適航條款符合性設(shè)計(jì)與驗(yàn)證技術(shù)研究

曹友明

（中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001）

0 引言

按照中國國家航空技術(shù)進(jìn)出口總公司的預(yù)計(jì)，到2020年，中國至少需要12 000 架民用直升機(jī)，這些飛機(jī)的市場總價(jià)值超過840 億美元，可見我國民用直升機(jī)今后20 年增長的空間非常大，國內(nèi)民用直升機(jī)市場即將迎來“井噴期”。

適航性是民用航空器的固有屬性，民用航空器適航性需要通過開展一系列的技術(shù)活動來保證航空器的安全，并且必須滿足適航當(dāng)局頒布的適航性技術(shù)要求[1]。深入分析我國AC系列民用直升機(jī)適航取證過程，不難發(fā)現(xiàn)，由于適航審定條款數(shù)千項(xiàng)條款沒有明確規(guī)定具體的審定標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致申請人在進(jìn)行條款符合性設(shè)計(jì)時(shí)缺乏有效的操作細(xì)則和監(jiān)管機(jī)制，導(dǎo)致民用航空器適航符合性設(shè)計(jì)工作不充分，增加了后續(xù)符合性驗(yàn)證難度。故論文提出一種適航條款解析思路，以期能夠?yàn)槠髽I(yè)進(jìn)行適航符合性設(shè)計(jì)和驗(yàn)證提供一條可供借鑒的思路。

1 適航條款與驗(yàn)證技術(shù)的解析

1.1 適航條款知識化解析

為了使適航條款更具可讀性，需進(jìn)行解析，以CCAR29-R1為基礎(chǔ)，通過抽取出各條款的知識因子，對條款進(jìn)行了解析，并建立適航條款解析模型，使適航條款驗(yàn)證目的和驗(yàn)證方法更加明確具體。對適航條款的解析是使適航管理及驗(yàn)證業(yè)務(wù)逐漸向可實(shí)施業(yè)務(wù)單元層接近的一種有效方法，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合相應(yīng)的適航驗(yàn)證技術(shù)，形成對企業(yè)適航審查過程的具體驗(yàn)證細(xì)則。

解析后的適航條款通過匹配對應(yīng)的ATA 結(jié)構(gòu)（一種通用的民用航空器系統(tǒng)部件通用代碼）、驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)、符合性方法MOC 以及在符合性驗(yàn)證過程中產(chǎn)生的符合性文件及其子文件等。某個(gè)條款由于驗(yàn)證的部位所屬的系統(tǒng)不同，可能對應(yīng)了多個(gè)ATA 結(jié)構(gòu)，需要多種符合性驗(yàn)證方法組合進(jìn)行驗(yàn)證，可能產(chǎn)生多個(gè)符合性文件和子文件。往往適航條款在經(jīng)歷過一次完整的審查之后，將會形成一系列的驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)，為下一次審查提供參考。

1.2 適航驗(yàn)證技術(shù)解析

適航驗(yàn)證技術(shù)的解析，需要在適航要求、設(shè)計(jì)、制造等知識的支撐下進(jìn)行，解析后的驗(yàn)證技術(shù)，將能很好地嵌入企業(yè)適航驗(yàn)證流程體系中。適航驗(yàn)證技術(shù)存儲于適航驗(yàn)證知識庫中，確定需要采用某種技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證后，首先從知識庫中取出該驗(yàn)證技術(shù)；其次，結(jié)合與該技術(shù)有關(guān)的適航條款及符合性方法，在適航性控制管理與解析后條款的約束下，完成驗(yàn)證技術(shù)及方法的提取和實(shí)施流程的確定；最后，通過對解析要素進(jìn)行抽取，并以解析知識單元的方式進(jìn)行解析。具體解析模型如圖1 所示。

從適航知識庫中提取出某個(gè)適航技術(shù)、相應(yīng)的適航要求和設(shè)計(jì)制造等要求，并結(jié)合已有的適航條款解析模式，將適航技術(shù)按照要素解析、提取驗(yàn)證方法、驗(yàn)證流程梳理進(jìn)行適航審定流程構(gòu)造，完成驗(yàn)證技術(shù)方法與驗(yàn)證流程的結(jié)合，并以解析單元的方式進(jìn)行解析結(jié)果的顯示化描述。

