民用運輸類飛機(jī)A MST A R功能及其驗證方法

薛戰(zhàn)東 左澤軒

(上海飛機(jī)設(shè)計研究院，中國 上海 201210）

0 引言

隨著民用飛機(jī)的復(fù)雜性、綜合和集成化的不斷提高，同時伴隨民機(jī)市場的競爭越來越激烈，飛機(jī)的安全性、測試性、故障診斷、故障隔離、故障預(yù)測和維護(hù)性等問題越來越受到飛機(jī)系統(tǒng)或設(shè)備供應(yīng)商、飛機(jī)制造商（OEM）、特別是飛機(jī)客戶關(guān)注?，F(xiàn)代民機(jī)上主要采用中央維護(hù)系統(tǒng)（簡稱為CMS）來分析、監(jiān)控、診斷或預(yù)測飛機(jī)故障，以幫助維護(hù)人員工作，保證飛機(jī)持續(xù)適航性和運行安全，提高飛機(jī)的測試性、維護(hù)性和經(jīng)濟(jì)性等。通過該功能可以降低對維護(hù)專業(yè)人員要求、減小/縮短飛機(jī)維護(hù)時間、提升飛機(jī)簽派率，最終降低飛機(jī)維護(hù)和運行成本以及提高飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，同時通過識別反復(fù)出現(xiàn)的故障和趨勢支持提高可靠性，防患于未然。

測試和調(diào)整功能（Test And Rigging，簡稱為TAR功能）是集成于CMS的一個必不可少的子功能，通過人機(jī)交互的模式實現(xiàn)各個成員系統(tǒng)（將使用TAR功能的飛機(jī)非航電機(jī)載系統(tǒng)稱為TAR功能成員系統(tǒng)）自身調(diào)整、自檢測（BIT）、詳細(xì)故障信息查看、清除歷史數(shù)據(jù)、軟件構(gòu)型信息與系統(tǒng)狀態(tài)信息查看等。TAR功能各成員系統(tǒng)需基于自身系統(tǒng)復(fù)雜和重要程度以及自身特點，決定并負(fù)責(zé)實際實現(xiàn)各自系統(tǒng)的TAR功能。CMS作為該功能的集成者，主要為各系提供通用、統(tǒng)一的交互方式和入口，并顯示測試和調(diào)整結(jié)果。由于該功能采用交互的方式、各成員系統(tǒng)TAR功能相對獨立且具體負(fù)責(zé)邏輯實現(xiàn)，通常將與各系統(tǒng)相關(guān)的TAR功能稱為各系統(tǒng)TAR功能。

中國民用運輸類飛機(jī)起步晚，且發(fā)展比較緩慢，國內(nèi)對于TAR功能的認(rèn)識、驗證以及對CCAR25部相關(guān)適航條款的符合性等需要進(jìn)一步研究。為此，本文詳細(xì)闡述空氣管理管理TAR功能及其一種驗證方法，以為后續(xù)其他民用運輸類飛機(jī)項目TAR功能設(shè)計、驗證和符合性方法提供參考和建議。

1 空氣管理系統(tǒng)TAR功能

1.1 空氣管理系統(tǒng)TAR功能內(nèi)容

飛機(jī)空氣管理系統(tǒng)（AMS）由氣源系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、壓調(diào)系統(tǒng)和機(jī)翼防冰系統(tǒng)組成，空氣管理系統(tǒng)控制器（后續(xù)簡稱為控制器）為上述四個子系統(tǒng)的綜合集成控制器，負(fù)責(zé)整個空氣管理系統(tǒng)的控制和監(jiān)控。

AMS TAR功能一般在飛機(jī)處于地面且制冷組件不工作的情況下才可以使用，以保證飛機(jī)和系統(tǒng)安全性。該功能相對于其他成員系統(tǒng)的TAR功能相對簡單，不包含Rigging和從LRU的NVM （Non-Volatile Memory）數(shù)據(jù)下載和清除功能，主要包含兩方面的內(nèi)容：測試系統(tǒng)參數(shù)和IBIT（Initiated Built-in-test）。其中，IBIT包含控制器IBIT以及CPCS/ECS/WAIS/BAS IBIT。測試的系統(tǒng)參數(shù)舉例如下：

a)活門命令/位置狀態(tài)信息；

b)傳感器數(shù)據(jù)，若傳感器超出范圍將顯示“--”；

c)開關(guān)選擇狀態(tài)信息，若開關(guān)位置錯誤將顯示“--”；

d)控制器軟件構(gòu)型以及其內(nèi)部壓力傳感器溫度；

e)飛機(jī)狀態(tài)信息，比如飛機(jī)型別，控制器識別、軟件運行模式和貨艙加熱器選裝。

1.2 空氣管理系統(tǒng)與CMS之間TAR功能通訊架構(gòu)

