某型民用飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀適航研究

李 敬 張 偉

（中航通飛研究院有限公司， 廣東 珠海 519000）

某型民用飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀適航研究

李 敬 張 偉

（中航通飛研究院有限公司， 廣東 珠海 519000）

簡(jiǎn)單介紹了某型民用飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀的適航取證過(guò)程，然后對(duì)CTSO-C198《自動(dòng)飛行導(dǎo)引與控制系統(tǒng)（AFGCS）設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定》和CCAR-25-R4《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》1329條的內(nèi)容進(jìn)行了分析，確定了某型飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀的適航方法。

飛機(jī)；自動(dòng)駕駛儀；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；適航

適航要求是政府對(duì)航空器的管理，要求航空器的設(shè)計(jì)制造和修理達(dá)到一定的安全水平。適航標(biāo)準(zhǔn)要求的是最低安全水平，具有強(qiáng)制性，是所有從事民用航空活動(dòng)的人必須嚴(yán)格遵守的。民用航空產(chǎn)品必須取得相應(yīng)的適航許可。某型民用飛機(jī)的自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)作為機(jī)載設(shè)備，其適航批準(zhǔn)方式主要有3種：CTSOA（技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定項(xiàng)目批準(zhǔn)書(shū)），PMA（零部件制造人批準(zhǔn)書(shū)），隨機(jī)適航（隨航空器型號(hào)合格審定一起批準(zhǔn)）。對(duì)于有相應(yīng)TSO（技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定）的機(jī)載設(shè)備，可以采用隨機(jī)適航也可以單獨(dú)取證。

1 自動(dòng)駕駛儀適航取證過(guò)程

合格審定是對(duì)產(chǎn)品、服務(wù)、組織或人員進(jìn)行技術(shù)檢查，并對(duì)符合要求的產(chǎn)品頒發(fā)國(guó)家法律和法規(guī)要求的合格證、許可證、批準(zhǔn)書(shū)或其它證明文件的活動(dòng)。對(duì)一個(gè)產(chǎn)品而言，合格審定要評(píng)估產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程（保證設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)）、制造過(guò)程（保證產(chǎn)品符合合格審定的型號(hào)設(shè)計(jì)），并對(duì)合格產(chǎn)品頒發(fā)國(guó)家法律和法規(guī)要求的合格證。自動(dòng)駕駛儀的適航取證過(guò)程即是對(duì)其設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)進(jìn)行合格審定的過(guò)程。

自動(dòng)駕駛儀目前適用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為T(mén)SO-C198/CTSO-C198《自動(dòng)飛行導(dǎo)引與控制系統(tǒng)（AFGCS）設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定》。某型飛機(jī)的自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)采取單獨(dú)取證的適航方法，獲取CTSOA。CTSOA是由設(shè)備制造人直接向適航管理部門(mén)提出申請(qǐng)，由適航管理部門(mén)組織的設(shè)備審查組進(jìn)行審查，并由適航管理部門(mén)批準(zhǔn)后頒發(fā)的對(duì)產(chǎn)品的一種通用性的適航批準(zhǔn)。CTSOA是將設(shè)計(jì)和生產(chǎn)一起批準(zhǔn)，產(chǎn)品的出廠批準(zhǔn)為“適航標(biāo)簽”，表示產(chǎn)品通過(guò)了出廠適航批準(zhǔn)[1]。由于CTSOA不包括安裝批準(zhǔn)，若要將已取得CTSOA的設(shè)備裝到某特定型號(hào)的航空器上，還必須經(jīng)過(guò)裝機(jī)批準(zhǔn)[2]。

2 自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)適航方法研究

自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)的審定基礎(chǔ)為CTSO-C198及其引用的文件。自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)作為一個(gè)復(fù)雜的電子系統(tǒng)，不僅需要對(duì)其功能和性能進(jìn)行審查，同時(shí)還要對(duì)系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行審查。某型飛機(jī)的適航基礎(chǔ)為CCAR-25-R4《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》，在對(duì)某型飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，除必須滿足CTSO-C198外，還要根據(jù)CCAR-25-R4中相關(guān)條款要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1 CTSO-C198簡(jiǎn)介與分析

