飛行控制系統(tǒng)鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)的幾點(diǎn)思考

劉詩(shī)超，余云鵬，徐燕

（1.海裝駐南昌地區(qū)軍事代表室，江西 南昌，330024；2.航空工業(yè)洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

以電傳操縱技術(shù)為核心的現(xiàn)代飛行控制系統(tǒng)是現(xiàn)代飛機(jī)的飛行安全關(guān)鍵系統(tǒng)，是現(xiàn)代飛機(jī)體現(xiàn)其電子化、信息化與機(jī)械化深度融合的典型標(biāo)志。在飛機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，飛行控制系統(tǒng)的硬件和軟件產(chǎn)品經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、加工、調(diào)試之后，需在地面試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行綜合測(cè)試，以確保飛行控制系統(tǒng)安全可靠、功能性能滿足使用要求。地面試驗(yàn)臺(tái)架可根據(jù)試驗(yàn)項(xiàng)目的需要確定，最具針對(duì)性的臺(tái)架被稱為鐵鳥(niǎo)，它復(fù)制了飛機(jī)本身的飛行控制系統(tǒng)及所有的交聯(lián)設(shè)備。

根據(jù)GJB 2878-1997 《有人駕駛飛機(jī)電傳飛行控制系統(tǒng)通用規(guī)范》的要求，通過(guò)鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)對(duì)飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行全面考核，驗(yàn)證飛行控制系統(tǒng)功能和性能，并對(duì)試驗(yàn)中暴露的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)反復(fù)迭代使飛行控制系統(tǒng)不斷完善。飛行控制系統(tǒng)鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工程實(shí)踐，是系統(tǒng)研制工作的主要環(huán)節(jié)之一，在飛行控制系統(tǒng)的研制周期內(nèi)具有十分重要的地位。

1 鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)驗(yàn)證

1.1 概述

飛行控制系統(tǒng)組成復(fù)雜，部件涉及機(jī)械、電子、液壓等學(xué)科，一般由作為人機(jī)接口部件的控制與顯示裝置、感知飛機(jī)狀態(tài)的傳感器、實(shí)施數(shù)據(jù)處理和執(zhí)行控制功能的計(jì)算機(jī)及操縱舵面運(yùn)動(dòng)的伺服作動(dòng)系統(tǒng)等組成。同時(shí)，飛行控制系統(tǒng)與機(jī)上其他系統(tǒng)交聯(lián)復(fù)雜，包含綜合航電系統(tǒng)的核心處理機(jī)、平顯、多功能顯示器、正前方控制板等；大氣系統(tǒng)的攻角傳感器、動(dòng)靜壓傳感器；機(jī)電系統(tǒng)的參數(shù)采集器、減速板傳感器、起落架收放到位裝置；能源系統(tǒng)的液壓、供電等設(shè)備。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容

為充分驗(yàn)證飛行控制系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)、控制律設(shè)計(jì)、余度管理設(shè)計(jì)、自檢測(cè)設(shè)計(jì)等要求，鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)需要進(jìn)行全面充分的驗(yàn)證，主要需進(jìn)行以下試驗(yàn)：

