民用飛機功能和可靠性試飛分析及其價值利用研究

冒宇飛MAO Yu-fei

（中國商用飛機有限責任公司民用飛機試飛中心，上海 201323）

1 研究背景

民用飛機功能和可靠性試飛的主要目的在于通過模擬航線運營的方式，驗證飛機及其零部件和設備可完成預期功能且不存在危及飛行安全的設計特征，評估飛機運行支持體系的完整性，同時表明飛機對CCAR21 部第21.35[1]（二）（2）和第21.35（六）（1）條款的符合性。

功能和可靠性試飛作為民用飛機最后一項審定試飛任務，涉及試飛機場多、區(qū)域廣、參試人員多、組織實施難度大，試驗周期長、飛機日利用率高等困難，同時還面對上千次的功能檢查及近百次架次安排、數(shù)據(jù)記錄等內(nèi)容。因此，高效的試飛組織模式?jīng)Q定了這項審定試飛任務的成敗。

本文通過總結(jié)提煉民用飛機功能和可靠性試飛的經(jīng)驗，指導后續(xù)飛機高效完成這項任務，同時，通過研究，探索利用好研制批試飛機，開展模擬航線運營驗證試飛，為客戶創(chuàng)造價值的方法。

2 試飛組織研究

2.1 試飛目的

民用飛機功能和可靠性試飛需要同時滿足TCB（型號合格審定委員會）審查組和AEG（航空器評審組）審查組的要求，并同步考慮市場推廣的需求。

TCB 審查組重點關(guān)注：驗證飛機是否滿足CCAR21-35[1]（二）（2）、CCAR21-35[1]（六）和AC25-7D[2]附錄B 的相關(guān)要求，為該型飛機取得型號合格證（TC）提供依據(jù)。

AEG 審查組重點關(guān)注：飛機滿足AEG 局方對持續(xù)適航文件、運行文件、主最低設備清單等AEG 項目開展驗證和目擊要求，驗證飛機維護類、運行類和培訓類手冊的適用性、準確性和完整性；驗證飛機對典型機場和航線適應性；驗證MD-FS-AEG006 要求對主制造商的運行支持體系；完成首批飛行教員航線飛行小時數(shù)積累。

企業(yè)市場推廣的要求：有利于首家客戶提前熟悉和了解飛機的性能、運行、維修等情況，為其正式運營做準備；為飛機投入運營進行市場推廣和品牌宣傳。

2.2 雙體系運行

根據(jù)規(guī)章要求，民用飛機在取得TC 證前須進行300小時的功能和可靠性試飛，大約需要150 架次左右的航線飛行，同時還必須涵蓋長、中、短三類航線[1]。在短期內(nèi)完成任務需要高效的飛行組織模式。通常，科研取證試飛以科目有效性和試飛安全為主要目的，以科研取證的試飛組織模式顯然不適用于這樣大強度、飛機日利用率高的試飛科目，但航空公司的運行模式卻更好地適配了這樣的任務需求。同時，根據(jù)咨詢通告《運輸類飛機合格審定飛行試驗指南》（AC25-7D）附錄B[2]要求：“申請人在功能和可靠性試飛期間需按照航空公司航線運營模式組織實施”。因此，需要以航空公司的形式去完成這個科目。

在實施功能和可靠性試飛時，飛機還未完成取證并交付客戶，還需要在科研取證試飛的體系下執(zhí)行，以確?？颇坑行院驮囷w安全。因此，成立模擬航空公司需要嵌套科研取證試飛的體系，實現(xiàn)雙體系的并軌運行。建議的組織架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 功能和可靠性試飛組織架構(gòu)

AOC 團隊是模擬航空公司運行的核心團隊，負責統(tǒng)籌模擬航空公司運行所需資源分配及外部接口協(xié)調(diào)工作；負責航線驗證運行期間的航路航線的規(guī)劃、申請；負責發(fā)布飛行周計劃和飛行日計劃；負責驗證性飛行的飛行組織及飛行批準；負責提供天氣預報產(chǎn)品，監(jiān)控天氣變化趨勢；負責為機組提供航務資料，包括但不限于NAIP、PIB、氣象、航路點信息表、性能分析表單、艙單等；負責監(jiān)控運行狀態(tài)，收集、傳遞、發(fā)布運行動態(tài)信息，并將決策和調(diào)整飛行計劃報領導小組；當發(fā)生應急情況時，負責接收民航體系的信息與情報，以及應急救援工作的啟動與協(xié)調(diào)。