一般，AMS控制器與CMS之間按照ARINC 604協(xié)議進(jìn)行通訊傳輸和處理以實現(xiàn)AMS TAR功能，通訊架構(gòu)見圖2。隨著綜合化、模塊化航電系統(tǒng)的發(fā)展，CMS軟件和集成后的TAR功能XML將駐留在航電系統(tǒng)綜合處理機(jī)柜（Intermediate Processing Cabinet:IPC）的通用處理模塊中，CMS相關(guān)功能信息顯示在多個功能顯示器（Multifunction Display:MFD）上。AMS TAR功能通訊模式有兩種：

a)交互模式：控制器與CMS之間交互響應(yīng)以執(zhí)行測試操作和輸出構(gòu)型信息；

b)自動模式：在控制器通道進(jìn)入相應(yīng)的具體測試操作或頁面后，控制器對應(yīng)通道將自動自動更新MFD顯示的信息。

實現(xiàn)AMS TAR功能主要條件：

a)集成后的AMS XML：可以將其視為支持AMS TAR功能的機(jī)載數(shù)據(jù)庫，主要用于定義和提供TAR功能通訊和顯示的一些信息，比如LRU名稱、設(shè)備ID(Equipment ID)，頁面名稱、組件名稱（Component Name）和組件類型（Component Type）等；

b)CMS軟件：集成CMS的所有功能，并在MFD上顯示；

c)AMS控制器及其所含軟件：AMS控制器軟件主要負(fù)責(zé)實現(xiàn)AMS控制和監(jiān)控，其含具體AMS TAR功能邏輯實現(xiàn)。

圖2 AMS TAR功能通訊架構(gòu)

1.3 空氣管理系統(tǒng)TAR功能XML開發(fā)集成

通常，用于支持TAR功能的ARINC 604協(xié)議以及XML的開發(fā)集成工具由CMS供應(yīng)商或飛機(jī)主制造商應(yīng)提供，這樣可以確保TAR功能各成員系統(tǒng)能夠按照正確統(tǒng)一的要求開發(fā)XML和各系統(tǒng)軟件相關(guān)TAR功能代碼。AMS供應(yīng)商基于統(tǒng)一的XML開發(fā)工具開發(fā)分別適用于AMS控制器各個通道的XML，同時還需按照ARINC 604協(xié)議要求開發(fā)AMS控制器軟件所含的TAR功能相關(guān)軟件代碼。飛機(jī)制造商使用XML集成工具將TAR功能成員用戶的XML集成為飛機(jī)級TAR功能 （含AMS XML），以用加載到試驗室或飛機(jī)上進(jìn)行TAR功能試驗。各個成員系統(tǒng)的XML和TAR功能相對獨立，互不影響，這保證各成員系統(tǒng)可以獨立進(jìn)行TAR功能驗證。AMS TAR功能XML開發(fā)集成大致步驟如下：

圖3 AMS TAR功能XML開發(fā)集成

2 空氣管理系統(tǒng)TAR試驗驗證方法

由于TAR功能需要專門的XML支持以及各成員系統(tǒng)TAR功能的差異性，若要各成員系統(tǒng)供應(yīng)商對TAR功能XML和整個環(huán)節(jié)TAR功能進(jìn)行驗證，則需要AMS供應(yīng)商具備航電相關(guān)試驗平臺軟硬件等，試驗成本和難度很大；反之，若要CMS開發(fā)商進(jìn)行全機(jī)TAR功能XML和整個TAR功能環(huán)節(jié)驗證（含AMS），則CMS供應(yīng)商需要擁有所有各成員的各相關(guān)試驗平臺軟硬件等，試驗成本和難度更大，因此通常該驗證工作由飛機(jī)主制造商負(fù)責(zé)。