1）進(jìn)行部件試驗(yàn)，檢查部件的設(shè)計(jì)、加工、裝調(diào)的正確性；

2）進(jìn)行接口試驗(yàn)，檢查飛行控制系統(tǒng)內(nèi)部接口與外部接口的正確性；

3）進(jìn)行系統(tǒng)自檢測(cè)測(cè)試，檢查自檢測(cè)聯(lián)鎖條件和故障情況下自檢申報(bào)情況；

4）進(jìn)行余度管理試驗(yàn)，檢查系統(tǒng)故障監(jiān)控、隔離、表決及申報(bào)情況；

5）進(jìn)行極性傳動(dòng)比試驗(yàn)，檢查控制律各條支路極性、傳動(dòng)比是否正確；

6）進(jìn)行系統(tǒng)閉環(huán)試驗(yàn)，檢查系統(tǒng)在時(shí)域響應(yīng)和頻域響應(yīng)是否滿足要求；

7）進(jìn)行飛行員在環(huán)飛行試驗(yàn)，由飛行員綜合評(píng)定系統(tǒng)功能及飛行品質(zhì)。

1.3 試驗(yàn)方法

在系統(tǒng)研制過(guò)程中，鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)可以分為開(kāi)環(huán)綜合測(cè)試和閉環(huán)綜合測(cè)試兩個(gè)階段進(jìn)行?？偟膩?lái)說(shuō)，應(yīng)根據(jù)飛行控制系統(tǒng)的實(shí)際組成與功能特點(diǎn)，分清主次，安排合理的先后順序，以累進(jìn)、有序的綜合方式，完成全系統(tǒng)的調(diào)試和試驗(yàn)。遵循工程準(zhǔn)則，先進(jìn)行部件和組件的試驗(yàn)，后進(jìn)行分系統(tǒng)和全系統(tǒng)試驗(yàn)；先進(jìn)行一般科目試驗(yàn)，后進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)科目試驗(yàn)；先進(jìn)行功能性能試驗(yàn)，后進(jìn)行在環(huán)飛行試驗(yàn)；先進(jìn)行開(kāi)環(huán)綜合與測(cè)試，后進(jìn)行閉環(huán)綜合與測(cè)試。

1.4 試驗(yàn)環(huán)境

由于飛行控制系統(tǒng)鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)的驗(yàn)證內(nèi)容較多，其交聯(lián)系統(tǒng)復(fù)雜，導(dǎo)致鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)環(huán)境搭建相對(duì)復(fù)雜。鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)環(huán)境一般由系統(tǒng)試驗(yàn)器、飛行仿真系統(tǒng)、艙體結(jié)構(gòu)、圖像生成系統(tǒng)、視景顯示系統(tǒng)、試驗(yàn)臺(tái)架、鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)環(huán)境輔助分系統(tǒng)、航電模擬系統(tǒng)、慣性傳感器試驗(yàn)臺(tái)、大氣數(shù)據(jù)傳感器試驗(yàn)臺(tái)、液壓泵站、數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)單軸轉(zhuǎn)臺(tái)、頻響分析儀等子系統(tǒng)組成。

圖1 是鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)環(huán)境的原理圖，可以看到該套試驗(yàn)環(huán)境提供了較高的靈活性，既可以進(jìn)行部件試驗(yàn)，也可以進(jìn)行全系統(tǒng)綜合試驗(yàn)。即使對(duì)于飛行員在環(huán)試驗(yàn)，既可以進(jìn)行純數(shù)字仿真（座艙連接到仿真計(jì)算機(jī)運(yùn)行整個(gè)飛控系統(tǒng)和氣動(dòng)模型），也可以進(jìn)行半實(shí)物仿真（全部真實(shí)飛控系統(tǒng)設(shè)備與只實(shí)現(xiàn)空氣動(dòng)力學(xué)的仿真計(jì)算機(jī)進(jìn)行閉環(huán)）。

圖1 鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)環(huán)境原理圖

2 鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

2.1 技術(shù)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)各型飛機(jī)均配有相應(yīng)的鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)臺(tái)。2013年12 月，C919 大型客機(jī)鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)臺(tái)投入使用，其綜合程度非常高，全稱為“飛控液壓系統(tǒng)綜合試驗(yàn)臺(tái)架”，承擔(dān)著飛機(jī)系統(tǒng)級(jí)研發(fā)和驗(yàn)證、飛機(jī)級(jí)多系統(tǒng)綜合驗(yàn)證，以及飛控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和起落架系統(tǒng)的試航驗(yàn)證等試驗(yàn)任務(wù)。2021 年10 月，AG600 飛機(jī)鐵鳥(niǎo)綜合試驗(yàn)臺(tái)投入使用，其實(shí)現(xiàn)了航電、飛控、液壓“三鳥(niǎo)”合一，具備實(shí)現(xiàn)飛機(jī)飛控液壓、航電、電氣系統(tǒng)的交聯(lián)試驗(yàn)的能力，是目前國(guó)內(nèi)非常先進(jìn)的鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)臺(tái)。

國(guó)外很早借助鐵鳥(niǎo)系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)飛控、液壓、電源等系統(tǒng)進(jìn)行綜合試驗(yàn)。2016 年，灣流G600 借助“鐵鳥(niǎo)”完成了“首飛”，工程師在地面試驗(yàn)室對(duì)飛行控制、起落架、剎車及液壓等系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。在30 分鐘的“飛行”中，G600“鐵鳥(niǎo)”模擬了滑行、起飛和著陸過(guò)程。G600 負(fù)責(zé)人表示：“鐵鳥(niǎo)”能夠在試驗(yàn)環(huán)境中確認(rèn)部件的特性，提高綜合成熟度，有利于后續(xù)試飛，提高了安全性并簡(jiǎn)化了測(cè)試過(guò)程。

