军用飞机飞行管理系统适航性应用研究

祖肇梓 雷宏杰 屈重君

摘 要：在军用飞机飞行管理系统中开展适航性工作，是飞行管理系统研制过程中的难点之一。本文通过研究国外军用飞机适航性和飞行管理系统在军用飞机上的应用现状，对比分析我国军用飞机开展适航性的现状和难点，确定我国军用飞机飞行管理系统的适航性在设计研制过程中需遵循的规范和标准。此外，对军用飞机型号研制中开展飞行管理系统适航性的安全性做了分析，并对飞行管理系统适航性实现的设计要求和管理要求进行分析，探索了在我国现行的军用飞机机载产品的研制体系下，如何开展军用飞机飞行管理系统适航性工作。

关键词：军用飞机;适航性;飞行管理系统;安全性;适航体系

中图分类号：V271.4; V249.32

文献标识码：A

文章编号：1673-5048（2020）06-0025-05

0 引  言

适航性是指航空器在预期的环境条件下的一种适合安全飞行的固有特性，或航空设备能够支撑航空器安全飞行的特性[1]。适航性原本是民航中的概念，明确要求民用飞机必须获得型号合格证、生产合格证、单机合格证等，且能够保证进行持续适航，以确保民用飞机达到要求的安全等级[2]。适航性要求民用飞机具备和满足适航要求，才能在空域中进行飞行。鉴于适航性能够提升飞行安全，并且在民用飞机上已经成熟应用，因此，军用飞机也逐渐接受了适航性的概念，并在逐步推广应用。

随着经济的持续增长，我国航空工业得到了快速发展，逐渐研制出具备适航性的民用飞机。从运12、新舟60到新舟600、新舟700等涡桨飞机，以及ARJ21和C919等涡扇飞机，证明我国已具备研制符合民航标准飞机的能力，并且适航能力也达到了国际先进水平。

军用飞机如何借鉴民用飞机适航性的成功经验，是现阶段我国军方和航空工业面临的一个重要课题。军用飞机适航性，是指军用飞机能够满足军事任务运行安全的特性[3]。针对这一目标，参考国外军用飞机适航经验，在基于民用飞机适航的基础上，我国逐渐开展了军用飞机的适航工作，如Guo等人研究了军用飞机开发的适航管理系统[4]。

飞行管理系统[5]作为民用飞机中成熟的高度功能集成的系统级机载设备，在国外的军用飞机上也获得了普遍应用。随着我国航空电子技术的发展、军用飞机自动化程度要求的提高和兼容民航航线运营要求的普及，飞行管理系统逐渐开始在军用飞机上进行推广。作为最早在民用飞机上应用且与民航空域管理密切相關的机载设备，飞行管理系统在军用飞机上的应用也需要满足适航性要求，这就要求国产军用飞机从机载设备研制的初期开展适航工作。

1 飞行管理系统在军用飞机中应用

从国外来看，北约的军用飞机，如巡逻机、加油机、运输机、轰炸机甚至歼击机上，均已普遍装备了飞行管理系统，一般采用已经在民用飞机上成熟应用的飞行管理系统产品，通过增加适合装备机型的特殊功能，如反潜巡逻、空投空降、固定程序空中加油等功能，进行功能升级并进行应用。GE公司研制的飞行管理系统在军用运输机、加油机、特种机上应用的功能如表1所示。

从国内来看，在国产大型运输机之前，我国的军用飞机基本不装备飞行管理系统，而是将不同的部分功能，如飞行计划/任务计划的制定、自动飞行引导、综合导航管理以及机载导航数据库管理等在不同的设备中实现。

随着新研型号自动化程度和作战能力提升的需求以及集成航空电子技术的进步，需要将飞行管理系统不同的功

能进

行集成，开展综合化航空电子的应用，因此，飞行管理系统在国产军用飞机上具备了应用和推广条件，现已在运8[6-7]改装飞机逐步开始装备。

2 军用飞机适航现状

在对军用飞机适航性[8-11]现状进行分析之前，首先了解军用飞机与民用飞机的差异。由于使用客户和任务使命的不同，军用飞机与民用飞机在多方面存在着巨大的差异。军用飞机面向的是作战任务，而民用飞机则主要是运送乘客。一般情况下，民用飞机运输承载几十人到几百人不等，而军用飞机承载人数较少，这就使得民用飞机的安全性要求远高于军用飞机。军用飞机面向作战任务，其运行的环境以及机动性能要求比民用飞机更加苛刻，这也是军用飞机适航的难点之一。