飛行團隊是模擬航空公司執(zhí)行飛行實施任務的關(guān)鍵團隊，主要由試飛員和試飛工程師組成，負責提供有效的飛行任務書；負責航線飛行相關(guān)信息記錄；負責航線驗證飛行的具體飛行實施；負責旅客飛行中的安全保衛(wèi)工作；負責從客戶角度提出飛機運行工作建議。

安全監(jiān)管團隊是模擬航空公司運行過程中的監(jiān)管團隊，主要負責組織開展模擬航空公司的安全管理建設、維護工作，并對各團隊安全管理體系相關(guān)工作進行指導、監(jiān)督和檢查；負責研究、評估航線驗證飛行安全管理工作狀態(tài)，持續(xù)改進安全管理方法；負責指導相關(guān)業(yè)務團隊開展風險管理工作；負責組織航線演示驗證飛行安全風險分析和評價，并監(jiān)督風險降低措施的落實；負責航線驗證飛行應急救援組織工作；負責模擬航空公司人員資質(zhì)管理，監(jiān)管飛行員、乘務人員的資質(zhì)管理；負責航線驗證飛行期間非機組人員（含旅客）的升空安全審批及培訓；負責航線演示驗證飛行期間質(zhì)量、安全信息收集、報送管理，負責民航、公司相關(guān)質(zhì)量、安全信息的傳遞。

飛機保障團隊等同于航空公司的機務部，主要負責飛機維修方案的制定和維修計劃管理；負責航線驗證飛行期間工藝文件的編制；負責航線驗證飛行期間飛機的定期維修維護；負責航線驗證飛行期間飛行保障工作（航前檢查、短停檢查、航后檢查）及機務放行；負責航線驗證飛行期間飛機故障處理工作；負責航線驗證飛行期間的維修記錄，限壽件管理工作；負責航線驗證飛行期間維修手冊驗證工作；負責航線驗證飛行期間飛機適航證件管理。

綜合保障團隊主要負責開展模擬航空公司運行期間的后勤保障工作、宣傳等工作。

2.3 策劃安排檢查項目

功能和可靠性試飛的主要內(nèi)容就是檢查飛機各系統(tǒng)的工作狀態(tài)。在系統(tǒng)功能檢查項方面，基于飛機全機系統(tǒng)功能定義（657 項）與類型（12 類），篩選出按需使用/手動控制、非正常情況下使用、每次飛行都會使用、被動觸發(fā)的安全保護、被動觸發(fā)的告警、提供信息顯示等6 類，涉及梳理23 個系統(tǒng)，共計196 個檢查項，按照模擬正常航線運行檢查，地面專項檢查和模擬故障檢查進行分類，并根據(jù)各類型特點，使用場景規(guī)定了各檢查項的檢查次數(shù)。針對所篩選的檢查內(nèi)容，根據(jù)飛機級的122 個子功能及相應場景，對所篩選的系統(tǒng)功能進行匹配，保證功能驗證的完整性。同時根據(jù)AEG 要求，制定了PMMEL 檢查內(nèi)容的篩選原則，選取10 個模擬帶故障放飛的檢查項。

針對206 項檢查內(nèi)容，要制定具體的操作方式和合格判據(jù)，確保所有檢查內(nèi)容的可實施性。為了檢查項的高效執(zhí)行及相關(guān)風險評估工作的開展，將功能和可靠性試飛檢查項分為4 個試驗科目，即模擬正常航線檢查、模擬故障檢查、PMMEL 檢查、地面專項檢查如表1 所示。