CTSO-C198是對(duì)自動(dòng)飛行導(dǎo)引和控制系統(tǒng)設(shè)備的最低性能標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，與TSO-C198內(nèi)容一致，包括對(duì)材料、工藝、環(huán)境、性能和試驗(yàn)等要求的適用內(nèi)容。

CTSO-C198主要是對(duì)最低性能標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)算機(jī)軟件、電子硬件、標(biāo)記和必須提供的資料的要求。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定并沒(méi)有對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定，而是通過(guò)對(duì)其他規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)的引用來(lái)說(shuō)明系統(tǒng)需滿足的要求。即CTSO-C198對(duì)系統(tǒng)性能、環(huán)境、軟件和硬件的要求可以通過(guò)滿足RTCA/DO-325《自動(dòng)飛行導(dǎo)引和控制系統(tǒng)及設(shè)備》、RTCA/DO-160F《機(jī)載設(shè)備環(huán)境條件及試驗(yàn)程序》、RTCA/DO-178B《機(jī)載系統(tǒng)和設(shè)備合格審定中的軟件考慮》、RTCA/DO-254《機(jī)載電子硬件設(shè)計(jì)保證指南》的要求來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些標(biāo)準(zhǔn)均為系統(tǒng)審查的基礎(chǔ)，不單獨(dú)頒發(fā)合格證。

RTCA/DO-325規(guī)定了自動(dòng)駕駛儀的最低性能標(biāo)準(zhǔn)以及適用的接口。自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須滿足DO-325第2.1.1～2.1.6條，第2.2條中最低性能標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)和文件要求。

RTCA/DO-160F為機(jī)載設(shè)備規(guī)定了一系列最低標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境試驗(yàn)條件（類別）和適用的試驗(yàn)方法，確保機(jī)載設(shè)備在航空器上安裝后能夠可靠運(yùn)行。

RTCA/DO-178B是機(jī)載軟件的審查基礎(chǔ)。按照DO-178B對(duì)自動(dòng)駕駛儀機(jī)載軟件進(jìn)行審查。某型飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)軟件認(rèn)證等級(jí)通過(guò)對(duì)功能和性能的分析以及飛機(jī)的需求，采用B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，確保軟件設(shè)計(jì)滿足DO-178B中規(guī)定的目標(biāo)。

RTCA/DO-254是機(jī)載電子硬件的審查基礎(chǔ)。某型飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)硬件應(yīng)按照DO-254規(guī)定，進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，硬件等級(jí)采用B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，確保硬件設(shè)計(jì)滿足規(guī)定的目標(biāo)。

2.2 適航條款25.1329簡(jiǎn)介與分析

CCAR-25-R4由中國(guó)民航總局頒發(fā)的運(yùn)輸類飛機(jī)的適航標(biāo)準(zhǔn)。25.1329“飛行導(dǎo)引與控制系統(tǒng)”是針對(duì)運(yùn)輸類飛機(jī)飛行導(dǎo)引和控制系統(tǒng)的專用條款。某型飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須滿足該條款的要求。

25.1329條涉及到飛行導(dǎo)引系統(tǒng)（包括了提供自動(dòng)駕駛儀、自動(dòng)推力、飛行指引儀和其它相關(guān)功能的有關(guān)設(shè)備）的性能、安全性、故障保護(hù)、警告和基本顯示等方面。根據(jù)某型飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)的功能，適用的條款為25.1329(a)～(j)、(l)條，下面針對(duì)相應(yīng)的適用條款進(jìn)行分析。

2.2.1 25.1329（a）對(duì)自動(dòng)駕駛儀和自動(dòng)推力裝置的手操縱部件的安裝位置，以及快速斷開(kāi)操作做了明確要求。

為了防止自動(dòng)駕駛儀和自動(dòng)推力控制系統(tǒng)對(duì)主飛行操縱的干擾，自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)必須有快速斷開(kāi)裝置，同時(shí)對(duì)快速斷開(kāi)裝置的位置作出了規(guī)定，即快速斷開(kāi)裝置應(yīng)能使駕駛員在不影響飛機(jī)操作的情況下，能夠容易和快速的斷開(kāi)。

2.2.2 25.1329（b）對(duì)自動(dòng)駕駛儀和自動(dòng)推力功能的快速斷開(kāi)提出要求，對(duì)妨礙快速斷開(kāi)功能的因素按照25.1309進(jìn)行評(píng)估。

