǒng)作動(dòng)能力不足，在真實(shí)飛行中出現(xiàn)飛機(jī)舵面無(wú)法克服氣動(dòng)載荷，進(jìn)而導(dǎo)致飛機(jī)控制權(quán)限減低，影響飛機(jī)操縱，嚴(yán)重后果導(dǎo)致飛機(jī)失控。

1.4 控制律

控制律是民機(jī)的核心競(jìng)爭(zhēng)力的體現(xiàn)，國(guó)外對(duì)于控制律進(jìn)行出口限制，我們民機(jī)控制律只能自住設(shè)計(jì)。由于我們沒(méi)有民機(jī)控制律設(shè)計(jì)的積累，自住設(shè)計(jì)的控制律難免會(huì)有缺陷。飛控系統(tǒng)作為控制律的執(zhí)行系統(tǒng)，其性能指標(biāo)大部分都是來(lái)源于控制律，因此飛控系統(tǒng)也存在很多隱患。

1.5 系統(tǒng)功能不到位

目前國(guó)內(nèi)民機(jī)首飛時(shí)，很多系統(tǒng)功能與取證情況下的功能存在差異。首飛時(shí)，需要考慮各個(gè)系統(tǒng)差異可能導(dǎo)致的飛機(jī)級(jí)影響。對(duì)于電傳飛控系統(tǒng)，也需要考慮到交聯(lián)系統(tǒng)功能差異可能導(dǎo)致的飛控系統(tǒng)功能降級(jí)或喪失。

2 飛控風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及控制

為確保民機(jī)首飛成功，對(duì)于電傳飛控系統(tǒng)，需要對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行梳理，制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制策略。

2.1 風(fēng)險(xiǎn)源梳理

進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制的首要問(wèn)題也是最關(guān)鍵一步，就是識(shí)別飛控系統(tǒng)首飛之前的潛在風(fēng)險(xiǎn)源。風(fēng)險(xiǎn)源梳理方法如圖1所示。風(fēng)險(xiǎn)源共分為5個(gè)部分，其中工作量最大的是飛控系統(tǒng)地面試驗(yàn)。地面試驗(yàn)對(duì)于驗(yàn)證飛控系統(tǒng)性能、功能及故障、魯棒性進(jìn)行全方位驗(yàn)證，因此可以梳理出飛控系統(tǒng)本身存在的系統(tǒng)問(wèn)題?？傮w指標(biāo)缺陷或交聯(lián)系統(tǒng)問(wèn)題需要進(jìn)行關(guān)注，分析可能導(dǎo)致的飛控系統(tǒng)故障。國(guó)內(nèi)外民機(jī)經(jīng)驗(yàn)，是民機(jī)研制的寶貴財(cái)富。借鑒國(guó)內(nèi)外民機(jī)飛控系統(tǒng)存在的系統(tǒng)問(wèn)題，梳理所研制民機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)源。根據(jù)電傳飛控系統(tǒng)5類(lèi)潛在風(fēng)險(xiǎn)源，梳理并確認(rèn)飛控首飛階段風(fēng)險(xiǎn)源，構(gòu)建試飛風(fēng)險(xiǎn)源數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)飛控系統(tǒng)試驗(yàn)進(jìn)展情況，實(shí)時(shí)更新飛控系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)源數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

針對(duì)梳理的試飛風(fēng)險(xiǎn)源，需要對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。因?yàn)闃?gòu)型、環(huán)境及不同民機(jī)之間的差異，需要確認(rèn)其合理性。目前對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)源的評(píng)估，本文擬用的方法還是專(zhuān)家評(píng)估+全機(jī)危險(xiǎn)性分析。其中，風(fēng)險(xiǎn)源的專(zhuān)家評(píng)估建議征詢(xún)3名以上專(zhuān)家意見(jiàn)進(jìn)行匯總。本文規(guī)定的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為5類(lèi)，按照FHA等級(jí)進(jìn)行劃分，主要針對(duì)飛機(jī)、飛行員操縱、乘客及客艙機(jī)組3個(gè)方面進(jìn)行評(píng)述。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)控制