由于一般民用運輸類飛機(jī)TAR功能為DAL E級，且通常作為民用運輸類飛機(jī)機(jī)載軟件和數(shù)據(jù)庫符合性方法的DO-178B對DAL E級機(jī)載軟件和數(shù)據(jù)無要求，因此申請人無需針對XML對DO-178B符合性開展專門驗證工作。依據(jù)中國民航要求，運輸類飛機(jī)必須滿足CCAR25部要求，申請人為驗證AMS TAR功能滿足設(shè)計要求，特別表明符合適航相關(guān)條款要求，可采用如下驗證方法或組合。

2.1 申請人試驗室研發(fā)試驗

申請人應(yīng)在試驗室進(jìn)行研發(fā)試驗，以進(jìn)行整個AMS TAR功能測試（含AMS控制器軟件邏輯、傳輸以及最終顯示結(jié)果），用于驗證TAR功能的正確性和保證飛機(jī)安全。AMS TAR功能試驗室試驗方式見圖4。由于試驗室試驗可模擬較全面的輸入，特別是能夠模擬AMS一些非正常構(gòu)型或狀態(tài)，比如開關(guān)故障、客艙高度告警、傳感器超出范圍等，這相對于機(jī)上試驗容易、成本低、且安全。

圖4 AMS TAR功能試驗室試驗方式

2.2 申請人機(jī)上研發(fā)試驗

由于試驗室并非飛機(jī)真實構(gòu)型以及試驗條件的部分限制，特別是當(dāng)運行AMS IBIT測試時，根據(jù)AMS TAR功能控制邏輯設(shè)計，需要相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備動作（比如活門等），這些需要在飛機(jī)上進(jìn)行相關(guān)試驗才能夠真實驗證，因此AMS TAR功能要進(jìn)行必要的機(jī)上研發(fā)試驗。機(jī)上研發(fā)試驗與試驗室試驗應(yīng)在試驗?zāi)康摹?nèi)容上有所不同并各自有其側(cè)重點。

2.3 表明符合性機(jī)上地面試驗（簡稱為MOC5）

由于國內(nèi)目前民機(jī)取證經(jīng)驗欠缺，特別是考慮申請人試驗室及人員資質(zhì)條件，上述3.1和3.2節(jié)描述的TAR功能驗證方法僅為申請人自己的研發(fā)試驗，因此為滿足條款要求還需進(jìn)行專門的AMS TAR功能表明符合性MOC5試驗。MOC5試驗前試驗大綱和試驗構(gòu)型需獲得局方批準(zhǔn)，試驗前局方需進(jìn)行機(jī)上制造符合性檢查。試驗后的試驗報告及試驗結(jié)果應(yīng)能表明AMS TAR功能符合設(shè)計要求、試驗滿足大綱判據(jù)，并最終需獲得局方批準(zhǔn)試。

3 結(jié)束語

本文概述了民用運輸類飛機(jī)空氣管理系統(tǒng)TAR功能、通訊架構(gòu)、XML開發(fā)集成以及驗證方法。對于TAR功能過驗證方法，由于項目及其主制造商和供應(yīng)商責(zé)任分工的差異性，不同的運輸類飛機(jī)項目申請人采用的TAR功能驗證方法可能不同。隨著國內(nèi)對民機(jī)研制規(guī)律認(rèn)識的不斷深入以及經(jīng)驗的不斷積累，若申請人相應(yīng)的試驗構(gòu)型和人員資質(zhì)能夠獲得局方認(rèn)可，且在申請人與局方就TAR功能符合性驗證方法達(dá)成一致前提下，若申請人在進(jìn)行研發(fā)試驗室和機(jī)上地面試驗室前相關(guān)試驗大綱獲局方批準(zhǔn)，則申請人的研發(fā)試驗室和機(jī)上地面試驗可并行視為局方表明符合性試驗，這樣可以避免重復(fù)進(jìn)行TAR功能表明符合性MOC5試驗，這在一定程度能夠節(jié)省項目研發(fā)進(jìn)度和成本。

［1］陳雯.先進(jìn)的中央維護(hù)系統(tǒng)[J].民用飛機(jī)設(shè)計與研究,2010(1).

［2］趙瑞云.民用飛機(jī)機(jī)載維護(hù)系統(tǒng)的中央維護(hù)功能[J].中國民航大學(xué)學(xué)報,2008,26(5).

［3］趙瑞云.中央維護(hù)系統(tǒng)概念及其應(yīng)用[J].航空電子技術(shù),2008,36(2).