表1 功能和可靠性試飛試驗科目及試驗點

正常操作檢查，即執(zhí)行期間試飛員和試飛工程師結(jié)合標準操作程序，按照機組登機前、駕駛艙準備、起動前、發(fā)動機起動與起動后、起飛前、起飛、巡航、下降&進近、著陸&停機步驟并依據(jù)試飛大綱制定的操作方式、合格判據(jù)及檢查要求執(zhí)行檢查內(nèi)容，共計93 項；

乘務操作檢查，即乘務結(jié)合乘組機上工作流程并依據(jù)試飛大綱制定的操作方式、合格判據(jù)及檢查要求執(zhí)行檢查內(nèi)容，共計40 項；

特定操作檢查，即除前兩種外需特殊操作的檢查項，共計25 項。

模擬故障檢查/8 項、PMMEL 檢查/10 項和地面專項檢查/30 項組成4 個試飛科目。

檢查項執(zhí)行時按照優(yōu)先處理的原則，要在前10 個飛行日完成90%的檢查內(nèi)容，確保后續(xù)有空余架次執(zhí)行未按計劃執(zhí)行的檢查項或新增檢查項。整個執(zhí)行階段分為前、中、后三部分。前期試飛是以短航程為主，中航程為輔的適應性試飛、優(yōu)先安排PMMEL、模擬正常航線檢查內(nèi)容開展；中期試飛是以中航程為主、短航程為輔的高強度試飛，集中安排所有檢查內(nèi)容，并合理分配到每架次飛行中；后期試飛以長、中航程及三角航線的補充試飛，在開展剩余檢查項的同時，也執(zhí)行因前期試飛出現(xiàn)的問題所增加的檢查內(nèi)容。

2.4 優(yōu)化故障處置流程

功能和可靠性試飛既是對飛機本身的檢驗，也是對運行支持體系及維修類、飛行類手冊完整、有效性的檢驗，因此需充分使用手冊。同時，考慮到初次使用手冊進行維修排故，存在手冊無法覆蓋出現(xiàn)的故障、手冊無法解決故障的可能，完全參照航空公司使用手冊進行排故放行存在風險。

一方面模擬航空公司運營及排故過程，要同時滿足批產(chǎn)體系構(gòu)型、質(zhì)量控制要求；另一方面，在高效安全進行放飛工作的前提下，要同時滿足PMMEL 和特許飛行證放飛要求。因此，在功能和可靠性試飛期間，在使用手冊進行排故放行前，增加設計評估環(huán)節(jié)。即開出故障單后，由維修工程團隊評估是否可按照手冊內(nèi)容進行排故或帶故障放行。如判斷手冊可用，則用手冊答復故障單。如判斷手冊不可用，則提出快響，由模擬主制造商提供排故方案并對手冊進行修訂。

整體流程如圖2 所示。

圖2 維修排故流程

2.5 合理規(guī)劃機場航線

在機場選擇方面，飛機功能和可靠性試飛的機場應包括國際樞紐機場、國內(nèi)二類機場、特殊機場（選取高溫、高濕為代表的典型機場）?？紤]實施的便利性，試飛機場選取原則主要為：機場盡可能覆蓋廣泛；機場周邊氣象環(huán)境相對較好；該區(qū)域具有代表性的機場；簽有保障協(xié)議的機場。

在航線運行方面，航班計劃編排需充分考慮試驗任務需求、運行機場選擇、長中短航程配比、航線是否涉及延伸跨水運行、航線是否涉及釋壓飄降程序、外場保障小隊輪換和最小數(shù)量等。

在時刻編排方面，航班計劃編排需考慮飛機空中飛行時間、地面滑行時間、過站時間、地面驗證工作和機場繁忙時刻協(xié)調(diào)。航班計劃在滿足試驗需求的基礎上，從航線安排和時刻安排兩個維度綜合編排，力達科學合理、高利用率和高實現(xiàn)率，原則上按照先熟悉后陌生、先寬松后密集，循序漸進式地從短航程過渡到中航程最后到長航程，同時考慮天氣、疫情影響和其他特殊情況，建立備份飛行日預案。

