飛行模擬訓練器規(guī)范評述

李 進，劉 淼

(1.南京航空航天大學，江蘇 南京 210016；2.中國直升機設計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

0 引言

中國民用航空局于2005年3月7日公布了《飛行模擬設備的鑒定和使用規(guī)則》，即CCAR60部。美國聯邦政府于2018年4月頒布實施了美國聯邦法規(guī)電子法典，其中第14章第一節(jié)D小節(jié)第60部——《飛行模擬訓練器初期、定期鑒定標準及使用規(guī)范》，即CFR 60部，是為飛行模擬訓練器所制定的。所有使用飛行模擬設備或為飛行機組成員提供飛行模擬設備進行滿足規(guī)章要求的訓練、檢查和獲取近期飛行經歷的人都應當遵守本規(guī)則的規(guī)定。二者在本國都具有非常高的權威性，是飛行訓練模擬器眾規(guī)范之中較重要者之一。現將二者對比分析，并將有關情況作一介紹和評述。

1 規(guī)范編制的背景

近年來，隨著飛行訓練的飛速發(fā)展，根據國際民航組織的標準、行政許可法的規(guī)定以及國際標準變化的需要，為了規(guī)范對飛行模擬設備的鑒定和持續(xù)監(jiān)督檢查，規(guī)范飛行模擬設備營運人對其飛行模擬設備的管理和使用，保證其達到并持續(xù)保持規(guī)定的等級和相應飛行模擬設備鑒定性能標準，確保飛行模擬設備在飛行機組成員進行滿足規(guī)章要求的訓練、檢查或獲取飛行經歷中發(fā)揮重要的作用，各國根據自己的國情分別制定了相應的標準規(guī)范。典型的直升機模擬器如圖1所示。

CCAR60部共分為A-F六章以及A-E五個附錄，從對飛行模擬設備的申請、鑒定、運行要求，到對飛行模擬設備運營人的要求和罰則都進行了詳細而明確的規(guī)定。在附錄中，CCAR60部對飛機/直升機飛行模擬機/飛行訓練器性能鑒定提出了詳細、明確的要求，并對一些特殊情況(如地面效應、風切變等)下的模擬機的鑒定要求進行了單獨說明。

CFR60部全文分正文24章及6附錄。正文為總體規(guī)范，同樣在申請、鑒定、運營要求及對飛行模擬器運營人的要求、罰則等方面進行了規(guī)定，而且相比于CCAR60更加詳細而明確。附錄為鑒定性能標準，根據飛行器類型的結構及用途可以劃分為飛機全飛行模擬器、飛機飛行訓練器、直升機全飛行模擬器和直升機飛行訓練器。章節(jié)劃分上與CCAR60部基本一致。

圖1 科威特空軍裝備的飛行模擬器

2 兩部規(guī)范的對比分析

本文在CCAR60部的基礎上，對CFR60部進行重點分析。CFR60部中很多的鑒定使用規(guī)則條目和CCAR60部一一對應，章節(jié)順序略有不同，并增加了以下章節(jié)：

第60.2條：對非運營人以及在某些未獲授權的機構工作的申請人，運營人規(guī)則的適用性

第60.9條：運營人的附加責任

第60.13條：飛行模擬訓練器(以下簡稱FSTD)客觀數據要求

第60.14條：FSTD鑒定的特殊設備和人員要求

第60.16條：當前鑒定過的FSTD的附加鑒定

第60.33條：申請、履歷本、報告和記錄：欺騙、偽造或錯誤聲明

第60.35條：特定的全飛行模擬器符合性要求

第60.37條：基于雙邊航空安全協議(BASA)的FSTD鑒定

以上部分適用于所有四個類型的飛行模擬訓練器，屬于綱領性文件。除了正文部分的改動，CFR60部在附錄中還增加了對飛行模擬訓練器質量管理系統的鑒定性能標準。

3 直升機全飛行模擬器鑒定性能標準的對比分析

研究重點為直升機全飛行模擬器(以下簡稱FFS)的一般要求、客觀測試和主觀測試。也就是表C1A、C2A和C3A。并在具體鑒定細則中取消了A級模擬器的鑒定要求，不再作考慮。

3.1 針對性鑒定使用規(guī)則

CFR60部除了正文部分的鑒定使用規(guī)則外，還有一些僅針對直升機全飛行模擬器的附加鑒定使用規(guī)則。這是CCAR60部所不具備的。特別是在運營人鑒定要求、FFS客觀數據要求、初始(和升級)鑒定要求、本規(guī)則生效日期前鑒定合格的FFS、檢查持續(xù)鑒定檢查和維護要求這幾個方面，進行了著重體現。

3.2 直升機全飛行模擬器一般要求

CCAR60部對直升機FFS的一般要求分為以下幾個部分：駕駛艙一般構型，模擬機編程，設備操作，教員或檢查人員使用的設備，運動系統，視景系統，聲音系統。這一點上，CFR60部與之相同。