2 解析條款與驗(yàn)證技術(shù)規(guī)范化重組

2.1 適航管理業(yè)務(wù)與民機(jī)研制過程的交互

進(jìn)行民用航空器適航條款及適航驗(yàn)證技術(shù)的解析與規(guī)范化重組，能夠促進(jìn)驗(yàn)證方法的明晰化、標(biāo)準(zhǔn)化及驗(yàn)證效率的高效化等。適航驗(yàn)證流程并不會在整體流程上改變原有民機(jī)的研制進(jìn)程，適航審定及驗(yàn)證過程僅僅是對民機(jī)研制過程的一種干預(yù)措施，其是對民機(jī)研制的各個(gè)過程進(jìn)行相關(guān)必要約束的過程，以確保企業(yè)研制的民機(jī)符合適航性要求。通過這樣的干預(yù)機(jī)制，使民用航空器固有的設(shè)計(jì)、制造、維修維護(hù)等過程滿足適航性的要求。企業(yè)民機(jī)的研制過程只有順利通過適航部門的審查，才能生產(chǎn)出符合市場需求及安全性要求的航空產(chǎn)品。提供適航管理控制選擇適航條款規(guī)章重組及適航驗(yàn)證技術(shù)，并在重組規(guī)章的基礎(chǔ)上，通過適航管理的約束，進(jìn)行適航條款的解析，然后通過解析后的適航條款與驗(yàn)證技術(shù)結(jié)合，形成具體的適航驗(yàn)證方法及驗(yàn)證流程。運(yùn)用此驗(yàn)證流程對民機(jī)的研制過程進(jìn)行有效協(xié)調(diào)與控制，以完成民機(jī)的各項(xiàng)適航驗(yàn)證，最終形成符合性驗(yàn)證結(jié)果及文檔。如圖2 所示為民機(jī)適航性控制流程建模。

2.2 解析后條款與驗(yàn)證技術(shù)的重組及其規(guī)范化

圖1 適航驗(yàn)證技術(shù)解析模型

對適航條款的解析使得民機(jī)符合性驗(yàn)證具有一定的可實(shí)施性，但是仍然難以在企業(yè)內(nèi)部進(jìn)行實(shí)施。因?yàn)榻馕龊蟮臈l款仍然沒有給出具體的驗(yàn)證技術(shù)方法，也無法確定驗(yàn)證流程可追溯性等問題。僅僅依靠符合性驗(yàn)證方法無法確定具體實(shí)施路徑，符合性驗(yàn)證方法只給出了宏觀上的驗(yàn)證方法，而沒有給出具體的驗(yàn)證路徑。所以，適航條款只有結(jié)合已有適航性驗(yàn)證技術(shù)才能完成某個(gè)條款的驗(yàn)證過程，這樣適航條款的符合性驗(yàn)證工作就能在企業(yè)內(nèi)部進(jìn)行實(shí)施。

航空器的每個(gè)系統(tǒng)、子系統(tǒng)以及每個(gè)零部件都能按照ATA 結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，ATA 結(jié)構(gòu)就是適航驗(yàn)證技術(shù)解析與條款解析銜接的關(guān)鍵知識要素之一，某個(gè)條款的驗(yàn)證可能涉及到多個(gè)ATA 結(jié)構(gòu)、包含多種符合性驗(yàn)證方法（MOC）、需要結(jié)合多種驗(yàn)證技術(shù)才能完成該過程的適航審定任務(wù)。從圖1 可以看出規(guī)范化的適航審定過程模型主要包含條款名稱、所屬ATA、符合性方法、驗(yàn)證技術(shù)、驗(yàn)證流程和符合性文件及其子文件。

通過對適航審定過程規(guī)范化模型進(jìn)行研究分析，確定完成民機(jī)適航審定過程需要的其他關(guān)鍵要素。除了包括以上主要知識要素外，還需增加諸多輔助驗(yàn)證要素，例如試驗(yàn)名稱、試驗(yàn)編號、開始日期、完成日期、試驗(yàn)負(fù)責(zé)人、試驗(yàn)負(fù)責(zé)單位和條款負(fù)責(zé)人等。通過增加這些輔助的條款知識要素，使之能夠完成對某個(gè)條款的適航驗(yàn)證過程。具體內(nèi)容見表1。

表1 審定過程知識要素

圖2 民機(jī)適航性控制流程建模

通過對適航條款與驗(yàn)證技術(shù)解析要素的重組，得到重組后的適航條款與驗(yàn)證知識單元。要實(shí)現(xiàn)條款解析單元在民機(jī)驗(yàn)證過程中的運(yùn)用，則需將其合理有效地嵌入民機(jī)適航審定流程中。通過對民機(jī)適航業(yè)務(wù)特點(diǎn)的分析，將其分為管理類業(yè)務(wù)及工程驗(yàn)證類業(yè)務(wù)。管理類業(yè)務(wù)貫穿于適航取證的整個(gè)周期，側(cè)重于“業(yè)務(wù)”。工程驗(yàn)證類工作側(cè)重于“工程”，即“為證明產(chǎn)品滿足某項(xiàng)適航標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，應(yīng)進(jìn)行的航空器驗(yàn)證評審工作”。而條款解析所面向的業(yè)務(wù)主要是工程類驗(yàn)證任務(wù)。適航的管理類業(yè)務(wù)與工程驗(yàn)證類業(yè)務(wù)應(yīng)在適航管理組織的管控下進(jìn)行，條款單元的知識化解析則在管理類業(yè)務(wù)的指導(dǎo)下、結(jié)合適航規(guī)章條款與驗(yàn)證技術(shù)完成。適航條款知識單元與審定技術(shù)知識單元的結(jié)合，并在適航部門及其他各部門的組織協(xié)調(diào)下，完成民機(jī)適航性驗(yàn)證工作，實(shí)現(xiàn)適航與民機(jī)研制業(yè)務(wù)間的協(xié)調(diào)與控制。驗(yàn)證完成后得到的文件資料歸入適航文件、證件體系中，提供給下次驗(yàn)證活動的指導(dǎo)。重組條款知識單元在適航管理中的作用方式及其相互關(guān)系如圖3 所示。

