基于MOC8試驗(yàn)要求的飛行模擬器鑒定研究

彭 震,劉 勛

(1．上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210；2. 民航上海航空器適航審定中心，上海 200335)

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基于MOC8試驗(yàn)要求的飛行模擬器鑒定研究

彭 震1,劉 勛2

(1．上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210；2. 民航上海航空器適航審定中心，上海 200335)

闡述了采用飛行模擬器開展MOC8試驗(yàn)的原因和背景，在總結(jié)某型號飛機(jī)模擬器試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對采用飛行模擬器開展MOC8試驗(yàn)進(jìn)行了探討。

MOC8試驗(yàn); 飛行模擬器; 逼真度

在民用飛機(jī)型號審查過程中，需要采用不同的方法說明和驗(yàn)證產(chǎn)品對于適航條款的符合性。MOC8驗(yàn)證是通過在工程模擬器上進(jìn)行適合的模擬試驗(yàn)以驗(yàn)證相關(guān)的設(shè)計(jì)對適航要求的符合性。不過，在某些型號研制過程中，由于工程模擬器的主要用途是做研發(fā)，會出現(xiàn)數(shù)據(jù)和構(gòu)型等規(guī)劃、經(jīng)驗(yàn)等達(dá)不到符合性試驗(yàn)要求的逼真度。這時(shí)可以采用飛行模擬器來完成MOC8試驗(yàn)。本文將在總結(jié)某型號飛機(jī)采用飛行模擬器完成MOC8試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對于飛模開展MOC8試驗(yàn)的要求進(jìn)行探討。

1 MOC8試驗(yàn)類型

一般而言，模擬器試驗(yàn)(MOC8試驗(yàn))主要有：

1.1 飛控系統(tǒng)故障FHA故障等級評估

飛控系統(tǒng)故障MOC8驗(yàn)證試驗(yàn)的目的是通過在飛行模擬機(jī)上進(jìn)行飛控系統(tǒng)故障模擬試驗(yàn)，評估飛控系統(tǒng)故障對飛機(jī)的影響，確認(rèn)飛控系統(tǒng)FHA條款等級。故障包括：副翼故障、駕駛盤故障、升降舵故障、駕駛桿故障、水平安定面故障、方向舵故障、腳蹬故障、多功能擾流板和地面擾流板故障以及襟縫翼故障。

1.2 飛控系統(tǒng)故障飛行品質(zhì)評定

飛控系統(tǒng)故障下操縱品質(zhì)評定MOC8試驗(yàn)的目的是通過在飛行模擬器上進(jìn)行飛控系統(tǒng)故障模擬試驗(yàn)，按照HQRM評定方法評估飛控系統(tǒng)故障下飛機(jī)的操縱品質(zhì)能否滿足適航要求。故障包括：副翼故障、駕駛盤故障、升降舵故障、駕駛桿故障、水平安定面故障、方向舵故障、腳蹬故障、多功能擾流板和地面擾流板故障以及襟縫翼故障。

1.3 發(fā)動機(jī)不可控高推力(UHT)發(fā)生時(shí)的危害和安全等級評估

不可控高推力MOC8試驗(yàn)的目的是在UHT故障危險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行模擬器試驗(yàn)，以評估其安全和危害等級，同時(shí)申請人依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果向運(yùn)營人推薦UHT故障下的操作建議程序。

1.4 最小飛行重量驗(yàn)證

最小重量MOC8試驗(yàn)通過在飛行模擬器上進(jìn)行最小重量時(shí)特定項(xiàng)目試驗(yàn)，評估最小重量時(shí)的操穩(wěn)特性，驗(yàn)證與條款CCAR25.25(b)[1]的符合性。試驗(yàn)科目有：單發(fā)起飛、雙發(fā)側(cè)風(fēng)起飛、雙發(fā)側(cè)風(fēng)著陸、復(fù)飛、小速度時(shí)的縱向操縱、小速度時(shí)的橫向操縱和過載桿力梯度—機(jī)動特性。

