適航管理融入航空發(fā)動機研發(fā)流程初探

■ 周淳 龔立鋒 郭彬彬/中國航發(fā)動研所

適航管理是民用航空發(fā)動機研發(fā)過程中的重要技術(shù)類管理活動，將適航管理活動有機地融入航空發(fā)動機研發(fā)流程是航空發(fā)動機研發(fā)體系建設的緊迫要求。

航空發(fā)動機研發(fā)階段的適航管理

民用航空適航管理是指根據(jù)國家的有關(guān)規(guī)定，對民用航空器的設計、生產(chǎn)、使用和維修，實施以確保飛行安全為目的的技術(shù)鑒定和監(jiān)督。這是一個以政府監(jiān)管視角給出的定義。適航管理部門（局方）在制定各種最低安全標準（適航規(guī)章）的基礎上，對航空器的設計、制造、使用和維修等環(huán)節(jié)進行審定、監(jiān)督和管理。根據(jù)管理內(nèi)容和實施時間的不同，適航管理又可分為初始適航管理和持續(xù)適航管理兩個階段。初始適航管理是在航空產(chǎn)品交付使用前，局方依據(jù)適航規(guī)章，對民用航空產(chǎn)品的設計和制造進行型號合格審定（TC）和生產(chǎn)許可審定（PC），以確保航空器和航空器零部件的設計、制造符合適用適航規(guī)章而進行的管理。持續(xù)適航管理是在航空產(chǎn)品滿足初始適航標準和規(guī)范、滿足型號設計要求、符合型號合格審定基礎并投入運行服役后，為保證航空產(chǎn)品能夠始終處于安全運行狀態(tài)而進行的管理。

當前，我國航空發(fā)動機產(chǎn)品研發(fā)體系定義的產(chǎn)品研發(fā)階段是從用戶需求識別與分析開始，經(jīng)過確認產(chǎn)品達到功能、性能等規(guī)范指標，直到滿足批量生產(chǎn)要求為止。由此可見，航空發(fā)動機研發(fā)階段對應于適航管理的初始適航管理階段。從研發(fā)視角出發(fā)，航空發(fā)動機研發(fā)階段的適航管理可定義為：為確保通過局方對航空發(fā)動機設計和制造的型號合格審定以及生產(chǎn)許可審定而開展的一系列技術(shù)和管理活動。這些技術(shù)和管理活動應滿足航空發(fā)動機型號合格審定和生產(chǎn)許可審定等相關(guān)適航規(guī)章和規(guī)范性文件的要求，不僅應確保航空發(fā)動機產(chǎn)品本身符合適航要求，還能向局方證明和展示產(chǎn)品及研發(fā)過程符合適航要求。

航空發(fā)動機研制涉及的適航規(guī)章和規(guī)范性文件

適航規(guī)章和規(guī)范性文件根據(jù)規(guī)定的適用范圍分為技術(shù)類和管理類兩種。

技術(shù)類規(guī)章規(guī)定了航空發(fā)動機產(chǎn)品研制需要滿足的最低技術(shù)要求，航空發(fā)動機研制涉及的典型技術(shù)類規(guī)章有：CCAR-33 《航空發(fā)動機適航規(guī)定》；CCAR-34《渦輪發(fā)動機飛機燃油排泄和排氣排出物規(guī)定》；CCAR-25《運輸類飛機適航標準》、CCAR-23《正常類、實用類、特技類和通勤類飛機適航規(guī)定》、CCAR-29《運輸類旋翼航空器適航規(guī)定》、CCAR-27《正常類旋翼航空器適航規(guī)定》；CCAR-36《航空器型號和適航合格審定噪聲規(guī)定》等。

管理類規(guī)章和規(guī)范性文件通常是對審定程序、申請人資質(zhì)和組織管理體系等提出要求，航空發(fā)動機研制、生產(chǎn)涉及的典型管理類規(guī)章和規(guī)范性文件有：CCAR-21《民用航空產(chǎn)品和零部件合格審定規(guī)定》；CCAR-183《民用航空器適航委任代表和委任單位代表的規(guī)定》；AP-21-AA-2011-03-R4《航空器型號合格審定程序》；AP-21-AA-2019-31《生產(chǎn)批準和監(jiān)督程序》；AC-21-AA-2013-04-R1《生產(chǎn)批準持有人供應商管理指南》等。