根據(jù)要求，某型飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行安全性評(píng)估，通過(guò)安全性分析過(guò)程表明對(duì)這一條款的符合性。

2.2.3 25.1329（c）、（d）、（e）款對(duì)正常和罕見(jiàn)的正常條件下，飛行導(dǎo)引系統(tǒng)對(duì)接通、轉(zhuǎn)換和斷開(kāi)造成的航跡瞬變量做了細(xì)化。

“飛行導(dǎo)引系統(tǒng)的切斷、模態(tài)銜接和轉(zhuǎn)換可能會(huì)對(duì)飛機(jī)航跡控制產(chǎn)生干擾，這種干擾對(duì)飛行機(jī)組輸入的響應(yīng)或環(huán)境條件不一致，這種干擾即瞬變，會(huì)對(duì)繼續(xù)安全飛行和飛行機(jī)組進(jìn)行安全的干預(yù)操作產(chǎn)生不利影響。”因此要對(duì)航跡瞬變進(jìn)行規(guī)定，微小的瞬變是可以接受的。

2.2.4 25.1329（f）對(duì)操作部件的方向標(biāo)識(shí)提出要求。要求姿態(tài)控制器件的運(yùn)動(dòng)平面必須與飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)效果相一致。

“為了防止不適當(dāng)使用或混淆，每一個(gè)指令基準(zhǔn)控制器件的功能和運(yùn)動(dòng)方向，如航向選擇或垂直速度，必須清楚地標(biāo)示在每一控制器件上或其附近”，同時(shí)操縱器件應(yīng)能夠防止或避免誤操作或誤斷開(kāi)。

2.2.5 25.1329（g）提出在有無(wú)故障的條件下，飛行導(dǎo)引系統(tǒng)對(duì)航跡的影響限制要求。

條款規(guī)定在適用使用飛行導(dǎo)引系統(tǒng)的各種飛行條件下，即使飛行導(dǎo)引系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，只要駕駛員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取糾正措施，“不使飛機(jī)產(chǎn)生危險(xiǎn)的載荷或使飛行軌跡產(chǎn)生危險(xiǎn)的偏離”，那么系統(tǒng)就是安全的。

2.2.6 25.1329（h）提出對(duì)速度保護(hù)的要求。

要求“使用飛行導(dǎo)引系統(tǒng)時(shí)，必須提供措施避免超出正常飛行包線速度范圍”。某型自動(dòng)駕駛儀在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)確定相應(yīng)的控制權(quán)限，確保飛機(jī)不會(huì)超出正常飛行包線，滿足速度保護(hù)的要求。

2.2.7 25.1329（i）提出對(duì)飛行導(dǎo)引系統(tǒng)功能、操縱器件、指示和告警信號(hào)的要求。

要求自動(dòng)駕駛儀在各功能模態(tài)投入使用時(shí)，必須有明顯的指示[3]，及時(shí)向駕駛員提供駕駛儀的工作狀態(tài)。同時(shí)對(duì)自動(dòng)駕駛儀的人機(jī)界面提出了要求，要易于駕駛員操作、判讀和辨別。

2.2.8 25.1329（j）提出對(duì)自動(dòng)駕駛儀的切斷警告要求。

根據(jù)AC 25.1329-1B分析，自動(dòng)駕駛儀斷開(kāi)后需要駕駛員立即采取手動(dòng)控制，因此必須將自動(dòng)駕駛儀斷開(kāi)告警級(jí)別定為警告級(jí)。即系統(tǒng)斷開(kāi)時(shí)，由告警系統(tǒng)給出 “與駕駛艙其它警告截然不同的警告”。同時(shí)該警告應(yīng)該能夠抑制。

2.2.9 25.1329（l）提出超控力對(duì)自動(dòng)駕駛儀影響的安全評(píng)估要求。

要求“當(dāng)飛行機(jī)組對(duì)飛行操縱器件施加超控力時(shí)，自動(dòng)駕駛儀不得產(chǎn)生潛在的危險(xiǎn)”，即要求飛行機(jī)組對(duì)自動(dòng)駕駛儀的超控必須是安全的?？梢酝ㄟ^(guò)仿真分析、安全性評(píng)估和飛行試驗(yàn)來(lái)證明對(duì)條款的符合性。

