民用飛機(jī)氣源系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程研究

王睿

【摘 要】為了設(shè)計(jì)出功能優(yōu)化、性能良好的氣源系統(tǒng)，本文結(jié)合民用飛機(jī)氣源系統(tǒng)研制過程，以飛機(jī)研制過程為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合其他系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，貫徹適航要求，針對(duì)氣源系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)階段，總結(jié)出一套較為完整的氣源系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程。

【關(guān)鍵詞】氣源系統(tǒng)；民用飛機(jī)；設(shè)計(jì)流程

0 引言

氣源系統(tǒng)作為飛機(jī)上較基本系統(tǒng)，是為客艙和駕駛艙創(chuàng)造良好環(huán)境的源頭，應(yīng)探索總結(jié)出一套較為優(yōu)化、高效和清晰的設(shè)計(jì)流程，并為后續(xù)機(jī)型的設(shè)計(jì)鋪路，將設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)成文具有相當(dāng)強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。氣源系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是考慮下游各個(gè)用氣系統(tǒng)的需求，并通過自身的活門調(diào)節(jié)和關(guān)斷，使發(fā)動(dòng)機(jī)氣源的引氣在飛機(jī)飛行的各個(gè)階段與下游用氣系統(tǒng)需求相匹配，并協(xié)調(diào)完成飛機(jī)運(yùn)行時(shí)的各種功能，為實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的安全、舒適、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)創(chuàng)造良好的條件。氣源系統(tǒng)是民用支線干線飛機(jī)的傳統(tǒng)機(jī)載系統(tǒng)，除波音787系列飛機(jī)無傳統(tǒng)意義上的氣源系統(tǒng)外，其他型號(hào)飛機(jī)均采用成熟的引氣系統(tǒng)布局，可選擇從發(fā)動(dòng)機(jī)、APU（Auxiliary Power Unit，輔助動(dòng)力裝置）和高壓地面氣源引氣，并將空氣輸送至下游系統(tǒng)，滿足其用氣需求。本文將從民用飛機(jī)的從民用飛機(jī)的研制流程出發(fā)，介紹氣源系統(tǒng)在民用飛機(jī)研制流程的設(shè)計(jì)階段，應(yīng)完成的主要任務(wù)，并對(duì)氣源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程加以總結(jié)。

1 民用飛機(jī)研制階段中氣源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程

1.1 民用飛機(jī)的研制階段與流程

我國(guó)的民機(jī)研制目前采用“主制造商-供應(yīng)商”模式，民用飛機(jī)研制階段可分為立項(xiàng)論證、可行性論證、預(yù)發(fā)展、工程發(fā)展、批生產(chǎn)與產(chǎn)業(yè)化五個(gè)階段，如圖1所示。民用飛機(jī)研制應(yīng)按照階段劃分實(shí)行里程碑控制，每個(gè)階段的輸出作為下一個(gè)階段的主要輸入。作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)部門，設(shè)計(jì)工程師主要參與的是可行性論證、預(yù)發(fā)展和工程發(fā)展階段。

氣源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵階段是預(yù)發(fā)展階段和工程發(fā)展階段中的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師需要綜合考慮氣源系統(tǒng)生命周期中的各種因素，理清設(shè)計(jì)輸入與設(shè)計(jì)輸出，與其他系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，保證系統(tǒng)的功能和性能達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。本文將著重介紹這三個(gè)階段中氣源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程。

1.2 預(yù)發(fā)展階段氣源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程

在立項(xiàng)論證階段和可行性論證階段，飛機(jī)設(shè)計(jì)目標(biāo)與要求中定義了氣源系統(tǒng)的引氣方式和下游用氣系統(tǒng)。預(yù)發(fā)展階段的目標(biāo)是針對(duì)可行性論證階段確定的飛機(jī)設(shè)計(jì)目標(biāo)與要求，權(quán)衡細(xì)化，凍結(jié)總體技術(shù)方案。預(yù)發(fā)展階段分為總體方案定義即聯(lián)合概念定義階段（JCDP， Joint Concept Definition Phase）和初步設(shè)計(jì)即聯(lián)合定義階段（JDP， Joint Definition Phase）兩個(gè)子階段。

1.2.1 聯(lián)合概念定義階段氣源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程

在聯(lián)合概念定義階段，氣源系統(tǒng)需要進(jìn)行供應(yīng)商的初步篩選，并向供應(yīng)商發(fā)出信息征詢書（RFI， Request for Information），其中描述氣源系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)要求、關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)和系統(tǒng)設(shè)備定義等。供應(yīng)商回復(fù)RFI，雙方討論確定初步系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范。

初步系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范確定后，主制造商向供應(yīng)商發(fā)出項(xiàng)目招標(biāo)書（RFP， Request for Proposal），主要由工作說明（SOW， Statement of Work）和頂層要求（HLR， High Level Requirement）組成。SOW中主要描述雙方在氣源系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)責(zé)任、系統(tǒng)設(shè)計(jì)分工與范圍、試驗(yàn)試飛、構(gòu)型控制、適航取證等內(nèi)容；在HLR中主要描述氣源系統(tǒng)基本要求，包括必須遵守的通用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范、功能和性能要求、重量要求、噪聲要求、電磁環(huán)境要求和四性要求等。