3.2.1 概述

在駕駛艙一般構型、模擬機編程、設備操作、運動系統、聲音幾個部分，兩部規(guī)范的一般要求基本一致；在教員或檢查人員使用設備部分，CFR60部豐富了教員的操作內容，模擬器必須在儀表操作臺設置教員操作以控制所有環(huán)境效果，例如云層、能見度、結冰、冰雹、溫度、沙暴以及風速風向，同時，作為旋翼下洗的影響，模擬器須能讓教員、檢查員呈現回旋風、水霧或雪景。

在視景系統部分，CFR60部共提出了25條最低要求，CCAR60部共提出了22條要求。通過對比兩部規(guī)范我們可以發(fā)現，CFR60部對天氣、跑道、著陸構型等機場或著陸區(qū)模型的要求部分進行了刪減，轉為在表-C3B中進行更為詳盡的表達。CFR60部僅對視景系統核心部分的要求進行了細化和更新。

3.2.2 視景系統

對于視景系統里面最為重要的最小連續(xù)視場，如表1所示，我們可以對比發(fā)現，CFR60部在視場優(yōu)化方面，充分考慮了人體工學最大視場的影響結果，并做出了適應性調整，縮減了C/D級模擬器的水平和垂直最小連續(xù)視角，使結果更加科學。如圖2、圖3所示。

表1 FFS客觀測試視景系統標準對照表

圖2 兩部規(guī)范中最小水平連續(xù)視場對比

圖3 兩部規(guī)范中最小垂直連續(xù)視場對比

與此同時，CFR60部還針對性地提出了左右最小水平視場覆蓋范圍必須為最低連續(xù)視場要求大小的1/2。符合性聲明(SOC)必須說明安裝的幾何布置。C 級認證不要求視場角超出最低要求。然而, 如果特定的任務需要超出146°×36°以外的擴展視場 (例如,為了適應“下視窗口”的使用,擴展視場可以與主視景系統顯示成為一個整體，也可以是獨立部分),那么就必須提供擴展視場。在考慮安裝和使用擴展視場時，運營人必須與國家模擬器項目經理(NSPM)會面，以確定可能需要擴展視場的訓練、測試、檢查和體驗科目。CFR60部對于C、D級FFS，在備注中還提及，對于特定的直升機駕駛艙截斷角的，可以考慮垂直視場優(yōu)化。運營人可要求NSPM對FFS以下特定內容進行評估：(1)數據庫內需要更高分辨率特定區(qū)域，用于支持著陸、起飛、地面緩沖練習，以及支持遠離直升機機場的訓練，包括高架直升機場、直升機平臺和受限區(qū)域。(2)對于越野飛行，需要充分的地面場景細節(jié)，以便在平均巡航速度下，在30分鐘的飛行距離上與導航進行匹配。(3)對于離岸機載雷達進場(ARA)，要安裝配套的視覺/雷達指示。

CFR60部豐富了視覺場景的內容，不再把黎明、黃昏、夜間三個視景集中要求，轉為分別提出一般最低要求。要求模擬器必須具有場景內容充足的視覺場景，以識別機場、地形和機場周圍的主要地標。場景內容必須允許飛行員成功完成目視著陸，對不同的視覺場景提出各自場景里的針對性要求，并把B級FFS收錄到最低要求的范圍內。

除了直升機FFS一般要求之外，CFR60部相比于CCAR60部編寫了表C1B，增加了運營商的檢查任務，以確定FFS是否完全符合飛行機組人員的培訓、測試和經驗要求，并提供模擬器的鑒定任務，客觀上保證了FFS運營的安全性和有效性。同時還編寫了表C1C，在表中進一步明確了教員/檢查員在模擬器中必須能夠控制的功能，保證了FFS在運行中的效用。

3.3 直升機全飛行模擬器的客觀測試

在模擬器客觀測試標準中，CCAR60部僅分為性能、操縱品質、運動系統三個部分。CFR60部相比于CCAR60部補充了很多內容，并新加了視景系統和音響系統的客觀測試內容、持續(xù)合格頻率響應容差示例、為新型或衍生型直升機的飛行模擬器賦予資格的附加資料、工程模擬器——批準數據、批準測試的容差、備用發(fā)動機數據的包容性方針、備用航電系統的包容性方針、運輸延遲測試、后續(xù)資格評估——批準測試數據的陳述等。其中較為重要的補充為對視景系統、運動系統和音響系統的補充。

3.3.1 視景系統

在CFR60部中，視景系統從響應時間、視場、表面對比度、高亮度、表面分辨率、光點大小、光點對比度和可視地面區(qū)段幾個方面進行了測試規(guī)范。視景系統對響應時間的測試目標為滯后時間或傳輸延遲，在起飛條件為起飛、巡航、進場或著陸時，對俯仰、滾轉、偏航三個軸分別進行獨立測試。B級模擬器要求在直升機響應之后150 ms以內，CD級模擬器要求在直升機響應之后100 ms以內。表面分辨率、光點大小、光點對比度的測試規(guī)范是由CCAR60部的模擬器最低一般要求中改動而來，并結合現有科技條件進行了完善。表面分辨由視角不應超過3弧分降為2弧分，光點大小由不應超過6弧分降為5弧分。以上兩項的要求范圍仍為C/D級模擬器。對于B級模擬器提出光點對比度不得低于25:1的要求，CD級模擬器的光點對比度不得低于10:1，如表1所示。