1.5 最小機(jī)組工作量演示

最小飛行機(jī)組MOC8試驗(yàn)的目的是通過在飛行模擬器上進(jìn)行最小飛行機(jī)組工作場景模擬試驗(yàn)，評估最小飛行機(jī)組的工作量，其試驗(yàn)場景有：人工手動飛行、標(biāo)準(zhǔn)儀表進(jìn)場、標(biāo)準(zhǔn)儀表離場、非精密進(jìn)近(正常)、非精密進(jìn)近(紊流)、發(fā)電機(jī)失效、非精密進(jìn)近、過V1后的單發(fā)失效、兩套液壓系統(tǒng)失效、TCAS告警(一名飛行員失能)、燃油不平衡、側(cè)風(fēng)條件下復(fù)飛、飛行控制系統(tǒng)直接模式、發(fā)動機(jī)著火、結(jié)冰環(huán)境[2]。

1.6 反應(yīng)型風(fēng)切變告警和規(guī)避導(dǎo)引MOC8試驗(yàn)

反應(yīng)型風(fēng)切變告警和規(guī)避導(dǎo)引MOC8試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證反應(yīng)型風(fēng)切變功能的正確性，即反應(yīng)型風(fēng)切變發(fā)生時(shí)的告警提示、語音顯示、導(dǎo)引指令和飛機(jī)動作響應(yīng)的正確性，評估告警系統(tǒng)和規(guī)避導(dǎo)引系統(tǒng)功能對降低反應(yīng)型風(fēng)切變危害是有效的，包括評估風(fēng)切變告警功能能為機(jī)組提供嚴(yán)重風(fēng)切變的警告，系統(tǒng)提供的規(guī)避導(dǎo)引的安全性。試驗(yàn)項(xiàng)目包括：輸入源故障試驗(yàn)、反應(yīng)型風(fēng)切變告警功能試驗(yàn)、反應(yīng)型風(fēng)切變規(guī)避導(dǎo)引功能試驗(yàn)、反應(yīng)型風(fēng)切變告警和規(guī)避導(dǎo)引功能的綜合評估試驗(yàn)。輸入源故障試驗(yàn)主要驗(yàn)證各相關(guān)輸入源故障對反應(yīng)型風(fēng)切變功能的影響，以及對應(yīng)的各種指示、告警等各種響應(yīng)；反應(yīng)型風(fēng)切變告警功能試驗(yàn)主要是測試反應(yīng)型風(fēng)切變戒備級告警和警告級告警對應(yīng)的各種指示、告警等各種響應(yīng)；反應(yīng)型風(fēng)切變規(guī)避導(dǎo)引功能試驗(yàn)主要是對規(guī)避導(dǎo)引功能進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證對應(yīng)的各種指示、告警等各種響應(yīng)；反應(yīng)型風(fēng)切變告警和規(guī)避導(dǎo)引功能的綜合評估試驗(yàn)主要是按照飛行手冊中的程序，模擬風(fēng)切變環(huán)境下進(jìn)行起飛和著陸，從而對反應(yīng)型風(fēng)切變功能進(jìn)行評估，主要評估各種指示、告警等各種響應(yīng)以及功能的合理性。

2 試驗(yàn)對模擬器逼真度的要求

模擬逼真度主要是指模擬條件和結(jié)果與實(shí)際情況接近的程度，它包括試驗(yàn)人員感覺的真實(shí)性和試驗(yàn)結(jié)果的正確性。模擬器的逼真度包括軟件(數(shù)據(jù)和模擬模型)的逼真度，硬件的逼真度和整個(gè)系統(tǒng)的逼真度。逼真度比較好的模擬器一般來說模擬有效性也是好的[3]。由于不同的MOC8試驗(yàn)對模擬器逼真度的要求不一樣，因此，以飛控系統(tǒng)故障下操縱品質(zhì)評定MOC8試驗(yàn)為例，來研究其對模擬器逼真度的要求。

該試驗(yàn)要求模擬器的飛控系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和電源系統(tǒng)的軟硬件構(gòu)型達(dá)到取證構(gòu)型或至少與取證構(gòu)型的差異不影響MOC8試驗(yàn)。同時(shí)，對于飛行響應(yīng)，要求舵面或擾流板漂浮、卡阻的飛行動力學(xué)模型要能代表真實(shí)飛機(jī)飛行響應(yīng)，其差異不影響MOC8試驗(yàn)結(jié)論的評定。

3 模擬器逼真度的評估

3.1 模擬器逼真度評估的方法

飛行仿真模擬器的逼真度評估內(nèi)容包括7個(gè)方面：駕駛艙環(huán)境、飛行動力學(xué)模型、發(fā)動機(jī)數(shù)學(xué)模型、機(jī)載系統(tǒng)軟件、機(jī)載系統(tǒng)硬件、駕駛艙運(yùn)動系統(tǒng)以及其它支持?jǐn)?shù)據(jù)和模擬器系統(tǒng)特性。

