某型民用飞机自动驾驶仪适航研究

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适航性技术和安全性研究适＆某型民用毪相自动驾驶1义适颜硼夯李敬张伟(中航通飞研究院有限公司，广东珠海519000)【摘要】简单介绍了某型民用飞机自动驾驶仪的适航取证过程，然后对CTSO-C198《自动飞行导引与控制系统(AFGCS)设备技术标准规定》和CCAR．25．R4《运输类飞机适航标准》1329条的内容进行了分析，确定了某型飞机自动驾驶仪的适航方法。【关键词】飞机；自动驾驶仪；技术标准规定；适航【中图分类号】V221+．91【文献标识码】c【文章编号】1003—5660(2015)02-0049一)3[DOI编码】10．13237／j．cnki．asq．2015．02．014适航要求是政府对航空器的管理，要求航空器的设计制造和修理达到一定的安全水平。适航标准要求的是最低安全水平，具有强制性，是所有从事民用航空活动的人必须严格遵守的。民用航空产品必须取得相应的适航许可。某型民用飞机的自动驾驶仪系统作为机载设备，其适航批准方式主要有3种：CTSOA(技术标准规定项目批准书)，PMA(零部件制造人批准书)，随机适航(随航空器型号合格审定一起批准)。对丁有相应TSO(技术标准规定)的机载设备，可以采用随机适航也可以单独取证。1自动驾驶仪适航取证过程合格审定是对产品、服务、组织或人员进行技术检查，并对符合要求的产品颁发国家法律和法规要求的合格证、许可证、批准书或其它证明文件的活动。对一个产品而言，合格审定要评估产品的设计过程(保证设计符合标准)、制造过程(保证产品符合合格审定的型号设计)，并对合格产品颁发国家法律和法规要求的合格证。自动驾驶仪的适航取证过程即是对其设计、制造和生产进行合格审定的过程。自动驾驶仪目前适用的技术标准规定为TSO．C198／CTSO．C198《自动飞行导引与控制系统(AFGCS)设备技术标准规定》。某型飞机的自动驾驶仪系统采取单独取证的适航方法，获取CTSOA。CTSOA是由设备制造人直接向适航管理[收修订稿Et期】2014．12-27部门提出申请，由适航管理部门组织的设备审查组进行审查，并由适航管理部门批准后颁发的对产品的一种通用性的适航批准。CTSOA是将设计和生产一起批准，产品的出厂批准为“适航标签”，表示产品通过了出厂适航批准uJ。由于CTSOA不包括安装批准，若要将已取得CTSOA的设备装到某特定型号的航空器上，还必须经过装机批准【2J。2自动驾驶仪系统适航方法研究自动驾驶仪系统的审定基础为CTSO—C198及其引用的文件。自动驾驶仪系统作为一个复杂的电子系统，不仅需要对其功能和性能进行审查，同时还要对系统的硬件和软件进行审查。某型飞机的适航基础为CCAR一25．R4《运输类飞机适航标准》，在对某型飞机自动驾驶仪进行设计时，除必须满足CTSO—C198外，还要根据CCAR．25．R4中相关条款要求进行设计。2．1CTSO．C198简介与分析CTSO—C198是对自动飞行导引和控制系统设备的最低性能标准的规定，与TSO．C198内容一致，包括对材料、工艺、环境、性能和试验等要求的适用内容。CTSO—C198主要是对最低性能标准、环境标准、计算机软件、电子硬件、标记和必须提供的资料的要求。技术标准规定并没有对系统进行详细规定，而是通过对其他规定和标准的引用来说明系统需满足的要求。耳PCTSO—C198对系统性能、环境、逝巡围 d险航空标准化与质量2015年第2期软件和硬件的要求可以通过满足RTCAJDO一325《自动飞行导引和控制系统及设备》、RTCA／DO．160F《机载设备环境条件及试验程序》、RTCA／DO．