通過分析重組條款解析知識單元在適航管理過程中的作用方式及其與各管理子領(lǐng)域之間的關(guān)系，使重組條款知識單元在適航管理過程中的作用機(jī)制得到了合理的描述。

圖3 條款解析單元在適航審定中的作用方式

2.3 具體案例分析

以運(yùn)輸類民用直升機(jī)鳥撞損傷適航條款CCAR29.631為例，詳細(xì)描述適航條款與驗(yàn)證技術(shù)知識化解析與重構(gòu)過程。CCAR29.631 出自運(yùn)輸類旋翼航空器適航規(guī)定CCAR29部的D 分部設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)部分，確定其條款驗(yàn)證的具體適航要求如下：旋翼航空器必須設(shè)計(jì)成，在高度為 2 440 m（8 000 英尺），速度等于 VNE 或VH（取較小者）時(shí)，受到 1.0 kg（2.2 磅）的鳥擊后能繼續(xù)安全飛行和著陸（對 A 類）或安全著陸（對B 類）。必須用試驗(yàn)或在對有充分代表性的相似設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行的試驗(yàn)的基礎(chǔ)上的分析來表明符合性。

2.3.1 解析過程

確定該條款驗(yàn)證部位所屬系統(tǒng)的ATA：ATAxxx。

確定需要的符合性方法MOC：通過采用相應(yīng)的靜不定結(jié)構(gòu)并把操縱系統(tǒng)元件置于受保護(hù)的部位，或采用一定的保護(hù)裝置（如隔板或吸能材料）來滿足該條款的要求同樣是可以接受的；在用分析、試驗(yàn)或兩者相結(jié)合的方式表明符合該條要求的情況下，使用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類似的飛機(jī)的資料是可以接受的。所以采用MOC2 及MOC4 進(jìn)行符合性驗(yàn)證。

確定是否有相應(yīng)的型號驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)：國內(nèi)針對鳥撞損傷問題的適航驗(yàn)證問題分析與研究還處于初步階段，缺乏系統(tǒng)化的驗(yàn)證技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。鑒于鳥撞問題是工程應(yīng)用與理論分析結(jié)合緊密的工程技術(shù)問題，需要借鑒國外公司的相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，完成該條款的符合性驗(yàn)證工作。

確定需要選用的驗(yàn)證技術(shù)：飛機(jī)鳥撞問題從工程力學(xué)角度屬于大變形沖擊動力學(xué)問題，在抗鳥撞能力的分析計(jì)算中，一般采用工程試驗(yàn)方法、經(jīng)驗(yàn)公式法、數(shù)值分析法等進(jìn)行試驗(yàn)分析，并采用鳥撞試驗(yàn)驗(yàn)證其條款的符合性，使之按照分析-試驗(yàn)-分析-試驗(yàn)等方案進(jìn)行。如圖4 為其具體驗(yàn)證流程。

2.3.2 適航條款與驗(yàn)證技術(shù)知識化解析

通過對該適航條款與驗(yàn)證技術(shù)的的分析，完成對該條款與驗(yàn)證技術(shù)的解析工作，形成條款與驗(yàn)證技術(shù)知識單元規(guī)范化描述，具體見表2。

表2 條款與驗(yàn)證知識單元關(guān)鍵要素規(guī)范化描述

在完成適航條款與驗(yàn)證知識單元關(guān)鍵要素的規(guī)范化描述的基礎(chǔ)上，進(jìn)行其他輔助要素的完善，使之得到一種完整的適航條款與驗(yàn)證技術(shù)重構(gòu)知識要素的規(guī)范化描述方式，并將其融入到適航審定業(yè)務(wù)流程中，達(dá)到適航條款驗(yàn)證過程的明晰化，完成民機(jī)相應(yīng)的適航符合性驗(yàn)證過程。

圖4 民用直升機(jī)鳥撞適航驗(yàn)證工作流程

3 結(jié)語

論文通過對適航條款和驗(yàn)證技術(shù)的解析，建立了基于條款和驗(yàn)證技術(shù)知識要素的知識化解析模型，進(jìn)一步對解析后適航條款與驗(yàn)證技術(shù)知識要素的規(guī)范化重組，實(shí)現(xiàn)了對重組條款與驗(yàn)證知識單元的顯示化描述，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合具體案例驗(yàn)證了該方法的可實(shí)施性。該模型實(shí)現(xiàn)了適航審定標(biāo)準(zhǔn)向企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化，并能很好地指導(dǎo)企業(yè)進(jìn)行具體的適航驗(yàn)證工作。