3.1.1 駕駛艙環(huán)境

駕駛艙環(huán)境包括大氣條件、艙內(nèi)聲響、視景、跑道條件、駕駛艙布置以及駕駛艙燈光：

(1) 大氣條件包括大氣參數(shù)、風(fēng)速、各種風(fēng)場模型和大氣紊流模型；

(2) 艙內(nèi)聲響包括發(fā)動機(jī)空中地面起動和各種工作狀態(tài)及狀態(tài)改變的聲音、空調(diào)噪音、航電設(shè)備噪聲、雨聲、風(fēng)擋雨刷聲、大氣擾動聲、收放增升裝置和起落架聲、機(jī)身振動聲等；

(3) 視景包括機(jī)場地面晝夜和晝夜變化視景、機(jī)場空域晝夜和晝夜變化視景、雨雪霧天視景、結(jié)冰氣象視景、雷雨氣象視景等，還包括云底高和能見度設(shè)置、機(jī)場選擇和機(jī)場燈光等；

(4) 跑道條件包括跑道長度、寬度、坡度、場高以及跑道材質(zhì)和粗糙度設(shè)置；

(5) 駕駛艙布置包括中央和左右操縱臺布置、中央儀表板、頂部控制板、電源中心、風(fēng)擋布置以及其它內(nèi)部尺寸和空間布置等；

(6) 駕駛艙燈光包括駕駛艙照明和調(diào)光板等。

通過上述各項(xiàng)比較，說明模擬器可以模擬的大氣環(huán)境、機(jī)場條件以及駕駛艙的布置逼真度。

3.1.2 飛行動力學(xué)模型

飛行動力學(xué)模型包括氣動力數(shù)據(jù)庫、空中6自由度運(yùn)動方程、地面6自由度運(yùn)動方程和起落架地面運(yùn)動模型。

氣動力數(shù)據(jù)庫應(yīng)包括6分量氣動力/力矩隨迎角、側(cè)滑角、Ma、角速度等的變化，以及增升裝置增量、操縱面增量、起落架增量、發(fā)動機(jī)影響增量(即滑流或尾噴增量)、結(jié)冰影響增量等，以風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，使用試飛數(shù)據(jù)的參數(shù)辨識結(jié)果進(jìn)行修正，以得到真實(shí)飛機(jī)的氣動力數(shù)據(jù)。通過解算空中和地面6自由度運(yùn)動方程來達(dá)到仿真飛行的目的。按照CCAR60 部(飛行模擬設(shè)備的鑒定和使用規(guī)則)[4]附錄A(飛機(jī)飛行模擬機(jī)鑒定性能標(biāo)準(zhǔn))的附件2(飛機(jī)飛行模擬器客觀測試)的要求進(jìn)行鑒定，即可確定飛行動力學(xué)模型的逼真度。

3.1.3 發(fā)動機(jī)數(shù)學(xué)模型

發(fā)動機(jī)數(shù)學(xué)模型包括發(fā)動機(jī)各種設(shè)定狀態(tài)推力/功率值和耗油率、加減速特性、停車和風(fēng)車特性、自動油門(若有)、推力管理以及設(shè)定狀態(tài)相互過渡的特性等，此項(xiàng)只能由發(fā)動機(jī)供應(yīng)商提供。若有APU 提供動力輸出或工作，也需供應(yīng)商提供相應(yīng)的推力和耗油率數(shù)學(xué)模型。

3.1.4 機(jī)載系統(tǒng)軟件

機(jī)載系統(tǒng)軟件包括飛控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件，通過模擬的系統(tǒng)功能和性能與飛機(jī)真實(shí)系統(tǒng)的比較來表明機(jī)載軟件的逼真度。

3.1.5 機(jī)載系統(tǒng)硬件

機(jī)載系統(tǒng)硬件包括飛控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)等系統(tǒng)在駕駛艙內(nèi)安裝的硬件，通過硬件的尺寸、材質(zhì)、操作性等與飛機(jī)真實(shí)系統(tǒng)的比較來表明機(jī)載硬件的逼真度。

3.1.6 駕駛艙運(yùn)動系統(tǒng)