本文采用綜合評(píng)價(jià)方法，針對(duì)飛控系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)源，對(duì)首飛進(jìn)行安全性評(píng)估。由前文可知，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)共劃分為5類(lèi)。電傳飛控系統(tǒng)試飛風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)確認(rèn)主要包括兩部分：第一部分是借鑒其他機(jī)型試飛經(jīng)驗(yàn)，梳理部分風(fēng)險(xiǎn)，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)源的危害程度及發(fā)生概率，確認(rèn)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；第二部分是本機(jī)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)源，采用與第一種相同的方法，確認(rèn)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；最終根據(jù)兩部分內(nèi)容確認(rèn)飛控系統(tǒng)總的試飛風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。其中，難點(diǎn)在于本機(jī)風(fēng)險(xiǎn)源的發(fā)生概率，尤其是對(duì)于首飛，沒(méi)有進(jìn)行過(guò)驗(yàn)證，無(wú)法明確給出發(fā)生概率。對(duì)于故障危害程度及發(fā)生概率。對(duì)于發(fā)生概率的確定，本文采取以下原則進(jìn)行確定。endprint

（1）系統(tǒng)本身問(wèn)題，經(jīng)供應(yīng)商分析，故障原因已經(jīng)定位且機(jī)上已落實(shí)解決，如果后續(xù)試驗(yàn)未出現(xiàn)，則概率定義為不太可能；若后續(xù)試驗(yàn)故障多次繼續(xù)出現(xiàn)，則概率定義為經(jīng)常；若后續(xù)試驗(yàn)只出現(xiàn)一次，且試驗(yàn)執(zhí)行次數(shù)多余10次，則概率定義為可能；系統(tǒng)本身問(wèn)題，經(jīng)供應(yīng)商分析，故障原因已定位，但是受制于其他條件，機(jī)上無(wú)法實(shí)施，增加限制條件，此種情況下，如果試驗(yàn)中按照限制條件執(zhí)行，但是故障還是出現(xiàn)，則概率定義為經(jīng)常；若后續(xù)試驗(yàn)中未出現(xiàn)故障，則概率定義為偶然。

（2）非系統(tǒng)本身問(wèn)題，比如是試驗(yàn)中斷路器未閉合，試驗(yàn)判據(jù)錯(cuò)誤，此等問(wèn)題，如果更改實(shí)施，后續(xù)試驗(yàn)未再次出現(xiàn)故障，則故障概率定義為不太可能；如果更改實(shí)施后，試驗(yàn)中再次出現(xiàn)故障，則故障概率定義為經(jīng)常；若機(jī)上未實(shí)施，不論后續(xù)試驗(yàn)是否再次出現(xiàn)該故障，故障概率都定義為經(jīng)常。

（3）其他機(jī)型發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，本機(jī)飛控系統(tǒng)架構(gòu)與其他機(jī)型架構(gòu)大致相同，飛機(jī)其他系統(tǒng)架構(gòu)差異較小，則故障概率沿用其他機(jī)型概率；本機(jī)飛控系統(tǒng)架構(gòu)與其他機(jī)型架構(gòu)大致相同，飛機(jī)其他系統(tǒng)架構(gòu)差異較大，則故障概率比其他機(jī)型發(fā)生概率低一檔次（如其他機(jī)型故障概率為可能，本機(jī)故障概率為偶然）；若本機(jī)飛控架構(gòu)與其他機(jī)型差異較大，飛機(jī)其他系統(tǒng)架構(gòu)差異也較大，故障概率沿用其他機(jī)型低二檔次，最少為不太可能；若本機(jī)飛控架構(gòu)與其他機(jī)型差異較大，但飛機(jī)其他系統(tǒng)架構(gòu)相同，則故障概率比其他機(jī)型發(fā)生概率低一檔次。

2.4 實(shí)施效果

借助于某民機(jī)飛控系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)梳理，共梳理出其他機(jī)型借鑒風(fēng)險(xiǎn)5項(xiàng)，本機(jī)風(fēng)險(xiǎn)12項(xiàng)，采用本文方法，最終確認(rèn)飛控系統(tǒng)首飛風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中，采用相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)性降低措施后，飛控系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)可控。后該民機(jī)首飛，飛控系統(tǒng)表現(xiàn)良好，未出現(xiàn)明顯故障，試飛員對(duì)飛控系統(tǒng)的表現(xiàn)非常滿(mǎn)意。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)飛控系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行梳理，提出了風(fēng)險(xiǎn)可能存在的5大領(lǐng)域，對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)的危害程度、發(fā)生概率進(jìn)行分析，并總結(jié)一套風(fēng)險(xiǎn)危害等級(jí)的評(píng)定方法，最后在某民機(jī)進(jìn)行了驗(yàn)證，基本符合試飛實(shí)際情況。但目前該項(xiàng)研究還處于起步階段，試飛風(fēng)險(xiǎn)源數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容較少，后續(xù)將繼續(xù)完善此部分內(nèi)容。

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