民用飞机的适航有统一标准和规定要求，并且用严格的适航管理规范和国际民航条约作为约束。民用飞机的适航理念体系、方法、手段和操作程序均与军用飞机不同。鉴于民用飞机适航工作比军用飞机适航起步早，且更加成熟，在参考民用飞机适航标准和规范前提下，国际上陆续提出了军用飞机研制的适航工作要求及相应的规范。

2.1 国外军用飞机适航现状

2000年，美国空军颁布了AFPD62-6《美国空军适航性审查》，2002年，美国国防部颁布了MIL-HDBK-516《军用飞机适航性审查准则》[12]军用手册，成为各国军用飞机适航的指南[13]。随后，英国国防部颁布了JSP553《军用飞机适航性条例》和DEF STAN 00-970《无人机系统设计和适航性要求》;法国政府总理于2006年12月签署了2006-1551《军用及政府用飞机的适航和登记规则》，并于2013年签署2013-367 [14]替代2006-1551;加拿大国防部也在2003年颁布了C-05-005-001/AG-001 《适航性技术手册》（TAM），2006年颁布了C-05-005-001/AG-002《适航性设计标准手册》（ADSM）。北约国家纷纷出台针对军用飞机适航相应的标准和规范，并开展相应的军用飞机适航技术研究，以保障军用飞机适航性工作的开展[15];同时，欧盟防务局还就欧盟军用飞机适航一体化提出了指南和流程[16-17];采购美国军用飞机的部分亚太国家也进行了军用适航性工作的开展[18]。

2.2 国内军用飞机适航现状及存在的困难

国内军用飞机适航工作起步晚于西方国家，到现在尚未形成相应的适航规范。我国军用飞机适航起始于大型运输机的研制，在其研制过程中，我国逐渐接受了军用飞机适航的概念，并在大型运输机中进行了部分应用[19-20]，大型运输机研制参考的适航规范主要是CCAR-25-R4《运输类飞机适航标准》和美军的MIL-HDBK-516《军用飞机适航性审查准则》。伴随着我国大型运输机研制的成功，军用飞机适航得到了军方和航空工业越来越多的关注。除了军用飞机适航规范和标准，空军同样开展了军用飞机适航相关的体系建设。同时，由于军用飞机任务的特殊性和我国空军使命不同，这就要求我国军用飞机适航管理不能照搬外军或者民用飞机的规范、标准和体系，需要兼容现行军用飞机装备研制体系并满足型号研制使用以及维护的实际需求。

基于在大型运输机适航中的部分经验，从军方和航空工业的实际情况来看，我国的军用飞机适航工作推进尚存在一定的难度。

第一，如何尽快建立符合国产军用飞机适航的规范、标准和体系。军用飞机适航应该参考民用飞机适航和国外军用飞机适航经验，做到有规范和标准的支持，因此，必须建立自己规范和标准，如参考美军MIL-HDBK-516标准，建立适合国产军用飞机的适航标准，否则军用飞机适航无法可依。

第二是军用飞机适航管理的问题。军用飞机型號在研制过程中，有我国自己的型号研制管理流程，该流程并不能代替军用飞机的适航管理流程。因此，保证在现行的军用飞机型号管理体系下，进一步地开展军用飞机适航管理，是符合我国军用飞机研发现状的最佳途径。

第三是军用飞机适航队伍的建设。到目前为止，我国还没有一个成熟的军用飞机适航梯队，缺乏适航队伍。只有加强适航队伍的建设，才能解决军用飞机适航进展慢的问题。

3 军用飞机飞行管理系统适航规范与标准

从国外来看，飞行管理系统符合民航适航规范和标准，并取得相应的适航认证，可直接在军用飞机上进行装备应用，同时，根据需求再取得相应的军用飞机适航认证。另一种方式是，在某型军用飞机研制的过程中，同时获得民用飞机和军用飞机适航认证，如空客公司采用的泰雷兹FMS400飞行管理系统，是与飞机联合通过了EASA适航和法国军方的适航审定。

