通用飛機航電系統(tǒng)研發(fā)流程淺析

邵良

摘 要：通用航空是民用航空的重要組成部分，這一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對整個國家經(jīng)濟的發(fā)展以及社會的進步意義重大。通用航空的范疇較廣，是除軍用和商業(yè)行為以外的所有航空活動，囊括了直升機、固定翼飛機等航天器類型。目前，通用航空器具有最為廣泛的類型，其在整個社會活動中應(yīng)用最多。鑒于其類型的復(fù)雜和豐富，因此，其對整個航電系統(tǒng)和設(shè)備標準的要求較高，要全面進行航電系統(tǒng)和流程的研發(fā)。該文針對通用飛機中的航電系統(tǒng)不同于軍機研發(fā)的特點，基于全球市場上對通用飛機航電系統(tǒng)的研究，提出航電系統(tǒng)研制流程的途徑。提出主要的研發(fā)流程對象有：（1）民用飛機系統(tǒng)研制流程；（2）通用飛機特有的航電系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：通用飛機 航電系統(tǒng) 市場需求 民機系統(tǒng)研制流程

中圖分類號：V24 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（a）-0017-02

1 概述

1.1 研究對象

通用航空是指除了軍事和定期商業(yè)航線飛行以外的所有航空活動。通用航空器包括固定翼飛機、直升機和其他航空器（含無人機等）。通用航空器是目前世界上種類最多、用途最廣的一類飛行器。

通用飛機由于種類多、功能復(fù)雜，對航電系統(tǒng)和設(shè)備的要求很高。主要是兩大類，一類是低成本、安全可靠、自動化程度較高、人機界面簡潔友好、易于裁剪構(gòu)型的航空電子系統(tǒng)與設(shè)備；另一類是滿足各種作業(yè)任務(wù)需要的設(shè)備與裝置。

該文主要以23部通用飛機的航電系統(tǒng)為對象，對其航電系統(tǒng)的市場需求、功能、架構(gòu)和其獨有特點進行研究，提出航電系統(tǒng)研發(fā)流程。

1.2 民用飛機系統(tǒng)研制流程

1.2.1 雙V模型流程

通用飛機航電系統(tǒng)開發(fā)遵從《ARP-4754A民用飛機與系統(tǒng)研制規(guī)則》和《ARP-4761民用機載系統(tǒng)和設(shè)備開展安全性評估的指導(dǎo)和方法》開發(fā)流程，可以大大精簡開發(fā)成本和工作量?，F(xiàn)代民機開發(fā)流程是通用飛機航電系統(tǒng)低成本化中最重要的因素。

按照《ARP4754A民用飛機與系統(tǒng)研制規(guī)則》中的介紹，復(fù)雜機載系統(tǒng)按照典型的V模型流程進行開發(fā)，從飛機級需求開始，衍生到系統(tǒng)級，再到部件級，并且衍生出軟件需求和硬件需求。完成各級需求的需求確認后，到達V模型的底端。然后進行軟硬件級、部件級和系統(tǒng)級的實現(xiàn)，完成后進入集成和需求驗證流程，直到完成飛機級的集成和驗證。

1.2.2 安全性分析過程

在整個系統(tǒng)開發(fā)過程中，并行開展的就是系統(tǒng)安全性分析過程，安全性評估過程包括功能危險性分析FHA（飛機級、系統(tǒng)級）、初步安全性分析PSSA（飛機級、系統(tǒng)級）、安全性分析SSA（飛機級、系統(tǒng)級）、共因分析CCA等4個環(huán)節(jié)。還有故障樹、失效模式及影響分析、區(qū)域安全性分析等工具，可以在部分環(huán)節(jié)中應(yīng)用。《ARP-4761民用機載系統(tǒng)和設(shè)備開展安全性評估的指導(dǎo)和方法》中的安全性評估模型很好地解釋了在研制流程中，安全性評估的方法是如何在各個階段驗證設(shè)計并提出需求和更正設(shè)計的。采用這種從需求出發(fā)由上到下的開發(fā)過程，同時安全性評估確認和驗證的開發(fā)方法，在開發(fā)成本上有大規(guī)模的節(jié)省。

1.2.3 減少糾正錯誤的成本

在飛機研制過程中，錯誤的糾正成本隨著開發(fā)階段的推進呈現(xiàn)指數(shù)增長。航電系統(tǒng)設(shè)計的功能缺失或設(shè)計錯誤，在初期糾正或許只是文件的修改，而等到工廠全部安裝上飛機后，糾正錯誤的成本是巨大的。不同于傳統(tǒng)的資源配置開發(fā)方法，現(xiàn)代民機的開發(fā)流程可以有效避免錯誤遺留到后期。舉例說明，開發(fā)一款8座的23部飛機，根據(jù)資源配置的方法，沒有考慮安裝氣象雷達。飛機生產(chǎn)出來后，客戶要求加裝，會發(fā)現(xiàn)困難重重。對飛機全機的結(jié)構(gòu)、重量重心均有很大更改。而從需求出發(fā)，則在設(shè)計初期就收集市場需求，將該需求分配給航電系統(tǒng)。