運(yùn)動系統(tǒng)需滿足CCAR60 附錄A 中附件1 和附件2 中對運(yùn)動系統(tǒng)的要求。

3.1.7 其它支持?jǐn)?shù)據(jù)和模擬器系統(tǒng)特性

包括飛機(jī)重量、重心、慣量、慣性矩以及裝載方案，計(jì)算機(jī)能力(時(shí)間延遲)，儀表響應(yīng)特性等。

通過這7方面的評估，最終確認(rèn)模擬器的逼真度。

3.2 CCAR60部要求

3.2.1 飛模鑒定相關(guān)要求

CCAR60 部第60.23 條規(guī)定的“飛行模擬設(shè)備客觀數(shù)據(jù)要求”主要有：

(1)在鑒定期間為了評估飛行模擬設(shè)備的性能和操縱品質(zhì)，飛行模擬設(shè)備運(yùn)營人應(yīng)當(dāng)向民航總局提交航空器制造廠家的試飛數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括頒發(fā)型號合格證后因航空器性能、操縱品質(zhì)、功能或其他特性發(fā)生變化所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)(例如反映適航指令的數(shù)據(jù))，并且這些變化應(yīng)當(dāng)是影響到飛行機(jī)組成員訓(xùn)練、檢查或獲取飛行經(jīng)歷的變化。

(2)飛行模擬設(shè)備運(yùn)營人也可向民航總局提供其他來源的試飛數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的采集和生成應(yīng)當(dāng)符合本規(guī)則鑒定性能標(biāo)準(zhǔn)中對數(shù)據(jù)試飛方法的相應(yīng)規(guī)定。

(3)飛行模擬設(shè)備運(yùn)營人還可向民航總局提交預(yù)測數(shù)據(jù)、飛行手冊數(shù)據(jù)或經(jīng)民航總局認(rèn)可的其他公共數(shù)據(jù)，以便用于支持飛行模擬設(shè)備獲得特殊使用的批準(zhǔn)

(4)應(yīng)當(dāng)按照試飛大綱采集用于確定飛行模擬設(shè)備性能和操縱品質(zhì)的試飛數(shù)據(jù)。

CCAR60部對飛機(jī)飛行模擬機(jī)客觀測試的要求詳見CCAR60 部附錄A 附件2。其中第 60.A.2.3 條“模擬機(jī)客觀測試標(biāo)準(zhǔn)”詳細(xì)規(guī)定了需要完成的客觀測試項(xiàng)目及容差，測試項(xiàng)目有：

(1) 性能：包括滑行、起飛、爬升、巡航、地面減速、發(fā)動機(jī)；

(2) 操縱品質(zhì)：包括靜態(tài)操縱檢查、動態(tài)操縱檢查、縱向、橫航向、著陸、地面效應(yīng)、剎車衰減、風(fēng)切變功能；

(3) 運(yùn)動系統(tǒng)：包括位移最低要求、加速度最低要求、速度最低要求、頻率響應(yīng)、運(yùn)動提示、支柱協(xié)調(diào)性、平滑性；

3.2.2 飛行響應(yīng)參數(shù)容差要求

CCAR60部針對不同飛行科目測試，其關(guān)鍵飛行響應(yīng)參數(shù)均有定量容差要求，表1列出了CCAR60 部所規(guī)定的主要飛行響應(yīng)參數(shù)測試容差：

表1 主要飛行相應(yīng)參數(shù)與測試容差對應(yīng)表

主要飛行響應(yīng)參數(shù)機(jī)體速率油門桿角度:駕駛桿和駕駛盤啟動力腳蹬啟動力升降舵副翼擾流板方向舵計(jì)算的配平角測試容差±20%±5°±0.89daN(2磅)±2.22daN(5磅)±2°±2°±3°±2°±0.5°

對于超出已取證飛模使用范圍外的飛行響應(yīng)，申請人需通過補(bǔ)充QTG 進(jìn)行該范圍的飛行動力學(xué)模型逼真度鑒定，一般來說，CCAR60 部規(guī)定容差的2倍值可作為補(bǔ)充QTG 的容差。

4 某型飛機(jī)模擬器逼真度評估的方法

對于已取得CAAC 頒發(fā)的合格證的飛行訓(xùn)練模擬機(jī)，其模擬機(jī)軟硬件構(gòu)型和飛行數(shù)據(jù)包均已確定。故逼真度評估原則為：

