民机试飞项目管理现状及新技术影响研究

孙鑫 赵世伟

摘 要：民用飞机试飞是民机研制过程中最重要的环节之一，也是完成从理论到现实、从纸面到空间转换的重要程序。该文首先对民用飞机试飞项目内容和特点进行了详细分析和说明；其次针对WBS和并行工程在民用飞机试飞项目管理中的应用进行了深入分析和研究；最后对不断涌现的虚拟现实、综合仿真等新技术在民用飞机飞行试验过程中的应用，以及所产生的影响进行了分析，以期能够改进我国民机试飞项目管理工作程序和方法，对提高我国民机试飞项目管理水平有所帮助。

关键词：民用飞机 飞行试验 项目管理 工作分解结构 并行工程

中图分类号：V26 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）01（a）-0180-03

飞行试验简称试飞，是在真实环境中对飞机的性能、结构以及系统功能进行全面、综合地验证。飞机试飞是一项全局性的系统工程，也是飞机研制过程中极其重要的环节之一，还是验证民用航空器满足最低安全标准，具备投入商业运营资格的必经环节[1]。

波音B787飞机和空客A380飞机由于飞行试验过程中部分问题未暴露，导致在刚刚投入市场运营后问题连发，相继发生了电池起火、漏油、玻璃裂纹、机翼连接件裂纹以及襟翼作动器故障等问题，随后不得不停止运营，对部分系统重新进行验证，直到满足监管部门的规定才被准许复飞[2]。

项目管理经过实践证明能够对复杂系统进行有效地管理和计划。现代项目管理理论和技术形成于20世纪40年代美国军方进行的“曼哈顿”计划。经过半个多世纪的发展，已经形成了一套完整的理论知识体系。随着先进客机上大量采用先进的技术和复杂的系统，所需要进行的飞行试验项目也逐渐增多，科学合理的采用项目管理的措施能够在保证试飞质量的基础上，缩短试飞周期，提高民用飞机的市场竞争力。

1 民用飞机试飞项目的内容和特点

民用飞机试飞是整个民机研制工作计划中最重要最关键的环节。随着民用飞机市场的竞争越来越激烈，客观上不允许试飞持续太长的时间。因此如果试飞工作不能够按照计划顺利完成，会影响到民机的交付进度。这不仅会为制造商带来信誉上的损害，而且客户一般会依据合同规定向制造商提出经济赔偿要求。因此飞机制造商一定会全力以赴按时完成飞行试验以确保飞机的按时交付。

民用飞机新型号试飞是对设计原理、应用技术、使用材料的飞行试验研究和验证，它为航空科技和型号发展奠定了技术基础。在新型号的研制过程中，试飞工作贯穿整个研制过程，直至取得型号合格证（TC）和生产合格证（PC）。取证后，飞行试验还将继续为新机的应用摸索并积累经验，以确保使用的安全和效率。根据CCAR-21 R3《民用航空产品和零部件合格审定规定》第21.35条规定，必须通过飞行试验来表明对适用规章的符合性。

民机试飞按照类型可分为申请人研发试飞、申请人表明符合性试飞、合格审定试飞和交付客户试飞。通常情况下申请人进行的试飞发生在局方的合格审定试飞之前，主要用于发现设计缺陷、改进设计、促进技术成熟，验证新机满足设计规定的技术要求和使用要求，表明飞机在飞行包线内是安全的，而且符合适航规章要求的。研发试飞完成后可以获得型号检查核准书（TIA），开始正式进入局方试飞阶段。局方试飞包括合格审定试飞、功能可靠性试飞等，所有局方飞行试验都要按照已颁发的约束和限制条件进行，以确保飞行试验的安全和确定对民航规章的符合性。

民用飞机试飞的具体内容涵盖很多专业和系统[1]，主要有结构载荷、操稳、性能、颤振和气动弹性（ASE）等专业，以及燃油系统、动力装置、辅助动力装置（APU）、液压系统、起落架、空调、自动飞行、通信、导航、指示记录、电源、照明、防火、防冰防雨等系统。试飞项目启动之前首先要制定试飞大纲，根据试飞大纲的内容进行相应科目的试飞，如我国第一架具有完全自主知识产权的运输类飞机ARJ-21，制定了30多份试飞大纲，内容涵盖近300项试飞科目。其中有许多试飞科目还要求在规定的不同的构型下进行试飞，如飞机性能、操稳等。还有一些试飞科目需要进行不同场地和气象条件的跨区域、跨时间飞行验证，如：空调系统、防冰系统等。

