电传飞控系统首飞风险评估及控制

李伟

摘 要：民机首飞是飞机研制过程中的一个里程碑，标志飞机正式进入试飞阶段。首飞是对飞机各个系统集成及控制律的首次真实检验，不确定因素多，民机首飞风险极高。飞控系统作为民机的几个关键系统之一，其功能及性能直接影响到飞机的操纵，因此民机首飞安全与飞控系统密切相关。本文针对民机首飞阶段飞控系统风险进行风险源识别，对风险危害等级及风险发生概率进行分析，总结民机首飞阶段飞控系统风险评估方法，经某民机首飞实践，结果基本符合预期。

关键词：民机飞控系统 民机首飞 风险评估 风险控制

中图分类号：V249.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（c）-0019-02

飞机的首飞指一架新制造的飞机首次离地飞行。它既是由设想变图纸、图纸变实物、实物能飞行等一系列工作链中的一个重要环节，又是新型号由静止到运动的转折点和新型号诞生的一个重要里程碑[1]。民机首飞是首次在真实飞行环境下的飞行，风险极高。国内外首飞失败导致机毁人亡的案例也不少，如米格-15战斗机、米格-17战斗机等。飞控系统作为飞机最重要的系统之一，其安全性关系到飞机的首飞安全。因此为了保证飞机首飞安全，必须对飞控系统的首飞风险进行评估及控制。

1984年空客研制出真正意义上的电传飞机A320，从此民机进入了电传控制的新时代[2]。目前电传飞控系统已成为现代主流民机的标配，特别是随着科技的迅速发展，数字电传开始初步代替模拟电传，并且数字电传已成为评价一款民机是否先进的重要指标。电传飞控系统为飞行员操纵带来了极大便利，但同时由于电传飞控系统LRU部件多，控制原理复杂，试飞风险较大[3]。如何减低飞控系统试飞风险，对于电传飞机首飞至关重要。

1 飞控系统风险分析

电传飞控系统各子系统一般都是由供应商进行设计，并严格按照DO-160标准进行验证，确保在不同的环境条件下其功能、性能满足设计指标。各个供应商都是基于系统部件级别的验证，子系统集成包括后续与飞机系统集成，考验了主机厂的总体集成能力。我国民机研制，起步晚，与国外相比，集成能力与国外相比差距较大。参考国内外民机飞控系统研制过程，梳理出可能存在风险的5个领域。

1.1 PIO（驾驶员诱发振荡）

飞机、外部环境与飞行员操纵不协调，则会导致人机闭环系统稳定性下降，飞行品质不达标，严重时出现于飞行员意志预期的闭环耦合振荡，即PIO。由于PIO原因復杂、多样， 且具有一定随机性，欧美已对此展开广泛研究，并取得了很多研究成果[4]。但是由于电传飞控系统的复杂性及外部环境的多样性，试飞中难免会出现PIO。一旦出现PIO，严重情况会出现飞控失控，最终造成机毁人亡[5]。

1.2 交联系统

参考B737、A320、A380等国外先进民机，飞控系统交联系统众多。各个系统设计时，与之相关的交联系统考虑较少，同时目前由于我国民机总体集成能力相比国外较弱，因此可能导致各个子系统功能、性能都正常，但是各个系统集成后发现功能不正常。此类试验已经在我们某型号民机中出现过。

1.3 气动载荷

飞机起动载荷对于飞控系统而言非常重要。飞控系统作动器设计需要考虑的最关键因素之一就是气动载荷。如果气动载荷偏大，则会导致作动器作动能力强，但是重量变重，影响飞机的经济性；如果气动载荷偏小，则导致飞控系统作动能力不足，在真实飞行中出现飞机舵面无法克服气动载荷，进而导致飞机控制权限减低，影响飞机操纵，严重后果导致飞机失控。

1.4 控制律

控制律是民机的核心竞争力的体现，国外对于控制律进行出口限制，我们民机控制律只能自住设计。由于我们没有民机控制律设计的积累，自住设计的控制律难免会有缺陷。飞控系统作为控制律的执行系统，其性能指标大部分都是来源于控制律，因此飞控系统也存在很多隐患。

1.5 系统功能不到位

目前国内民机首飞时，很多系统功能与取证情况下的功能存在差异。首飞时，需要考虑各个系统差异可能导致的飞机级影响。对于电传飞控系统，也需要考虑到交联系统功能差异可能导致的飞控系统功能降级或丧失。