研發(fā)體系適航流程建設思路及思考

當前，航空發(fā)動機研發(fā)體系適航流程的建設思路是以適航規(guī)章/規(guī)范性文件要求為牽引，識別型號研制中必須開展的適航業(yè)務活動，主要包括：基于技術(shù)類適航規(guī)章，開展產(chǎn)品適航規(guī)章識別，針對適用的規(guī)章要求進行相關(guān)的設計與驗證，對各階段的產(chǎn)品狀態(tài)進行適航符合性評估等工作；按照管理類適航規(guī)章和規(guī)范性文件中規(guī)定的局方審定活動，為局方審查提供便利，協(xié)調(diào)并組織設計團隊在對適航要求開展的驗證工作中接受局方審查、提供相關(guān)符合性證據(jù)資料，并及時記錄、反饋和歸檔審查結(jié)果，在接受局方審定過程中證明和展示產(chǎn)品及研發(fā)過程符合適航要求等工作。

規(guī)劃型號研制中適航業(yè)務活動主要依據(jù)AP-21-AA-2011-03-R4《航空器型號合格審定程序》，這個文件將典型的型號合格審定過程分為概念設計、要求確定、符合性計劃制訂、計劃實施以及證后等5個階段。各階段局方與申請人的正式協(xié)調(diào)事件有：型號合格審定過程的宣貫、安全保障合作計劃（PSP）簽署、潛在審定項目的熟悉、首次型號合格審定委員會（TCB）會議確定審定基礎、中間TCB會議審議審定計劃或?qū)ｍ椇细駥彾ㄓ媱?、審定飛行試驗前的TCB會議以及最終TCB會議，如圖1所示。

根據(jù)AP-21-AA-2011-03-R4的要求，從適航業(yè)務視角梳理航空發(fā)動機型號研發(fā)的主要適航工作如圖2所示。

對照航空發(fā)動機研發(fā)流程整體框架，圖2左側(cè)的適航相關(guān)設計與分析、適航符合性評估以及適航要求驗證的整個過程就是產(chǎn)品為滿足研制要求進行設計、開發(fā)、驗證的過程。只要將適航要求作為航空發(fā)動機型號研制的頂層需求之一，通過產(chǎn)品需求分析管理流程將適航要求融入型號研制要求，即可實現(xiàn)與型號研制工作的無縫對接。作為型號需求管理的一部分，適航要求識別的主要工作是根據(jù)航空發(fā)動機型號研制設計方案和結(jié)構(gòu)特點，例如航空發(fā)動機類型是渦槳還是渦扇，是否設計有轉(zhuǎn)子鎖定裝置，是否有自由渦輪等，識別適用的適航規(guī)章條款，明確條款對應的符合性驗證項目。

在適航要求的識別活動中是否應包含適航規(guī)章解析工作曾存在爭議。適航規(guī)章解析的工作內(nèi)容通常是研究國內(nèi)外航空發(fā)動機適航條款的修訂歷史和符合性驗證要求，推導條款的技術(shù)含義、對設計的限制和對驗證的要求。這項工作是當前民用航空發(fā)動機型號研制急需解決的問題，也是國內(nèi)幾個民機項目適航團隊正在攻關(guān)的核心任務，然而卻并不屬于型號研制流程中的一個活動內(nèi)容。我國航空發(fā)動機研制初期由測繪仿制起步，在發(fā)動機性能、功能、耐久性等方面的工作開展得較為深入，安全性設計方面的工作則考慮較少，基于以往軍機型號研制經(jīng)驗建立的研發(fā)體系在安全性設計規(guī)范方面有所欠缺，首次進行民機項目研發(fā)時，存在現(xiàn)有的企業(yè)規(guī)范和標準不能完全覆蓋適航規(guī)章要求的情況，因此需要開展適航規(guī)章解析，對比分析并完善現(xiàn)有設計、驗證規(guī)范，這屬于航空發(fā)動機研發(fā)體系建設必要的基礎研究工作。當適航要求完全融入發(fā)動機各部件、系統(tǒng)的設計規(guī)范，研發(fā)體系具有足夠成熟度之后，未來型號研制中將不再需要額外規(guī)劃適航規(guī)章解析工作。適航規(guī)章在歐美各國最初的誕生，就是源于各航空工業(yè)巨頭自身產(chǎn)品遵循的企業(yè)規(guī)范和行業(yè)標準。作為最低安全標準，在產(chǎn)品進行需求分析時，識別出的適航條款要求被企業(yè)自身規(guī)范要求替代是常見現(xiàn)象。例如，在CCAR-33R2第33.94條“葉片包容性和轉(zhuǎn)子不平衡試驗”中，要求發(fā)動機能包容“最危險的壓氣機或風扇的一個葉片失效”，而一些發(fā)動機企業(yè)的企業(yè)標準要求至少能包容兩個葉片失效，在這種情況下，無須再對如何滿足“一個葉片失效”的適航要求進行進一步分解。