1.2.4 人力資本精簡

通用飛機航電系統(tǒng)整個開發(fā)過程有章可循，按部就班。每個階段對應(yīng)著相應(yīng)的工作和輸出文件。因此，在通用飛機航電系統(tǒng)開發(fā)團隊中，通常一個人負責(zé)一個分系統(tǒng)，不像以往一個人負責(zé)一個設(shè)備。人員精簡，節(jié)省出大量的人力成本，使得航電系統(tǒng)的研制成本降低。

1.2.5 避免資源浪費

以往設(shè)計中為求穩(wěn)妥，放大余量，使得成本居高不下。而民機系統(tǒng)開發(fā)流程從需求出發(fā)，通過功能危害和安全性分析的驗證，對系統(tǒng)架構(gòu)、設(shè)備及其元器件可靠性指標等性能、軟硬件等級進行合理分配。這樣設(shè)備的數(shù)量配置合理，性能指標不會虛高，軟硬件研制保證等級符合適航要求。

1.3 通用飛機航電系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展

1.3.1 維護檢測功能

通用飛機制造成本和維護成本均比較低廉，沒法擁有龐大的機務(wù)和費用高昂的維護保障設(shè)備。這就要求航電系統(tǒng)具有維護檢測的要求。

（1）數(shù)據(jù)通道的檢測。

通用飛機航電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線狀態(tài)應(yīng)能顯示在飛機顯示器上，便于機務(wù)人員在總裝、試飛調(diào)試階段和飛機維修時，快速定位線路故障。美國GARMIN公司的G1000系統(tǒng)在“構(gòu)型模式”下顯示RS-232總線各路狀態(tài)，還可以顯示429總線、CAN總線、RS-485總線和HSDB總線的狀態(tài)。

（2）LRU的狀態(tài)檢測。

航電系統(tǒng)的各LRU的工作狀態(tài)，也能定位其故障形式。

（3）ICD檢測。

發(fā)動機參數(shù)和機身狀態(tài)參數(shù)的接口信號，可以將其狀態(tài)顯示到顯示器上。便于研制階段試驗和排故使用。

（4）調(diào)整片角度調(diào)整，燃油油量油箱校準，航姿校準等測試。

進入通用飛機維護界面時，可以進行調(diào)整片角度調(diào)整，燃油油量油箱校準，航姿校準等測試，并將校準結(jié)果記錄在系統(tǒng)中，不需要每次維護時重新做這些試驗，大大減輕工作量，降低成本。擁有上述維護功能的航電系統(tǒng)可以大幅降低飛機總裝調(diào)試、地面試驗時的工作量，縮短飛機研制進度。

1.3.2 適航驗證試驗

通用飛機航電系統(tǒng)具有高度綜合化的特點，通常由一個供應(yīng)商提供整個綜合航電系統(tǒng)。在對于整個系統(tǒng)進行適航驗證時，供應(yīng)商需進行一些必要的試驗和分析，減輕飛機設(shè)計單位的工作和成本。

（1）系統(tǒng)級雷電間接效應(yīng)試驗。

根據(jù)FAR23部的23.1306條“電子電氣系統(tǒng)閃電防護”條款要求以及對應(yīng)的咨詢通告AC20-136B中的要求，對于具有A級顯示功能的系統(tǒng)，需要進行系統(tǒng)級的雷電間接效應(yīng)防護試驗驗證。供應(yīng)商在設(shè)計系統(tǒng)階段就要在系統(tǒng)層面上考慮雷電間接效應(yīng)的防護和驗證。

（2）系統(tǒng)級HIRF防護試驗。

根據(jù)FAR23部的23.1308條“高強輻射場防護”的條款要求以及對應(yīng)的咨詢通告AC20-158中的要求，對于具有A級顯示功能的系統(tǒng)，需要進行系統(tǒng)級的HIRF防護試驗驗證。供應(yīng)商在設(shè)計系統(tǒng)階段就要在系統(tǒng)層面上考慮HIRF防護和驗證。

（3）系統(tǒng)散熱熱量試驗。

由于受空間和重量限制，并要考慮HIRF防護以及安裝維護的便利，通用飛機航電系統(tǒng)通常安裝在一個設(shè)備支架內(nèi)部。這就對系統(tǒng)散熱熱量有一定要求。這也要求供應(yīng)商在設(shè)計系統(tǒng)階段就要在系統(tǒng)層面上考慮系統(tǒng)散熱設(shè)計及散熱熱量試驗。

2 結(jié)語

該文針對23部飛機的航電系統(tǒng)，通過對其航電系統(tǒng)的獨有特點進行研究，提出航電系統(tǒng)研發(fā)流程的初步路徑。通用飛機工程師需按照現(xiàn)代民機系統(tǒng)研制流程來設(shè)計航電系統(tǒng)，達到低成本化的目的。飛機設(shè)計單位和航電系統(tǒng)供應(yīng)商應(yīng)根據(jù)通用飛機特點和市場需求，加強合作和溝通，探討發(fā)展出新的通用飛機航電系統(tǒng)開發(fā)流程。

參考文獻

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