2 飞控风险评估及控制

为确保民机首飞成功，对于电传飞控系统，需要对风险进行梳理，制定相应的风险控制策略。

2.1 风险源梳理

进行风险控制的首要问题也是最关键一步，就是识别飞控系统首飞之前的潜在风险源。风险源梳理方法如图1所示。风险源共分为5个部分，其中工作量最大的是飞控系统地面试验。地面试验对于验证飞控系统性能、功能及故障、鲁棒性进行全方位验证，因此可以梳理出飞控系统本身存在的系统问题。总体指标缺陷或交联系统问题需要进行关注，分析可能导致的飞控系统故障。国内外民机经验，是民机研制的宝贵财富。借鉴国内外民机飞控系统存在的系统问题，梳理所研制民机的风险源。根据电传飞控系统5类潜在风险源，梳理并确认飞控首飞阶段风险源，构建试飞风险源数据库。根据飞控系统试验进展情况，实时更新飞控系统风险源数据库。

2.2 风险评估

针对梳理的试飞风险源，需要对其进行评估。因为构型、环境及不同民机之间的差异，需要确认其合理性。目前对于风险源的评估，本文拟用的方法还是专家评估+全机危险性分析。其中，风险源的专家评估建议征询3名以上专家意见进行汇总。本文规定的风险等级为5类，按照FHA等级进行划分，主要针对飞机、飞行员操纵、乘客及客舱机组3个方面进行评述。

2.3 风险控制

本文采用综合评价方法，针对飞控系统风险源，对首飞进行安全性评估。由前文可知，对于风险等级共划分为5类。电传飞控系统试飞风险等级确认主要包括两部分：第一部分是借鉴其他机型试飞经验，梳理部分风险，并根据风险源的危害程度及发生概率，确认风险等级；第二部分是本机可能存在的风险源，采用与第一种相同的方法，确认风险等级；最终根据两部分内容确认飞控系统总的试飞风险等级。其中，难点在于本机风险源的发生概率，尤其是对于首飞，没有进行过验证，无法明确给出发生概率。对于故障危害程度及发生概率。对于发生概率的确定，本文采取以下原则进行确定。endprint

（1）系统本身问题，经供应商分析，故障原因已经定位且机上已落实解决，如果后续试验未出现，则概率定义为不太可能；若后续试验故障多次继续出现，则概率定义为经常；若后续试验只出现一次，且试验执行次数多余10次，则概率定义为可能；系统本身问题，经供应商分析，故障原因已定位，但是受制于其他条件，机上无法实施，增加限制条件，此种情况下，如果试验中按照限制条件执行，但是故障还是出现，则概率定义为经常；若后续试验中未出现故障，则概率定义为偶然。

（2）非系统本身问题，比如是试验中断路器未闭合，试验判据错误，此等问题，如果更改实施，后续试验未再次出现故障，则故障概率定义为不太可能；如果更改实施后，试验中再次出现故障，则故障概率定义为经常；若机上未实施，不论后续试验是否再次出现该故障，故障概率都定义为经常。

（3）其他机型发生的风险，本机飞控系统架构与其他機型架构大致相同，飞机其他系统架构差异较小，则故障概率沿用其他机型概率；本机飞控系统架构与其他机型架构大致相同，飞机其他系统架构差异较大，则故障概率比其他机型发生概率低一档次（如其他机型故障概率为可能，本机故障概率为偶然）；若本机飞控架构与其他机型差异较大，飞机其他系统架构差异也较大，故障概率沿用其他机型低二档次，最少为不太可能；若本机飞控架构与其他机型差异较大，但飞机其他系统架构相同，则故障概率比其他机型发生概率低一档次。

2.4 实施效果

借助于某民机飞控系统，经过梳理，共梳理出其他机型借鉴风险5项，本机风险12项，采用本文方法，最终确认飞控系统首飞风险等级为中，采用相关风险性降低措施后，飞控系统风险可控。后该民机首飞，飞控系统表现良好，未出现明显故障，试飞员对飞控系统的表现非常满意。

3 结语

本文通过对飞控系统风险进行梳理，提出了风险可能存在的5大领域，对潜在风险的危害程度、发生概率进行分析，并总结一套风险危害等级的评定方法，最后在某民机进行了验证，基本符合试飞实际情况。但目前该项研究还处于起步阶段，试飞风险源数据库内容较少，后续将继续完善此部分内容。

参考文献

[1] 卓刚，沙江，白永宽.民机首飞放飞评审管理研究[J].民用飞机设计与研究，2008（3）：8-10.

[2] 杨菊平，陈益.民用飞机飞控计算机的现状与展望[J].航空计算技术，2007，，37（5）：131-134.

[3] 王敏文.电传飞控系统起飞着陆时的PIO研究[J].飞行力学，1996，14（2）：80-86.

[4] 冯亚昌，李陆豫.电传飞机人机闭环系统的诱发振荡[J].北京航空航天大学学报，2000，26（1）：30-33.

[5] 孟捷，徐浩军，朱亚明.驾驶员诱发振荡预测方法应用研究[J].飞行力学，2009，27（1）：16-19.endprint