3.3.2 運動系統

CFR60部對運動系統部分的頻率響應、支柱協調性取消了具體容差要求，增加了運動感示性能信號、特征運動(振動)感示的客觀測試要求等。其中增加運動感示性能信號的目的是提供初始鑒定期間，運動系統對選擇的一系列自動QTG機動的響應的量化時間歷程記錄，而不是為了進行運動平臺加速度和試飛記錄加速度的對比。若初始鑒定的運動軟件或運動硬件更改，則需建立新的基準線。

3.3.3 音響系統

CFR60部對音響系統的客觀測試要求，如果頻率響應和背景噪聲測試結果與初始認證評估相比在容差之內，則在持續(xù)認證評估期間，不要求運營人重復直升機測試，并且運營人表明沒有產生影響直升機測試結果的軟件更改。如果選擇頻率響應測試方法但測試失敗，運營人可以選擇解決頻率響應問題并重復該測試，或重復直升機測試。若在持續(xù)認證評估期間重復直升機測試，結果可與初始認證評估結果或直升機主要數據對比。本部分所有測試必須使用未加權的1/3倍頻帶格式，帶寬從17到42(50Hz到16kHz)。在對應直升機數據集的位置必須至少采集20s的平均時間。必須使用可對比的數據分析技術生成直升機和飛行模擬器結果。

由以上測試要求的更改可以看出，隨著科學技術的進步和測量精度的改善，可測試的內容逐漸得到完善與充實，測試的標準也得到了提升，且CCAR60部中并無對音響系統的客觀規(guī)范，在主觀測試中也即為粗略，所以CFR60部對音響系統的規(guī)范對中國民航局制定新的模擬器規(guī)范有很強的參考意義。

3.4 直升機全飛行模擬器的主觀測試

主觀測試為直升機FFS的鑒定提供了依據，用于評估FFS在典型應用期間的表現能力，確定FFS能夠滿足相應的訓練、考試和檢查的要求，能夠成功地模擬每一個要求的機動飛行、程序或科目，以及驗證FFS操縱裝置、儀表和各系統能夠正確運轉。CFR60部相比于CCAR60部，增加了很多操作任務，包括地面滑行、空中滑行、平飛，并且把起飛中的斜坡起飛、平臺起飛，著陸中的自轉著陸等特殊情況納入到主觀測試當中。同時,在主觀測試中，對機場和著陸區(qū)模型的鑒定也提出了視景要求，且按照機場級別區(qū)分開來，并對運動系統(含特殊氣動模型)影響、聲音系統、特殊影響都分別提出了主觀測試要求。

4 評述

1)新中國成立60多年來，伴隨著航空航天事業(yè)的飛速發(fā)展，我國的民用航空航天技術也在不斷推陳出新。自中國民用航空局2005年3月發(fā)布新版的CCAR60以來，歷經10多年的發(fā)展，國內現有的標準已經稍顯陳舊，漸漸不能完全承擔其既定任務，不能適應現在的模擬訓練器的鑒定要求。美國聯邦政府于2018年4月發(fā)布的CFR60部，相對于2005年發(fā)布的CCAR60,有刪減、有補充、有改進，二者具有一致性和連續(xù)性。鑒定規(guī)范的修改周期約為10～20年，在制定修改新規(guī)范時，可以將CFR60部作為中國民航局發(fā)布新版飛行模擬設備的鑒定和使用規(guī)則的參考。

2)設定技術標準，其目的是為了規(guī)范行業(yè)發(fā)展，為后續(xù)的研究設定規(guī)則，以提高工效、改進質量，更好地完成行業(yè)所承擔的社會任務。CFR60部對CCAR60中若干條文的內容有所補充和修改，有的是刪除了一些老舊、已經不適用于現代模擬器的條文，簡化某些程序；有的是在現有研究環(huán)境的基礎上，加強一些對質量有重要影響的條文；有的則是根據實踐結論反推回頂層規(guī)范，改進質量標準，其宗旨正是體現這一追求。

3)飛行模擬訓練器作為飛行器的衍生產品，其規(guī)范的制定需要以往的經驗，更需要針對現有技術的革新和對老舊技術的淘汰，做出相應的發(fā)揮和創(chuàng)造。由于飛行器本身的差異性，沒有一模一樣的飛行模擬訓練器的技術要求，因此不能企求一個可以涵蓋各種情況的行業(yè)標準，也不能規(guī)定一項工程必須完全照搬行業(yè)標準條文。本規(guī)范作為一個推薦性的標準，各工程的工程師完全可以依據各自的具體情況制定本工程的施工技術要求，條文或寬或嚴，只要有依據，有把握，都是可以的。同時我們也要與時俱進，吸取國外的先進技術，結合我國飛行訓練模擬器行業(yè)的發(fā)展現狀，研究制定更為科學合理的新規(guī)范。