178B《机载系统和设备合格审定中的软件考虑》、RTCA／DO一254《机载电子硬件设计保证指南》的要求来实现。这些标准均为系统审查的基础，不单独颁发合格证。RTCA／D0—325规定了自动驾驶仪的最低性能标准以及适用的接口。自动驾驶仪系统的设计必须满足DO一325第2．1．142．1．6条，第2．2条中最低性能标准技术指标和文件要求。RTCA／DO一160F为机载设备规定了一系列最低标准环境试验条件(类别)和适用的试验方法，确保机载设备在航空器上安装后能够可靠运行。RTCA／DO一178B是机载软件的审查基础。按照DO．178B对自动驾驶仪机载软件进行审查。某型飞机自动驾驶仪系统软件认证等级通过对功能和性能的分析以及飞机的需求，采用B级标准，确保软件设计满足DO一178B中规定的目标。RTCA／DO．254是机载电子硬件的审查基础。某型飞机自动驾驶仪系统硬件应按照DO．254规定，进行设计验证，硬件等级采用B级标准，确保硬件设计满足规定的目标。2．2适航条款25．1329简介与分析CCAR一25．R4由中国民航总局颁发的运输类飞机的适航标准。25．1329“飞行导引与控制系统”是针对运输类飞机飞行导引和控制系统的专用条款。某型乜机自动驾驶仪系统的设计必须满足该条款的要求。25．1329条涉及到飞行导引系统(包括了提供自动驾驶仪、自动推力、飞行指引仪和其它相关功能的有关设备)的性能、安全性、故障保护、警告和基本显示等方面。根据某型飞机自动驾驶仪系统的功能，适用的条款为25．1329(a)～(j)、(1)条，下面针对相应的适用条款进行分析。2．2．125．1329(a)对自动驾驶仪和自动推力装置的手操纵部件的安装位置，以及快速断开操作做了明确要求。为了防止自动驾驶仪和自动推力控制系统对主飞行操纵的干扰，自动驾驶仪系统必须有快速断开装置，同时对快速断开装置的位置作出了规定，即快速断开装置应能使驾驶员在不影响飞机操作的情况下，能够容易和快速的断开。2．2．225．1329(b)对自动驾驶仪和自动推力功能的快速断开提出要求，对妨碍快速断开功能的因素按照25，1309进行评估。根据要求，某型飞机自动驾驶仪系统在设计时，应对系统进行安全性评估，通过安全性分析过程表明对这一条款的符合性。2．2．325．1329(c)、(d)、(e)款对正常和罕见的正常条件下，飞行导引系统对接通、转换和断开造成的航迹瞬变量做了细化。“飞行导引系统的切断、模态衔接和转换可能会对飞机航迹控制产生干扰，这种干扰对飞行机组输入的响应或环境条件不一致，这种干扰即瞬变，会对继续安全飞行和飞行机组进行安全的干预操作产生不利影响。”因此要对航迹瞬变进行规定，微小的瞬变是可以接受的。2．2．425．1329(f)对操作部件的方向标识提出要求。要求姿态控制器件的运动平面必须与飞机的运动效果相一致。“为了防止不适当使用或混淆，每一个指令基准控制器件的功能和运动方向，如航向选择或垂直速度，必须清楚地标示在每一控制器件上或其附近”，同时操纵器件应能够防止或避免误操作或误断开。2．2．525．1329(g)提出在有无故障的条件下，飞行导引系统对航迹的影响限制要求。条款规定在适用使用飞行导引系统的各种飞行条件下，即使飞行导引系统出现了故障，只要驾驶员能及时发现并采取纠正措施，“不使飞机产生危险的载荷或使飞行轨迹产生危险的偏离”，那么系统就是安全的。2．2．625．1329(h)提出对速度保护的要求。要求“使用飞行导引系统时，必须提供措施避免超出正常飞行包线速度范围”。某型自动驾驶仪在设计时，应确定相应的控制权限，确保飞机不会超出正常飞行包线，满足速度保护的要求。212．725．1329(i)提出对飞行导引系统功能、操纵器件、指示和告警信号的要求。要求自动驾驶仪在各功能模态投入使用时，必须有明显的指示口]，及时向驾驶员提供驾驶仪的工作状态。