模擬機與原型機試飛優(yōu)化結(jié)合技術(shù)的研究

屈飛舟，桂敬冉

（1.中國飛行試驗研究院，陜西?西安?710089；?2.中國商飛上海飛機客戶服務(wù)有限公司，上海?200240）

飛行模擬機是飛行員進行飛行訓(xùn)練的一種設(shè)備，是按特定機型、型號以及系列的航空器座艙一比一對應(yīng)復(fù)制的，包括表現(xiàn)航空器在地面和空中運行所必需的設(shè)備和支持這些設(shè)備運行的計算機程序、提供座艙外景像的視景系統(tǒng)以及能夠提供動感的運動系統(tǒng)。近幾年來，中國民用航空的發(fā)展令人矚目。迅速擴大的機隊，大量更新的設(shè)備以及新航線的日益增加，對飛行員的需求大量增加。而飛行員除完成上崗前的培訓(xùn)外，每年必須完成一定時間的訓(xùn)練，主要操作培訓(xùn)有正常航線運行、應(yīng)急情況處理等。如此大量的培訓(xùn)，如果完全依靠真實飛機訓(xùn)練，一是客觀條件不允許，風(fēng)險大，二是花費太高，特別是通過上機帶飛來掌握應(yīng)急程序幾乎是不可能的。為解決這一矛盾，民用飛機飛行模擬機需求旺盛。而模擬機研制需要大量的試飛數(shù)據(jù)支撐，如何在原型機研制試飛階段融合模擬機試飛，提高單架次試飛效率，是縮短研制周期和降低成本的關(guān)鍵[1]。

1??模擬機試飛內(nèi)容分析

按照試飛數(shù)據(jù)的不同用途，飛行模擬機設(shè)備鑒定所需試飛數(shù)據(jù)通?？煞譃?類：

（1）飛行模擬機建模用數(shù)據(jù)（DEG）；

（2）飛行模擬機驗證模型用數(shù)據(jù)（VAL）；

（3）飛行模擬機設(shè)備性能測試鑒定用數(shù)據(jù)（QTG）。

在某型飛機的飛行模擬機數(shù)據(jù)提取試飛中，共計安排5類19項502個試驗動作點。這些試驗動作的具體分布見表1。

表1 某型飛機的飛行模擬機飛行試驗內(nèi)容

根據(jù)不同用途試飛數(shù)據(jù)分布情況和不同種類試飛科目的分布情況，可以看出：

（1）用于模擬機模型開發(fā)的數(shù)據(jù)占全部數(shù)據(jù)總量的一半以上。

（2）飛機操縱性（縱向和橫航向操縱）試驗內(nèi)容占全部工作量的26%，這些試驗大約有一半內(nèi)容可以結(jié)合原型機的研制試飛完成。

（3）飛機模態(tài)特性（縱向模態(tài)特性、橫航向模態(tài)特性）試驗內(nèi)容占全部工作量的20%，這些科目全部可以結(jié)合原型機的研制試飛完成。

無論是模擬機建模用數(shù)據(jù)、驗?zāi)Ｓ脭?shù)據(jù)，還是設(shè)備鑒定測試數(shù)據(jù)，飛機操縱性和模態(tài)特性的試驗都是試飛的重頭戲。試飛資源配置的合理與否決定著項目推進的順利程度[2]。而這些試飛科目大部分都可以和型號的合格審定試飛結(jié)合完成，因此模擬機數(shù)據(jù)提取試飛具備與原型機試飛優(yōu)化結(jié)合的基礎(chǔ)。

2??試飛要素分析

原型機的試飛分為研發(fā)試飛、表明符合性試飛和局方審定試飛3個階段。飛行模擬機數(shù)據(jù)提取的試飛包括模擬機研發(fā)試飛和模擬機驗證試飛。其中，研發(fā)試飛需求由制造廠商提出，符合性試飛需求是獲取局方頒布證件所必須滿足的各項審定條款要求。

通過對試飛大綱的梳理、理解與分析，每一本試飛大綱都會被分解為若干飛行試驗科目，每一項試飛科目均與試飛需求之間存在著一對多的關(guān)聯(lián)關(guān)系。每個試飛科目根據(jù)其自身的試驗內(nèi)容，均對試驗飛機的構(gòu)型存在一定的要求。當(dāng)且僅當(dāng)試驗飛機構(gòu)型能夠滿足試飛科目需求時，該試驗機才能執(zhí)行與該試飛科目相關(guān)的飛行試驗。試驗點是對試飛科目的進一步細化與量化，它是民機飛行試驗規(guī)劃過程中的最小單位[3]。

飛行試驗點包含有試驗狀態(tài)、優(yōu)先權(quán)、先決條件、配平要求以及限制條件等大量信息。把各個專業(yè)或課題的試飛要求轉(zhuǎn)換為試驗點的要求，并按照一定的準(zhǔn)則，對試驗點和動作集進行識別、合并和精簡，從而生成一個完成飛行試驗任務(wù)的完備而最小的試驗點和動作集合。一個典型飛機的試飛大綱由涉及飛機各個系統(tǒng)的20000～30000個試驗點構(gòu)成，這些試驗點可能需要2000～3000個飛行小時，每個飛行小時的費用約為10萬～20萬元。對試驗點和動作集進行綜合將會加快試飛進度，使試飛費用明顯降低。

試驗點和動作集的綜合要在對試驗點各項屬性綜合分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用完備性檢驗等相關(guān)理論和技術(shù)。

應(yīng)用試驗點理論，對原型機的試飛大綱和飛行模擬機的試飛大綱進行分解，形成各自的試飛要素表，從而為進一步優(yōu)化結(jié)合做好基礎(chǔ)工作。