通过参考国外军用飞机上应用飞行管理系统的经验，并基于我国现阶段军用飞机适航认证的现状，在军用飞机上装备国外飞行管理系统时，通常装备的是获得FAA或EASA适航证的国外飞行管理系统。而对于国产自研的飞行管理系统，需在符合军用飞机机载产品研制流程的前提下，参考ICAO，FAA，EASA行业标准及CAAC的标准和规范，进行适航性推进[21]。自研军用飞机飞行管理系统参考的标准规范，主要有以下几类：

（1） 国际规范有SAE ARP 4754A《民用飞机及系统开发指南》和SAE ARP 4761《民用机载系统安全性评估流程指南和方法》。虽然两份指南均是民用飞机研制指南，但飞行管理系统作为民用飞机成熟应用的复杂系统，在航空工业各部门，还是参考两份指南来进行研制;2018年，参考SAE ARP 4761，航空工业颁布了HB/Z 20045-2018《军用飞机系统安全性分析指南和方法》，指导军用飞机系统的安全性评估，迈出了军用飞机适航规范要求的第一步。

（2） TSO标准。主要参考TSO-C115d《机载多传感器输入区域导航设备》和TSO-C129a《使用GPS的机载补充导航设备》。TSO-C115d是使用多传感器输入进行区域导航的机载设备的技术标准规范。TSO-C129a是使用全球定位系统的机载补充导航设备的技术标准规范。它们是基于多传感器（包括卫星定位系统）进行导航计算，实现区域导航功能的飞行管理系统的两个重要技术标准规范。

（3） 咨询通告（AC）参考指南有：AC20-138D《定位和导航系统的适航批准》、AC25-15《运输类飞机飞行管理系统的适航批准》、AC25.1329-1C《飞行引导系统的批准》、AC90-101A《RNP AR程序的批准指南》、AC120-28D《起飞，着陆及滑跑的III类最低气象条件的批准标准》、AC120-29A《起飞及着陆的I类和II类最低气象条件的批准标准》。

（4） RTCA/DO标准参考指南有：DO- 283B《针对区域导航的所需导航性能最低运行性能标准》、DO-200A《航空数据处理标准》、DO-208《使用全球定位系统（GPS）的机载辅助导航设备的最低运行性能标准》、DO-236B《区域导航所需导航性能的航空系统最低性能标准》、DO-178C《机载系统和设备的软件审定考虑》、DO-254《机载电子硬件的设计保证指南》。

（5） ARINC标准包括：ARINC 424《导航系统数据标准》、ARINC 702A-5《先进飞行管理计算机系统》和ARINC 739A《多功能控制显示单元》。

以上欧美国家或国际民航组织发布的标准、规范或指南，国外军用飞机飞行管理系统需要参考或遵循。随着我国国产军用飞机适航性要求的提出、国产军用飞机对于军民航线兼容的要求，以及军方在尝试推行RNP导航的要求，我国自研的飞行管理系统也需要参考和借鉴上述规范和标准。

同时，中国民用航空局发布了与飞行管理系统相关的适航审定标准和PBN导航咨询通告，国产军用飞机飞行管理系统研制过程中同样需要遵循，以保障军用飞机飞行管理系统适航性要求，主要包括：

适航审定标准：CTSO-C115d《基于多传感器输入的所需导航性能（RNP）设备》、CTSO-C113a《机载多功能电子显示器》;

规范性文件：AC-91-08《RNAV-5运行批准指南》、AC-121-FS-2009-12《在海洋和偏远地区空域实施RNP-4的运行指南》、AC-91-FS-2008-09《在航路和终端区实施RNAV-1和RNAV-2的运行指南》、AC-91-FS-2010-01R1《在终端区和进近中实施RNP的运行批准指南》等。

4 军用飞机飞行管理系统适航应用与实现

军用飞机适航性的关键技术首先是开展安全性的设计工作，包括安全性的分析、评估和符合性验证;其次是适航研制流程的过程保证，体现在以构型管理为代表的一系列过程管理。

4.1 飞行管理系统适航性工作的安全性设计

安全性设计是军用飞机飞行管理系统适航性主要工作之一。在美军的军用飞机适航中，颁布MIL-STD-882E《系统安全实施标准》[22]，将安全性保证作为最重要的适航性内容; Chatzi提出了军用航空组织中的军用飞机安全性管理系统对军用飞机适航性的重要性[23]。安全性是指飞行管理系统在使用过程中不会对使用人员造成生命安全以及不会对飞机造成安全性危害的特性。安全性保证需要对飞行管理系统的各类故障和安全问题进行分析和评估，并进行符合性验证工作，从而满足军用飞机适航性的要求。