同时对自动驾驶仪的人机界面提出了要求，要易于驾驶员操作、判读和辨别。丛盟麴』固回 2．2．825．1329(i)提出对自动驾驶仪的切断警告要求。根据AC25．1329．1B分析，自动驾驶仪断开后需要驾驶员立即采取手动控制，因此必须将自动驾驶仪断开告警级别定为警告级。即系统断开时，由告警系统给出“与驾驶舱其它警告截然不同的警告”。同时该警告应该能够抑制。2．2．925．1329(1)提出超控力对自动驾驶仪影响的安全评估要求。要求“当飞行机组对飞行操纵器件施加超控力时，自动驾驶仪不得产生潜在的危险”，即要求飞行机组对自动驾驶仪的超控必须是安全的。可以通过仿真分析、安全性评估和飞行试验来证明对条款的符合性。通过以上条款要求可以看出25．1329条涉及到了系统的多个方面的要求，可以作为系统设计的依据。民机适航标准只是对自动驾驶仪的设计提出了最基本的要求，在具体设计过程中还应满足飞机总体对自动驾驶仪功能和性能的要求，同时可以参考相关的国军标和航标，使得系统设计的更加完善。2．3自动驾驶仪系统的安装批准安装批准通常包括以下几种方式：MDA(ModificationDesignApproval，改装设计批准)，TC／TDA(TypeCertificate／TypeDesignApproval，型号合格证／型号设计批准书)，STC(SupplementalTypeCertificate，补充型号合格证)和局方确认的其他批准方式。(1)MDA：是对重要改装的设计批准，欲安装在中国注册的进口民用航空器上，应按AP一21—15《进口民用航空器重要改装设计合格审定程序》获得安装批准。f2)TC／TDA：是用以证明民用航空产品符合相应适航标准的证件。欲安装在中国注册的国产民用航空器上，应按AP一21．03《型号合格审定程序》获得安装批准。(3)STC：是适航部门对己经获得TC的航空产品的设计大改进行的批准。该批准是在适航部门已经证实改装的产品满足有关适航规章后授予的。欲安装在中国注册的国产民用航空器上，应按AP一21．14《补充型号合格审定程序》获得安装批准。(4)由适航司确定的其它批准方式：对系统产适航性技术和安全性研究适S品适航性没有显著影响的更改，采用局方批准的其它形式的安装批准。根据某型飞机自动驾驶仪系统的情况，其安装批准采用第3种方式。即由航空器制造人向适航部门提出申请，提供自动驾驶仪的相关资料及CTSOA证，并通过相应的符合性验证方法，证明其可以安装在飞机上，并满足CCAR一25一R4的要求，确保设备和导线在任何合理的可能故障情况下不会引起航空器运行危险，同时能够执行预期的功能。适航部门根据提供的资料进行审查，给予安装批准。3总结某型飞机自动驾驶仪系统为取得CTSOA证，必须严格按照CTSO—C198中的A1类固定翼匕机的自动驾驶仪以及C类飞行指引仪相应的规定进行设计，其最低性能标准技术指标和文件应满足I盯C～DO一325相关章节要求以及CCAR一25．R4、CCAR一2l-R3《民用航空产品和零部件合格审定规定》、AP．21—06R3《民用航空材料、零部件和机载设备的合格审定程序》等民航规章、标准、程序的规定。[参考文献]【1】刘友丹．民用飞机机载设备的适航管理【J]．航空标准化与质量．2007年第4期．[2]朱智雄，李同泽．民用航空机载设备几种适航批准方式的差异和选择[J]．航空标准化与质量．1994年第2期．[3]张翔伦，李哲．基于适航标准的飞控系统设计要求分析[J]．航空标准化与质量．2008年第3期．【4]李哲．解析民机自动驾驶仪技术标准规定[J]．航空标准化与质量．2008年第5期．[5]于敬宇，路遥，舒小华．中国民航的适航管理[C]．2010年航空器适航与空中交通管理学术年会论文集．2010年9月．考(编辑：雨晴)