(1) 在合格證使用包線范圍內(nèi)的逼真度，則可滿足試驗(yàn)要求；

(2) 超出合格證使用包線范圍內(nèi)的逼真度，通過補(bǔ)充ATM(Acceptance Test Manual，驗(yàn)收測試手冊)和補(bǔ)充QTG 表明其逼真度。

具體按下述工作進(jìn)行：

(1) 首先確認(rèn)飛行模擬器的機(jī)載系統(tǒng)軟硬件是否滿足飛控故障下操縱品質(zhì)評定MOC8 試驗(yàn)要求，即確認(rèn)駕駛艙構(gòu)型和機(jī)載系統(tǒng)的逼真度是否滿足試驗(yàn)要求。若存在不滿足要求項(xiàng)，在飛行模擬器取證構(gòu)型基礎(chǔ)上需更改達(dá)到要求或評估其對試驗(yàn)的影響；

(2) 根據(jù)ATM 確認(rèn)機(jī)載系統(tǒng)是否能正常工作以及功能實(shí)現(xiàn)的正確與否，也同時(shí)進(jìn)一步確認(rèn)機(jī)載系統(tǒng)的逼真度。若存在系統(tǒng)個(gè)別功能運(yùn)行故障，需評估該故障對MOC8試驗(yàn)的影響；若在飛行模擬器取證構(gòu)型基礎(chǔ)上對不滿足試驗(yàn)要求項(xiàng)進(jìn)行了升級，需補(bǔ)充進(jìn)行ATM 測試以重新確認(rèn)該部分是否能正常工作以及功能實(shí)現(xiàn)的正確與否；

(3) 根據(jù)ATM 確認(rèn)運(yùn)動系統(tǒng)、視景系統(tǒng)和音響系統(tǒng)的逼真度、計(jì)算機(jī)能力、儀表響應(yīng)特性是否滿足試驗(yàn)要求，也即確認(rèn)這些系統(tǒng)的逼真度是否滿足試驗(yàn)要求。若存在系統(tǒng)個(gè)別功能運(yùn)行故障，需評估該故障對MOC8 試驗(yàn)的影響；

(4) 根據(jù)QTG 確認(rèn)飛行動力學(xué)模型和發(fā)動機(jī)數(shù)學(xué)模型的逼真度。若試驗(yàn)要求超出了飛行模擬器取證構(gòu)型基礎(chǔ)上的QTG 測試項(xiàng)目，需進(jìn)行補(bǔ)充QTG 以表明該部分內(nèi)容的逼真度符合試驗(yàn)要求；

(5) 大氣條件、跑道條件、飛機(jī)重量、重心、慣量、慣性矩以及裝載方案等逼真度評估。

5 結(jié)論

民用飛機(jī)MOC8試驗(yàn)一般應(yīng)該使用工程模擬器完成，但是飛行模擬器通過評估后也可用于MOC8試驗(yàn)，同時(shí)飛行模擬器評估中使用的QTG(鑒定測試指南)，也可作為工程模擬器開展MOC8試驗(yàn)的參考和借鑒。

[1] 中國民用航空總局. CCAR25. 運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京：中國民用航空局, 2011．

[2] FAA. AC25-7C, Flight test guide for certification of transport category airplanes[S], USA: FAA, 2012.

[3] 章伯定,俞志剛.如何考慮工程模擬器的逼真度和有效性[J].飛行力學(xué),1992,(4).

[4] 中國民用航空總局. CCAR60. 飛行模擬設(shè)備的鑒定和使用規(guī)則[S]. 北京：中國民用航空局, 2005．

[編校：楊 琴]

Research on Flight Simulator Evaluating Based on the Requirement of MOC8 Test

PENG Zhen1, LIU Xun2

1．ShanghaiAircraftDesignandResearchInstitute,Shanghai201210；2.ShanghaiAircraftAirworthinessCertificationCenter,Shanghai200335)

This paper describes the reason of MOC8 testing on a flight simulator. Based on the summary of the experience of civil aircraft flight simulation test, the MOC8 testing on a flight simulator is discussed.

MOC8 test; flight simulator; fidelity

2015-06-27

彭震(1982- )，男，湖南岳陽人，工程師，工學(xué)碩士，研究方向?yàn)槊駲C(jī)適航驗(yàn)證。

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A

1671-9654(2015)03-052-04