主制造商根據(jù)各個(gè)供應(yīng)商對(duì)RFP的回復(fù)情況評(píng)估供應(yīng)商承擔(dān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)責(zé)任的各項(xiàng)能力，最后與選定的供應(yīng)商根據(jù)RFP達(dá)成一致簽訂合同意向書（LOI， Letter of Intent），LOI中規(guī)定選定的供應(yīng)商對(duì)RFP的符合情況以及新增要求、取消要求和澄清要求，LOI作為聯(lián)合定義階段主制造商與供應(yīng)商開展系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的有效約定。

在聯(lián)合概念定義階段，根據(jù)飛機(jī)總體技術(shù)方案，氣源系統(tǒng)與供應(yīng)商的共同確定系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)要求與系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)規(guī)范。聯(lián)合概念定義階段氣源系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖見圖2。

1.2.2 聯(lián)合定義階段氣源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程

在聯(lián)合定義階段，主制造商與供應(yīng)商應(yīng)按照已簽署LOI開展系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)，對(duì)于氣源系統(tǒng)，需要考慮飛機(jī)通用技術(shù)規(guī)范、上游氣源與下游用氣系統(tǒng)接口、重量、可靠性、維修性、安全性、數(shù)字樣機(jī)協(xié)調(diào)、設(shè)備鑒定、審定基礎(chǔ)、試驗(yàn)規(guī)劃等方面的要求，并綜合考慮上述要求確定氣源系統(tǒng)在JDP的主要輸出：設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)規(guī)范、可靠性分析、維修性分析、功能危險(xiǎn)性評(píng)估、安全性評(píng)估、重量狀態(tài)報(bào)告、系統(tǒng)與上游氣源及下游用氣系統(tǒng)的功能與機(jī)械接口控制文件（FICD， Functional Interface Control Document與MICD， Mechanical Interface Control Document）、系統(tǒng)控制與航電及其他系統(tǒng)信號(hào)交聯(lián)的電氣接口控制文件（EICD， Electrical Interface Control Document）、數(shù)模、性能計(jì)算報(bào)告、符合性驗(yàn)證計(jì)劃、試驗(yàn)規(guī)劃、試飛要求等。在JDP出口前需對(duì)氣源系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)評(píng)審（PDR， Preliminary Design Review），主要評(píng)審對(duì)象是氣源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，PDR標(biāo)志的JDP基本結(jié)束，系統(tǒng)已完成了系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)中90%的工作。雖然有遺留問題，但是這些問題沒有技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)且不涉及到商務(wù)更改。從PDR到JDP退出，這一階段之中力量解決PDR后的遺留問題，直到JDP退出。聯(lián)合定義階段氣源系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖，見圖3。

工程發(fā)展階段的目標(biāo)是綜合考慮項(xiàng)目技術(shù)、制造、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性、適航審定等問題，進(jìn)行產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)、試制和試驗(yàn)等，并最終通過相關(guān)部門的審定。型號(hào)合格證（TC）的頒發(fā)和首架交付，標(biāo)志本階段工作結(jié)束。工程發(fā)展階段分為詳細(xì)設(shè)計(jì)階段、全面試制階段和試飛取證階段三個(gè)子階段。下面主要介紹詳細(xì)設(shè)計(jì)階段氣源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程。

1.3 詳細(xì)設(shè)計(jì)段氣源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程

在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段（DDP， Detail Design Phase），氣源系統(tǒng)需完成系統(tǒng)的詳細(xì)定義，根據(jù)JDP的成果，編制系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)報(bào)告、完成所有產(chǎn)品數(shù)字化定義模型和圖樣、編制系統(tǒng)設(shè)備規(guī)范、進(jìn)行系統(tǒng)性能計(jì)算、導(dǎo)管應(yīng)力分析、細(xì)化ICD、確定審定基礎(chǔ)、細(xì)化符合性驗(yàn)證計(jì)劃、確定系統(tǒng)試驗(yàn)試飛要求、確定系統(tǒng)軟硬件驗(yàn)證與取證計(jì)劃、編制技術(shù)出版物、細(xì)化設(shè)備鑒定計(jì)劃等。

關(guān)鍵設(shè)計(jì)評(píng)審（CDR， Critical Design Review）是在詳細(xì)設(shè)計(jì)基本完成后對(duì)所有技術(shù)項(xiàng)目進(jìn)行的評(píng)審。關(guān)鍵設(shè)計(jì)評(píng)審應(yīng)確定詳細(xì)設(shè)計(jì)結(jié)果是否滿足設(shè)計(jì)規(guī)范和專業(yè)工程的要求，確定氣源系統(tǒng)與其他專業(yè)之間詳細(xì)設(shè)計(jì)的相容性，從技術(shù)、費(fèi)用和進(jìn)度等方面評(píng)估項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估硬件的可生產(chǎn)性，并審查成品、系統(tǒng)件和設(shè)備規(guī)范的初稿。CDR的結(jié)束，標(biāo)志的氣源系統(tǒng)設(shè)計(jì)已達(dá)到一個(gè)里程碑，氣源系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范、數(shù)模與安裝位置、符合性驗(yàn)證計(jì)劃已基本凍結(jié)已凍結(jié)。詳細(xì)設(shè)計(jì)階段氣源系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程見圖4。

2 結(jié)論

本文總結(jié)了在民用飛機(jī)設(shè)計(jì)流程中預(yù)發(fā)展階段與詳細(xì)設(shè)計(jì)階段中，從各類輸入與輸出的角度，分析了氣源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)以上流程制定計(jì)劃并開展工作。

[責(zé)任編輯：鄧麗麗]