民用飞机试飞过程不仅贯穿民机研制的全过程，随着现代新理论、新技术、新工艺的广泛应用，部分项目甚至在交付使用以后需要继续进行。民用飞机试飞具有以下特点[3]。

1.1 飞机试飞是一项系统工程

试飞项目涵盖多学科、多领域、多方面的专业技术和知识。新型号试飞项目需要整体设计和规划试飞过程中试飞技术、改装、数据采集与监控、数据处理、维修保障等多方面专业技术，同时试飞过程中需要种类繁多的支持设备，包括仿真测试、颤振激励等。试飞过程离不开机场和机场的保障设施以及空中交通管理的保障，相关资源调度难度大，组织协调复杂。飞机试飞项目的自然属性决定了其是一项科技含量高、组织和资源协调复杂的系统工程。

1.2 飞机试飞内容复杂，风险高

由于民机涉及重大公共安全，因此在试飞过程中需要进行多种极限边界状态的试飞，如：大迎角、失速、高过载、颤振、结冰、尾旋、发动机空中启动等，还有涉及到各种故障模态的考核试飞，如：飞控系统舵面卡阻试飞、飞控系统直接模式试飞、发动机空中停车试飞、单发引气防冰试飞、单发起飞性能、无动力漂降性能、冲压空气涡轮（RAT）试飞等。

由于试飞项目的技术探索性决定了它的风险性。极限状态下的试飞以及部分科目在不同环境下的重复性试飞，增加飞机试飞的风险程度。在国内外试飞史上，造成机毁甚至人亡的事故屢见不鲜。如著名的“三叉戟”飞机在失速试飞科目时进入平螺旋，由于未能及时改出，造成飞机坠毁。

此外，由于飞机本身是一个非常复杂的系统，一架飞机数十个子系统、上百部机载设备，数十万个零部件，并且随着软件技术的发展，机载软件达到包含高达几十万行甚至成百上千万行的代码的规模，试飞初期飞机出现高故障率是不可避免的，这也决定了飞机试飞的高风险性。

1.3 飞机试飞成本巨大

由于飞机试飞过程中涉及到的消耗品属于单品，或者小批量，首先试验机的制作数量极少，一般不超过6架，如我国第一个具有完全自主知识产权的支线客机ARJ-21，首批制造数量仅为4架，机载设备和发动机的备件、易损件也非常少，这导致试飞成本的增加。其次，飞行试验中所使用的测试传感器、采集器与数据记录设备系统几乎全部都是国外进口，设备成本巨大。最后，飞机试飞所需要的部分基础设施建设只能用于特定型号或项目，其他型号或项目无法使用，且运行维护成本昂贵。更为重要的是，飞行保障规模庞大，即使只有一架飞机飞行，至少必須有机务维护、加油/充电/充氧等保障，机场场务，导航、通讯与指挥引导系统运行，飞行指挥与组织管理等等。

1.4 飞机试飞时间紧，任务重，参研单位多

根据国外民机试飞经验，新机型从首飞到取证周期一般约为10～18个月，累计飞行时间一般为1600～2000飞行小时[4-6]。试飞通常需要一年到一年半的时间，采用的先进技术越多，所需要的试飞内容越多，飞行试验时间越长，A380进行了2600飞行小时的飞行试验，仅完成了装配罗-罗公司遄达900发动机的机型，而对于装配GE&普惠发动机GP7200的机型还要继续延伸试飞。B787完成装配遄达1000发动机的机型需要进行长达3100飞行小时的飞行试验。此外，飞机部件的提供商—参研单位非常多，通常要涉及国内外上百家单位，在试飞过程中不同参研单位所使用的测试仪器和设备，测试接口等问题的协调工作也非常复杂。

2 民用飞机试飞项目管理方法和组织形式

民用飞机试飞项目周期长、技术复杂， 占用资源多、涉及专业面宽等特点。传统的飞机试飞方法已经不能够适应民机研制要求，需要采用现代项目管理知识体系，借鉴现代项目管理的新技术、新方法，对飞行试验项目进行科学高效的管理[5]。

2.1 工作分解结构—WBS

工作分解结构是项目管理中重要的工具之一。1968年10月美国空军首次实施系统工程的核心标准，工作分解结构就是其中之一[7]。目前对工作分解结构的研究与应用已经上升到国家标准层面，如完善升级后的美国国防部手册MIL-HDBK-881A（2005年修订），欧洲空间标准化合作组织的ECSS-M-10A，以及ISO/TC176/SCI（国际化组织质量管理和质量保证技术委员会质量体系委员会）将WBS方法写入质量管理体系项目管理质量指南（ISO10006）。