在過站時間方面，要根據(jù)航線長度及走向測算空中飛行時間，根據(jù)機場使用停機位及起降跑道測算滑行時間，根據(jù)過站地面工作及驗證項測算過站時間，根據(jù)機場繁忙程度統(tǒng)一調(diào)整合適時刻。

3 對后續(xù)工作的指導意義

通過對飛機功能和可靠性試飛的分析和總結(jié)，作為飛機取得TC 證前的最后一個試飛科目，其實是對飛機進入航線運行之前的一次“模擬考”，考核達標了即可取證投放市場。但是，在試飛飛機完成這項使命后，就只能作為后續(xù)設計優(yōu)化項目的驗證平臺，試飛任務量也較取證時期大幅度縮減，試飛飛機作為一個高價值資產(chǎn)，容易造成資產(chǎn)的閑置。因此，考慮使用試飛飛機繼續(xù)開展模擬航線運營驗證試飛的形式，為客戶運營飛機創(chuàng)造更多的價值。

3.1 分析論證

從必要性的角度，在一個新型號完成TC 取證后，即將投放市場，由客戶（航司）開始運營這個機型。航司在建立“成本收入模型”時，需要在變動成本部分確定機型的座公里成本、耗油率、維修間隔和費用等參數(shù)，而這些參數(shù)均由制造商提供，制造商的計算值與航司運營時的實際值存在差異（類比于買車時的工信部油耗和實際油耗）。因此，我們需要在客戶特定的運營場景下，通過試飛飛機模擬航空公司典型運營場景，幫助航空公司獲得準確的初期成本收入模型，再根據(jù)一段時間的運行，由航司調(diào)整參數(shù)。在需求捕獲方面，通過問卷形式調(diào)研了國內(nèi)8 家航司對于飛機模擬航線運營驗證的需求，航司共提出136 項需要主制造商驗證的需求。

從可行性的角度，試飛飛機會根據(jù)各架機承擔的試飛任務去配置構(gòu)型，架機之間存在差異，但所有應用于航線飛機的構(gòu)型均在試飛飛機上進行了貫徹和驗證。因此，試飛飛機通過更改后可以使1 架機達到批產(chǎn)構(gòu)型狀態(tài)，以模擬航線飛機去執(zhí)行航班任務。上文中提到我們捕獲的136 項航司需求，經(jīng)過分析，模擬航線運營驗證試飛中可安排122 項，覆蓋率90%，5 項涉及飛機選型問題，如客艙布局、增重支持及價格等無法驗證，剩余10 項中部分因構(gòu)型不到位無法驗證，如靈活溫度起飛等，待后續(xù)功能到位后開展驗證，部分可通過模擬器驗證，如發(fā)動機可靠性。

從經(jīng)濟性角度，試飛飛機在完成TC 取證后，會根據(jù)航線問題和衍生型飛機的任務開展設計優(yōu)化。而這是無法完全撐起試飛飛機證后5-10 年任務量的。因此，國外主制造商在完成試飛取證后，一般保留2-3 架試飛機繼續(xù)開展設計優(yōu)化，其余飛機折價轉(zhuǎn)賣給客戶。而國內(nèi)機型試飛飛機數(shù)量均比較充裕，利用這些飛機在證后去開展模擬航線運營試飛，一方面可以更快地找到我們飛機在特定航線上運行的短板和缺陷，及時開展設計優(yōu)化，另一方面可以積累數(shù)據(jù)，為支持客戶更好地去運行這個機型提供數(shù)據(jù)支撐。

3.2 實施方案

3.2.1 最大航程能力

最大航程是航線演示有意義的驗證項。根據(jù)調(diào)研客戶需求，A320neo 曾開展過上海—喀什航線演示，因此，可以考慮開展東西方向和南北方向最大航程的演示驗證。東西方向最大航程可以以上海為起點，考慮選取敦煌、烏魯木齊或喀什為目的地，考慮業(yè)載情況，關(guān)注向西逆風，根據(jù)性能計算結(jié)果演示最遠可達目的地，南北方向最大航程可以選取哈爾濱—三亞航線開展演示。