通過(guò)以上條款要求可以看出25.1329條涉及到了系統(tǒng)的多個(gè)方面的要求，可以作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。

民機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)只是對(duì)自動(dòng)駕駛儀的設(shè)計(jì)提出了最基本的要求，在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中還應(yīng)滿足飛機(jī)總體對(duì)自動(dòng)駕駛儀功能和性能的要求，同時(shí)可以參考相關(guān)的國(guó)軍標(biāo)和航標(biāo)，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)的更加完善。

2.3 自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)的安裝批準(zhǔn)

安裝批準(zhǔn)通常包括以下幾種方式：MDA（Modification Design Approval，改裝設(shè)計(jì)批準(zhǔn)），TC/TDA（Type Certificate／Type Design Approval，型號(hào)合格證／型號(hào)設(shè)計(jì)批準(zhǔn)書(shū)），STC（Supplemental Type Certificate，補(bǔ)充型號(hào)合格證）和局方確認(rèn)的其他批準(zhǔn)方式。

(1)MDA ：是對(duì)重要改裝的設(shè)計(jì)批準(zhǔn)，欲安裝在中國(guó)注冊(cè)的進(jìn)口民用航空器上，應(yīng)按AP-21-15《進(jìn)口民用航空器重要改裝設(shè)計(jì)合格審定程序》獲得安裝批準(zhǔn)。

(2)TC/TDA：是用以證明民用航空產(chǎn)品符合相應(yīng)適航標(biāo)準(zhǔn)的證件。欲安裝在中國(guó)注冊(cè)的國(guó)產(chǎn)民用航空器上，應(yīng)按AP-21-03《型號(hào)合格審定程序》獲得安裝批準(zhǔn)。

(3)STC：是適航部門(mén)對(duì)已經(jīng)獲得TC的航空產(chǎn)品的設(shè)計(jì)大改進(jìn)行的批準(zhǔn)。該批準(zhǔn)是在適航部門(mén)已經(jīng)證實(shí)改裝的產(chǎn)品滿足有關(guān)適航規(guī)章后授予的。欲安裝在中國(guó)注冊(cè)的國(guó)產(chǎn)民用航空器上，應(yīng)按AP-21-14《補(bǔ)充型號(hào)合格審定程序》獲得安裝批準(zhǔn)。

(4)由適航司確定的其它批準(zhǔn)方式：對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)品適航性沒(méi)有顯著影響的更改，采用局方批準(zhǔn)的其它形式的安裝批準(zhǔn)。

根據(jù)某型飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)的情況，其安裝批準(zhǔn)采用第3種方式。即由航空器制造人向適航部門(mén)提出申請(qǐng)，提供自動(dòng)駕駛儀的相關(guān)資料及CTSOA證，并通過(guò)相應(yīng)的符合性驗(yàn)證方法，證明其可以安裝在飛機(jī)上，并滿足CCAR-25-R4的要求，確保設(shè)備和導(dǎo)線在任何合理的可能故障情況下不會(huì)引起航空器運(yùn)行危險(xiǎn)，同時(shí)能夠執(zhí)行預(yù)期的功能。適航部門(mén)根據(jù)提供的資料進(jìn)行審查，給予安裝批準(zhǔn)。

3 總結(jié)

某型飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)為取得CTSOA證，必須嚴(yán)格按照CTSO-C198中的A1類固定翼飛機(jī)的自動(dòng)駕駛儀以及C類飛行指引儀相應(yīng)的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，其最低性能標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)和文件應(yīng)滿足RTCA/ DO-325相關(guān)章節(jié)要求以及CCAR-25-R4、CCAR-21-R3《民用航空產(chǎn)品和零部件合格審定規(guī)定》、AP-21-06R3《民用航空材料、零部件和機(jī)載設(shè)備的合格審定程序》等民航規(guī)章、標(biāo)準(zhǔn)、程序的規(guī)定。

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（編輯：雨晴）

V221+.91

C

1003–6660（2015）02–0049–03

10.13237/j.cnki.asq.2015.02.014

[收修訂稿日期] 2014-12-27