2.2 發(fā)展趨勢(shì)

鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)技術(shù)向著綜合化、自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。為更有效進(jìn)行飛機(jī)級(jí)綜合試驗(yàn)，需要將飛控、液壓、航電、電氣、起落架、發(fā)動(dòng)機(jī)等系統(tǒng)綜合在一起進(jìn)行試驗(yàn)，因此原有的鐵鳥(niǎo)臺(tái)難以滿足要求，還需合并“銅鳥(niǎo)”、“電鳥(niǎo)”等試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行綜合聯(lián)試。同時(shí)隨著飛控系統(tǒng)功能越來(lái)越復(fù)雜，試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理量逐漸增多，需要試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)軟件更加自動(dòng)化和智能化，能夠按照設(shè)定程序自動(dòng)進(jìn)行試驗(yàn)，并自動(dòng)分析結(jié)果是否正確，從而提高試驗(yàn)效率。

3 對(duì)鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)的幾點(diǎn)思考

3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

飛行控制系統(tǒng)鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)是一項(xiàng)大型綜合試驗(yàn)，牽涉被試件、參試件、試驗(yàn)人員、試驗(yàn)環(huán)境等各方面條件，只有各項(xiàng)條件具備后才能開(kāi)展試驗(yàn)。

首先被試件和參試件狀態(tài)應(yīng)與設(shè)計(jì)狀態(tài)相符，部件質(zhì)量證明文件齊全，試驗(yàn)件要有履歷本；所有試驗(yàn)設(shè)備及計(jì)量?jī)x器均應(yīng)有定期校驗(yàn)的記錄，具有合格證，并在有效期內(nèi)；參加試驗(yàn)的人員應(yīng)按試驗(yàn)人員培訓(xùn)程序的要求完成資格培訓(xùn)，未經(jīng)培訓(xùn)取得資格的人員，不得擅自進(jìn)行試驗(yàn)。

在試驗(yàn)前要對(duì)試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行驗(yàn)證，尤其要重視仿真模型驗(yàn)證和校核，包括飛機(jī)幾何數(shù)據(jù)、氣動(dòng)力數(shù)學(xué)模型、質(zhì)量特性、飛機(jī)方程、起落架仿真、油門特性仿真、剎車特性仿真及前輪轉(zhuǎn)彎特性仿真等。對(duì)模型的任何修改，都必須慎重且需重新進(jìn)行校核。

3.2 試驗(yàn)策劃

開(kāi)展鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)前，應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)策劃，要有試驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)方法的策劃，同時(shí)對(duì)試驗(yàn)人員和組織管理進(jìn)行策劃。在必要時(shí)，可成立試驗(yàn)小組，負(fù)責(zé)試驗(yàn)過(guò)程的組織安排及技術(shù)協(xié)調(diào)、質(zhì)量控制、處理試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果負(fù)責(zé)。在原有經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上對(duì)試驗(yàn)方法進(jìn)行完善和創(chuàng)新非常重要，如大氣系統(tǒng)試驗(yàn)方法為對(duì)四余度大氣傳感器同時(shí)供氣，檢查四余度大氣信號(hào)的準(zhǔn)確性和一致性。某型號(hào)對(duì)試驗(yàn)方法進(jìn)行了創(chuàng)新，分別對(duì)單余度/兩余度/三余度/四余度大氣傳感器供氣，盡可能模擬大氣系統(tǒng)各種故障模式，這種試驗(yàn)方法發(fā)現(xiàn)了大氣系統(tǒng)軟件中信號(hào)互傳處理邏輯的數(shù)個(gè)錯(cuò)誤，降低了設(shè)計(jì)錯(cuò)誤帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于新研型號(hào)的飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)尤其要注意極性問(wèn)題，初期設(shè)計(jì)時(shí)極性容易被搞錯(cuò)，而極性問(wèn)題是飛行控制系統(tǒng)最基本，也是最重要的問(wèn)題之一。由于極性牽涉到部件的機(jī)上安裝方式，電纜接口接線定義，計(jì)算機(jī)硬件解調(diào)，系統(tǒng)軟件處理等相關(guān)環(huán)節(jié)，在試驗(yàn)過(guò)程中，越早進(jìn)行極性測(cè)試越能盡快發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