3??優(yōu)化結(jié)合方法

飛行模擬機和原型機試飛優(yōu)化結(jié)合，首先要對比分析最終試飛執(zhí)行的依據(jù)文件：模擬機試飛大綱和原型機各專業(yè)的試飛大綱。

試飛任務(wù)優(yōu)化是通過對試驗和產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行參數(shù)化梳理，分析試驗點屬性，決定優(yōu)化結(jié)合的方式，從而確定最終的方案[4]。相同屬性的試驗點，可以在模擬機和原型機試飛中通用，首先需根據(jù)原型機和模擬機試飛大綱，梳理出這部分內(nèi)容，同時根據(jù)模擬機和原型機的進度計劃進行合理安排，確保兩者的進度協(xié)調(diào)一致。部分屬性相同的試驗點根據(jù)屬性的影響，結(jié)合方式可以為平行試驗，比如重量重心要求一致，飛機構(gòu)型也一致，僅試驗方法不同或試驗的高度速度點不同，可以在一個任務(wù)單或一段時間內(nèi)，原型機和模擬機各完成部分試驗點。對于屬性要求無法統(tǒng)一，尤其是構(gòu)型要求不同的，安排進行獨立試驗。

綜上，將模擬機與原型機試飛的結(jié)合方式分為以下幾種，見表2。

表2 試飛優(yōu)化結(jié)合方式

不同結(jié)合方式的說明如下。

（1）直接使用：飛模試飛與原型機試飛對飛機的重量重心、狀態(tài)、形態(tài)、操縱方法要求均相近，飛機做一次飛行動作即可同時滿足飛模試飛與原型機試飛的要求，可最大程度上節(jié)約試飛時間。

（2）狀態(tài)點結(jié)合：飛模試飛與原型機試飛對飛機的重量重心、狀態(tài)、形態(tài)要求均相近，但操縱方法要求不同。飛機在做完一個科目回復(fù)穩(wěn)定后，即可接著做另一個科目。采用該種結(jié)合方式，科目間的過渡時間很短，可在很大程度上節(jié)約試飛時間。

（3）形態(tài)改變結(jié)合：飛模試飛與原型機試飛對飛機的重量重心、狀態(tài)要求均相近，但對飛機形態(tài)要求不同。飛機在做完一個科目，調(diào)整飛機形態(tài)（飛機狀態(tài)會有微小改變，但影響不大）后才可做下一個科目。采用該種結(jié)合方式，科目間的過渡時間也很短，可在很大程度上節(jié)約試飛時間。

（4）狀態(tài)改變結(jié)合：飛模試飛與原型機試飛對飛機的重量重心要求相近，但對飛機狀態(tài)、形態(tài)要求不同。飛機在做完一個科目，需要調(diào)整飛機的狀態(tài)、形態(tài)才可做下一個科目。采用該種結(jié)合方式，科目間過渡時間較前幾種方式長，但可節(jié)約試飛架次。

（5）單獨安排飛模試飛：飛模試飛與原型機試飛對飛機的重量重心要求不同，兩種試飛無法安排在同一個架次進行，只能單獨安排飛模試飛架次。

（6）特殊條件結(jié)合：由于個別飛行模擬機試飛科目（如側(cè)風(fēng)起飛、側(cè)風(fēng)著陸、濕/冰跑道減速）對試飛條件有著較為嚴格的要求，無法單獨為飛行模擬機安排試飛，因此需與原型機試飛一起在某一時間段內(nèi)進行。

獲取了兩類試飛中所有大綱的試驗點屬性，然后按照上述結(jié)合方式對飛行模擬機試飛的所有試驗點進行歸類，給出模擬機試飛的每個試驗點與原型機試驗點結(jié)合的方式，這樣就完成了兩類試飛優(yōu)化結(jié)合最重要的一步。

然后需要關(guān)注試飛計劃的制定，確保兩類試飛的進度能夠協(xié)調(diào)一致，這樣在試飛執(zhí)行環(huán)節(jié)才能確保優(yōu)化結(jié)合的成果。

在試飛詳細計劃的編制工作中，首先將試飛任務(wù)包劃分為若干子試飛任務(wù)包，然后根據(jù)子任務(wù)包之間對于試驗機構(gòu)型的需求不同在相鄰的子任務(wù)包之間插入停飛期。為了保證模擬機試飛與原型機試飛結(jié)合的效果，需要盡可能地將可以結(jié)合的試驗點歸類到同一個試飛任務(wù)包中。同時，借助試飛規(guī)劃與管理軟件提高效率[5]。

4??結(jié)束語

梳理了某型飛機飛行模擬機試飛數(shù)據(jù)的構(gòu)成，可以看出，進行模擬機試飛與原型機試飛的優(yōu)化結(jié)合工作，可以節(jié)省大量研制成本，加快模擬機的交付進度。因此，分析了飛行試驗的要素，提出應(yīng)用試驗點理論，對兩類試飛的大綱進行分解，并提出優(yōu)化結(jié)合方式，對分解后的試驗點進行組合，并以試飛任務(wù)包的方式進行歸類以確保試飛計劃按照優(yōu)化結(jié)合方案正確執(zhí)行，從而實現(xiàn)兩類試飛的優(yōu)化結(jié)合。形成的優(yōu)化結(jié)合方法可以有效指導(dǎo)民用運輸類飛機飛行模擬機數(shù)據(jù)提取試飛與原型機試飛結(jié)合進行，加快模擬機研制進度，對于其他類型飛機的模擬機研制試飛也具有重要借鑒意義。