3.2.2 燃油消耗

燃油是影響飛機經(jīng)濟性的重要指標，節(jié)約燃油對于降低航空公司直接運營成本顯得越來越重要[3]。航線運行中航線距離、飛機高度層、飛行速度、航路風速和風向都會對耗油產(chǎn)生影響。在模擬航線運營驗證試飛中，要重點考慮巡航階段的燃油消耗，通過油量和配載模擬典型業(yè)載場景，對比不同高度、速度和新舊發(fā)動機狀態(tài)下油耗水平，統(tǒng)計不同時刻的燃油消耗和燃油里程，并將實際飛行結(jié)果與手冊理論值進行對比，體現(xiàn)日常運營噸公里耗油水平。

3.2.3 過站時間

過站時間是時間成本的重要一環(huán)，減少過站時間對于飛機運營來說意義重大。過站時間受到上下客時間、機場運行情況、剎車降溫時間等多方面因素影響。根據(jù)飛機功能和可靠性試飛的結(jié)果，航前航后檢查、燃油補充等地面服務占用時間較短，不影響過站時間。但是在某些特殊工況下剎車溫度會對過站時間產(chǎn)生影響。

為了明確剎車溫度對過站時間的影響，需要統(tǒng)計飛機過站等待時的剎車溫度變化規(guī)律。將收集到的數(shù)據(jù)利用氣泡圖和餅圖的形式展示不同機場、著陸重量、滑行距離條件下的剎車溫升值和降溫時間。

3.2.4 成本指數(shù)CI

成本指數(shù)CI（Cost Index）為飛機運營時的時間關(guān)聯(lián)成本與燃油價格的比值，是影響飛機運營經(jīng)濟性的重要指標[4]。計算CI 的輸入值包括固定資產(chǎn)入賬價值、凈殘值率、折舊年限、年利用率、機體重量、單臺發(fā)動機海平面起飛靜推力、發(fā)動機數(shù)量、航段飛行時間、勞務維修費率、美元/人民幣匯率、飛行機組人數(shù)、飛行機組小時費率、空勤機組人數(shù)、空勤機組小時費率、燃油價格。經(jīng)過前期調(diào)研，在模擬航線驗證期間，可以記錄的數(shù)據(jù)包括航段飛行時間、飛行機組人數(shù)和空勤機組人數(shù)，其余數(shù)據(jù)計劃根據(jù)實際情況或相似機型數(shù)據(jù)進行補充，進而對成本指數(shù)進行估算。

3.2.5 維修能力驗證

模擬航線運營期間選取MTBF、SDR 千時率、地面工裝設備驗證作為維修能力的體現(xiàn)。根據(jù)航線運營的實際場景，使用相關(guān)設備并記錄，以評估飛機航線運行的維修能力，確保運營的可靠性。

3.2.6 適應性驗證

適應性驗證主要包括機場場坪區(qū)適應性、機場終端區(qū)飛行適應性、航路飛行適應性、環(huán)境適應性、飄降演示驗證等5 個維度。通過適應性的試飛驗證以確保飛機能夠滿足CCAR121 部《運行規(guī)范》[5]的相關(guān)要求，滿足特殊自然環(huán)境和特殊操作條件下飛機的使用，對飛機航線適應性進行評估，確保后續(xù)運營的順暢。

3.2.7 客艙舒適性評估

客艙舒適性主要體現(xiàn)在客艙的橫切面積、客艙布局、座椅類型、間距、衣帽間和盥洗室配置和娛樂設備等內(nèi)容[6]，本次模擬航線驗證試飛主要從乘客體驗的角度出發(fā)，對座椅、空調(diào)、盥洗室的使用、娛樂設備使用等角度對飛機乘坐舒適性進行評估。

4 總結(jié)

通過對功能和可靠性試飛的分析和總結(jié)，試飛飛機除了常規(guī)的持續(xù)設計優(yōu)化，提高產(chǎn)品的競爭性以外，還可以通過模擬航線運行的形式去更好地支持客戶運行，讓試飛飛機完成TC 取證任務后，及時在客戶需要執(zhí)飛的航線上，不間斷開展模擬航線運營驗證試飛，以更好地讓試飛機為客戶創(chuàng)造價值。