试飞项目是多项目、多专业、多资源协调工作的系统工程，利用工作分解结构WBS可以充分体现试飞项目的整体性，有序性和相关性。同时WBS能够以图形的方式表达出项目所包含的所有工作内容以及项目工作的层次感和相关性，如图1所示为某民机试飞项目的WBS整体结构图。

详尽的试飞项目WBS结构能够明确标识项目范围，成为项目团队内部、团队之间以及团队与利益相关者之间进行高效沟通协调的工具，能理顺工作流程，规范项目管理文件，防范部分工作单元无人负责进而出现推诿扯皮的现象，保障试飞项目按照标准化运作的有效措施。

2.2 并行工程

并行工程是目前应用比较广泛的一种现代工程项目组织管理形式，目的是提高产品质量、降低研制成本风险、缩短产品开发周期和加快产品上市时间。为了有效应对现代飞机由于测试参数不断增加，进而要求试飞时长不断加大和随着市场竞争日趋激烈进而要求试飞周期尽量缩短的矛盾，各民机制造商纷纷采用并行工程组织试飞项目。

试飞项目采用并行试飞的前提是有统一的飞行计划、试飞大纲以及演化而来的试飞任务单、测试手段和数据处理技术。将每架飞机和每一个试飞任务单都尽可能纳入各专业的试飞需求，对试飞任务单进行优化，将试飞约束条件相同或相近的试飞项目统编到一个任务单内，使得每次飞行任务饱满，测试参数足够多，尽可能覆盖各专业试飞的需要。

波音飞机制造商在其最新机型787梦想飞机采用并行工程的方式组织试飞，在取证试飞期间，采用6架原型机和试飞人员轮番上阵，几乎实现了每周7天，每天24小时的无节假日连续作业，有效加快了试飞进度。与波音777飞机相比，虽然技术更为复杂，涉及的试飞科目更加广泛，但是试飞取证的时间反而压缩了20%。

3 新技术在民机试飞中的应用

3.1 虚拟现实技术

随着计算机图形技术的迅猛发展，近年来虚拟现实仿真技术正在由原来一般应用发展到逐步形成一个独立行业，并逐渐开始在民机试飞领域得到广泛应用。

在试飞实时监控中，虚拟技术可以提供了三个层次的应用：第一个层次是利用试飞实时传输参数，地面再现飞机及环境三维视景，形成“三维视景监控画面”；第二个层次是利用试飞实时传递参数，地面再现与试飞员视场一致的座舱仪表显示和外部视景，甚至飞机的动态响应，形成“虚拟座舱”，用于飞行指挥和飞行员培训；第三个层次是在试飞时实时利用真实飞机飞行数据与该飞机模拟器数据动态对比监控，实现“影子飞行”，保障试飞安全。

3.2 综合仿真技术

随着试飞经验的积累，对影响飞行的各类自然现象产生机理理解的不断深入，以及现代科学技术的持续发展，使用综合仿真技术模拟一些自然场景用于飞行验证过程，既可以减少试飞等待的时间，同时还有利于编制弹性测试计划，有利于试飞的安全。如波音787飞机在结冰试飞的科目中采用了人工模拟结冰气象的试飞方法取代了耗时的自然结冰试飞，提高试飞质量的同时免去了等待结冰天气的时间。

4 结论

大型民机的研制既是一个国家航空工业实力的标志，也是一个国家综合国力的体现。作为民机研制中最重要环节之一，我国面临着民机试飞项目管理经验少，技术落后等问题。该文在总结民机试飞的内容和特点的基础上，对民机试飞项目管理进行了简要的分析，并介绍了新技术对试飞项目的影响，以期为我国民机试飞事业提供一些有益的发展思路。

参考文献

[1] 卓刚.学习 实践 提高 ARJ21新支线飞机的适航取证[J].中国民用航空，2013（9）：14-16.

[2] 张征.波音787全球停飞引发的思考[J]. 中国民用航空，2013（2）：53-54.

[3] 李娟妮，张超.某型民用飞机试飞现状及思考[J].民用飞机设计与研究，2013（4）：68-78.

[4] 周自全.飞机飞行试验的文化和内涵[J].国际航空杂志，2010（11）：75-77.

[5] 钱锟波音787的飞行试验[J].航空科学技术，2010（5）：7-10.

[6] 屈玉池，晁祥林，钱锟.A380的试飞历程[J]国际航空杂志，2007（7）：20-23.

[7] 刘纳，王勇，李新建.飞行试验项目管理标准的探讨[J].项目管理技术，2010（7）：78-81.