試驗(yàn)需策劃盡可能多的故障模式，尤其在閉環(huán)狀態(tài)下進(jìn)行各信號(hào)或各部件全故障試驗(yàn)，檢驗(yàn)系統(tǒng)的工作能力與相應(yīng)特性的偏離；同時(shí)策劃大氣系統(tǒng)、重量中心等拉偏試驗(yàn)，以模擬評(píng)估大氣信號(hào)測(cè)量不準(zhǔn)及氣動(dòng)數(shù)據(jù)輸入偏差等導(dǎo)致的品質(zhì)影響。

試驗(yàn)還需重視飛行員參與前期設(shè)計(jì)的作用，盡可能請(qǐng)飛行員參與飛行員在環(huán)試驗(yàn)，以幫助評(píng)定座艙布局、人機(jī)顯示接口、操縱特性、飛行品質(zhì)等，同時(shí)讓飛行員積累對(duì)新設(shè)計(jì)飛行控制系統(tǒng)的模擬飛行經(jīng)驗(yàn)。某型號(hào)在飛控控制律研制過(guò)程中，邀請(qǐng)了近20 名不同單位的飛行員進(jìn)行地面飛行模擬試驗(yàn)，參與完善飛控控制律設(shè)計(jì)與評(píng)估，有效推進(jìn)了飛控系統(tǒng)的研制。

3.3 試驗(yàn)管理

鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)要按研制程序?qū)嵤┕芾恚囼?yàn)任務(wù)書(shū)和試驗(yàn)大綱要進(jìn)行評(píng)審，以確保試驗(yàn)內(nèi)容完整，試驗(yàn)方法正確。由于飛控系統(tǒng)軟件屬于關(guān)鍵重要軟件，某型號(hào)飛控系統(tǒng)軟件優(yōu)化升級(jí)后，均發(fā)布了相應(yīng)的任務(wù)書(shū)和大綱，并對(duì)每個(gè)版本的任務(wù)書(shū)和大綱進(jìn)行了評(píng)審。評(píng)審應(yīng)盡可能多地請(qǐng)其他單位專家參加評(píng)審，提出寶貴意見(jiàn)。試驗(yàn)開(kāi)始后需嚴(yán)格按照已簽署批復(fù)的試驗(yàn)大綱進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)做好試驗(yàn)記錄，包括試驗(yàn)時(shí)間、試驗(yàn)地點(diǎn)、試驗(yàn)人員、試驗(yàn)項(xiàng)目，如果出現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)有必要的文字說(shuō)明，確保每項(xiàng)試驗(yàn)具有明顯的可追溯性。

試驗(yàn)過(guò)程必須考慮試驗(yàn)安全問(wèn)題，并確保鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)環(huán)境安全可靠。由于鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)牽涉液壓泵站、供電系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)舵面等風(fēng)險(xiǎn)源，試驗(yàn)臺(tái)架周邊要具有安全防護(hù)措施，配備安全員，做好試驗(yàn)設(shè)備接地處理，確保試驗(yàn)人員和試驗(yàn)設(shè)備安全。

試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，要對(duì)照試驗(yàn)條件復(fù)現(xiàn)，以確認(rèn)問(wèn)題原因是試驗(yàn)環(huán)境問(wèn)題、試驗(yàn)人員問(wèn)題、試驗(yàn)方法問(wèn)題或產(chǎn)品設(shè)計(jì)問(wèn)題。不可放過(guò)每一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)閱?wèn)題的出現(xiàn)都是有原因的，出現(xiàn)一次就會(huì)出現(xiàn)第二次。若確認(rèn)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)問(wèn)題，則要嚴(yán)格按照FRACAS程序，填寫問(wèn)題措施歸零表，確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化更改到位。

試驗(yàn)結(jié)束后，全部試驗(yàn)文件（包括試驗(yàn)任務(wù)書(shū)、試驗(yàn)大綱、試驗(yàn)評(píng)審文件、試驗(yàn)報(bào)告、故障分析報(bào)告、試驗(yàn)分析報(bào)告等）應(yīng)歸檔保存。

4 結(jié)語(yǔ)

鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)是驗(yàn)證設(shè)計(jì)、完善設(shè)計(jì)的重要手段，也是改進(jìn)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。通過(guò)周密的試驗(yàn)準(zhǔn)備，合理的試驗(yàn)策劃，嚴(yán)格的試驗(yàn)管理，能夠?yàn)榭茖W(xué)嚴(yán)謹(jǐn)安全地完成鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)提供保障。