实施过程中，需要军用飞机飞行管理系统管理和设计人员按照SAE ARP 4754A，SAE/ARP 4761，DO-178C，DO-254（如果是基于综合模块化航空电子IMA架构的飞行管理系统，还需遵循DO-297《综合模块化航空电子（IMA）研制指南和审定考虑》），以及飞机制造商相关规定和飞行管理系统设备技术协议书中的要求进行系统安全性分析和评估，规范之间的流程如图1所示。

在研制阶段包括安全性分析和评估两部分工作，安全性分析需要完成功能危险分析（FHA，Functional Ha-zard Analysis）、故障模式及影响分析（FMEA，Failure Modes and Effects Analysis）、故障树分析（FTA，Fault Tree Analysis）、共因故障分析（CCA，Common Cause Analysis）和共模分析（CMA，Common Mode Analysis）;安全性评估主要评估安全性分析的各种危险源影响程度，需要完成功能危险分析（FHA）、初步系统安全性分析（PSSA，Preliminary System Safety Assessment）和系统安全性分析（SSA，System Safety Assessment）三个步骤的工作。安全性层级关系图2所示。

4.2 军用飞机飞行管理系统适航性实现

军用飞机飞行管理系统适航性的实现，体现在飞行管理系统研发过程中对飞行管理系统技术方面和管理方面的要求。技术要求主要是对于安全性的要求;管理要求是对军用飞机飞行管理系统技术状态的管理和过程控制的管理。

军用飛机飞行管理系统的研发，首先通过与军方或主机单位确定军用飞机飞行管理系统的功能需求和性能需求，再根据需求确定适用的技术标准和规范，然后完成型号产品的系统方案设计和具体方案设计，并确定具体适用的适航条款，接着完成产品分析验证和实验验证，确定产品构型，最后完成产品设计的鉴定。

（1） 军用飞机飞行管理系统适航性实现的技术要求

在飞行管理系统的研发过程中，技术要求主要体现在适航设计要求和适航验证要求上。

军用飞机飞行管理系统适航设计要求，包括产品方案适用的适航条款和产品规范中明确的产品各项技术要求，这与安全性保证类似。在产品设计过程中，设计人员根据军用航空产品适航设计依据和产品设计方案确定产品适用的适航条款，适航工程师在产品适航支持计划中明确产品适用的适航条款和每项适用条款的符合性验证方法以及对应的验证文件;设计师完成产品规范，将通过MC4-MC9（符合性方法，Method of Compliance）验证的适用条款分解到产品试验中，完成功能危险性分析（FHA）、初步系统安全性评估（PSSA）、系统安全性评估（SSA）等安全性评估报告和故障树分析（FTA）、故障模式和影响（危害性）分析（FME（C）A，Failure Mode and Effects （& Criticality） Analysis）、共因故障分析（CCA）等安全性分析报告，并依据MC1～MC3符合性验证方法验证的适用条款完成分析验证。

在研制过程中，安全性工作主要参考SAE ARP 4761《民用机载系统安全性评估流程指南和方法》和HB/Z 20045-2018《军用飞机系统安全性分析指南和方法》。

（2） 军用飞机飞行管理系统适航性实现的管理要求

适航性实现的管理要求主要是构型管理，即在飞机全生命周期内，建立和维护飞行管理系统的功能、物理特性与产品的需求、设计要求、构型信息之间的一致性，以及相应的确认与管理过程。

军用飞机飞行管理系统的适航管理不能脱离军用飞机机载产品的研制体系，更不能脱离军用飞机机载产品的定型体系，因此，适航管理要求必须满足军用飞机体系管理、审查管理和二次配套产品的管理要求。