圖1 航空發(fā)動機型號合格審定過程中局方與申請人的正式協(xié)調(diào)事件

圖2 航空發(fā)動機型號研發(fā)的主要適航工作

在產(chǎn)品研發(fā)體系建設中，存在困擾最多的是如何將有局方參與或由審定程序規(guī)定的活動有機地融入體系。例如，一些觀點認為這些活動主要是對外溝通，游離于型號研制的主要流程，符合性核查活動不應屬于型號研制的一部分；型號合格審定階段的劃分與產(chǎn)品研制階段劃分不一致，雖然可以定義相關(guān)的活動，卻往往難以判斷活動發(fā)生的具體時間段等。以上困惑也是當前型號適航工作沒有很好融入研發(fā)流程的體現(xiàn)，一方面與局方確定型號合格審定基礎和審定計劃的時機與型號確定研制需求和研制計劃的節(jié)點不匹配，另一方面由于適航要求解析不全面，驗證階段需要組織研發(fā)團隊補充開展額外的設計和驗證工作等，使得證明和展示產(chǎn)品符合適航要求的過程看上去與整個研發(fā)過程脫節(jié)。

從正向設計的角度出發(fā)，適航法規(guī)中規(guī)定的各項審定活動同樣屬于型號研制工作的頂層需求，它們雖然不會直接影響航空發(fā)動機產(chǎn)品設計方案，但如果不能順利開展也會導致產(chǎn)品研制進度延遲、成本增加，進而降低產(chǎn)品的市場競爭力。因此，需要分析這些審定活動對產(chǎn)品研發(fā)的實質(zhì)影響，與其他研發(fā)活動一起進行統(tǒng)籌規(guī)劃。以符合性核查活動為例，CCAR-21-R4《民用航空產(chǎn)品和零部件合格審定規(guī)定》第21.473（二）條要求申請人必須建立設計保證系統(tǒng)，“該設計保證系統(tǒng)應當具有確保設計機構(gòu)向局方提交符合性聲明和相關(guān)文件之前，獨立地核查符合性聲明的有效性和文件的符合性的功能?！痹谥袊裼煤娇站?017年公布的《設計保證系統(tǒng)》咨詢通告草案中，建議通過設置符合性核查工程師崗位來履行該項職能。這是一個典型的由適航法規(guī)牽引出的適航活動，從適航審查方的角度進行符合性核查是為了通過研制單位的自審，在一定程度上減少局方的工作量。而從型號研制內(nèi)部來看，符合性核查的實質(zhì)含義是在原有質(zhì)量管控程序的基礎上再增加一次內(nèi)部審查，通過審查制度設計加強適航要求的設計權(quán)重，確保最低安全要求的貫徹落實不會被產(chǎn)品進度和/或成本限制等因素削弱或減少。因此，符合性核查不僅僅是配合審查需要，也是民機研發(fā)體系中的一個不可或缺的環(huán)節(jié)。

適航團隊活動與體系融合的建設思路是從產(chǎn)品研發(fā)的視角提出的，一方面根據(jù)審定活動對產(chǎn)品研制的影響歸類或重組定義一些適航活動，例如，針對AP-21-AA-2011-03-R4《航空器型號合格審定程序》中列出的主要協(xié)調(diào)事件“中間TCB會—確定審定基礎”和“中間TCB會—確定審定計劃或?qū)ｍ椇细駥彾ㄓ媱潯保趯Ξa(chǎn)品研制的影響，將這兩個活動與適航要求識別活動相對應，將符合性核查活動作為質(zhì)量控制的一部分，制訂相關(guān)的適航符合性核查流程，從增設文件審簽環(huán)節(jié)的角度探索與產(chǎn)品研發(fā)相融合的方法；另一方面，根據(jù)法規(guī)規(guī)定各主要審定活動中工業(yè)方需要提交的資料，對比型號研制階段輸出物要求，結(jié)合以往的型號實踐經(jīng)驗，綜合判斷各個活動開展的時機，例如將組織召開最終TCB會議對應于型號研制的小批量生產(chǎn)階段。

結(jié)束語

綜上所述，以適航法規(guī)規(guī)定的審定活動為策劃型號研制適航工作的主線，根據(jù)產(chǎn)品研發(fā)各階段確定的研制目標，確定適航各項業(yè)務活動的開展時間，使各項審定活動與產(chǎn)品研發(fā)進度相匹配；同時通過開展適航規(guī)章解析等基礎研究，將適航技術(shù)要求融入各部件、系統(tǒng)的設計規(guī)范，將不斷推進適航管理與研發(fā)體系的融合深度。在融合過程中，還需要經(jīng)過多個型號實踐的歷練，通過與研發(fā)體系其他各專業(yè)更多的碰撞交流來逐步成長和完善。