5 结 束 语

军用飞机适航性是提升我国军用飞机运行安全的重要措施，参考民用飞机适航和西方发达国家军用飞机适航的经验，是提升我国军用飞机适航能力的重要途径之一。军用飞机飞行管理系统的推广应用，也促进了军用飞机机载产品适航性工作的开展，同时加深了军方以及航空工业各部门对军用飞机飞行管理系统适航性的必要性认识，将成熟的民用飞机适航管理方法引入到军用飞机飞行管理系统的研制过程中，对保障军用飞机飞行管理系统研制质量乃至军用飞机的飞行安全与品质有着明显意义。

我国军用飞机适航工作的发展应在现有的军用飞机研制体系下，对机载部件按照民用飞机适航标准要求完成适航，取得一定的经验后再开展整机适航。在飞机或系统的适航过程中，要建立符合我国国情的军用飞机适航体系和相应的适航规范。

参考文献：

[1] 白康明，郭基联，焦健. 军用飞机研制阶段适航性研究[J]. 空军工程大学学报： 自然科学版，2011，12（5）： 1-4.

Bai Kangming，Guo Jilian，Jiao Jian.Research on Airworthiness in the Development of Military Aircraft[J].Journal of Air Force Engineering University：Natural Science Edition，2011，12（5）： 1-4.（in Chinese）

[2] 焦健. 军用飞机研制适航性研究[J]. 航空维修与工程，2011（3）：81-83.

Jiao Jian.Airworthiness Study for Military Aircraft Development[J].Aviation Maintenance & Engineering，2011（3）： 81-83.（in Chinese）

[3] Mettam H A.Fifty Years of Military Airworthiness[J].The Journal of the Royal Aeronautical Society，1966 （6）：248-250.

[4] Guo J L，Bai K M，Jia L T.Research on Airworthiness Management System about Military Aircraft Development [J].Procedia Engineering，2011，17：375-381.

[5] Spitzer C R，Ferrell U，Ferrell T.Digital Avionics Handbook[M]. 3rd ed.Florida：CRC Press，2014.

[6] 吴杨康. 飞行管理系统在运8飞机上的应用[J]. 电子技术与软件工程，2017（11）： 186.

Wu Yangkang.Application of Flight Management System on Y8[J].Electronic Technology & Software Engineering，2017（11）： 186.（in Chinese）

[7] 李亚玲，王韶漾，周甄. 浅谈飞行管理系统在运8飞机上的应用[J]. 电子技术与软件工程，2014（5）： 191.

Li Yaling，Wang Shaoyang，Zhou Zhen.Analysis of the Application of Flight Management System on Y8[J].Electronic Technology & Software Engineering，2014（5）： 191.（in Chinese）

[8] 苏新伟. 军用飞机适航性研究[J]. 军民两用技术与产品，2016（16）： 213.

Su Xinwei.Research on the Airworthiness of Military Aircraft[J].Dual Use Technologies and Products，2016 （16）： 213.（in Chinese）

[9] 邰炳昌，李兴泉，范宏宇. 军用飞机研制生产阶段适航性研究[J]. 飞机设计，2016，36（3）： 29-33.

Tai Bingchang，Li Xingquan，Fan Hongyu.Research on Military Aircraft Airworthiness in Development and Production Phase[J].Aircraft Design，2016，36（3）：29-33.（in Chinese）

[10] 楊建峰，熊秀，范晓宇，等. 军用飞机研制体系下民用设备研制过程适航性研究[J]. 航空标准化与质量，2018（6）：46-50.

Yang Jianfeng，Xiong Xiu，Fan Xiaoyu，et al.Research on Airworthiness of Civil Equipment under Military Aircraft Development System[J].Aeronautic Standardization & Quality，2018（6）：46-50.（in Chinese）

[11] 杨建峰，高海，陈亚辉. 军用航空产品适航工作开展探索[J]. 航空标准化与质量，2014（4）： 30-33.

Yang Jianfeng，Gao Hai，Chen Yahui.Research on Airworthiness of Military Aviation Products[J].Aeronautic Standardization & Quality，2014（4）： 30-33.（in Chinese）

[12] Department of Defense （USA）.Airworthiness Certification Criteria：MIL-HDBK-516C[M].Washington：DOD，2014.

[13] Purtona L，Kourousis K.Military Airworthiness Management Frameworks：A Critical Review[J].Procedia Engineering，2014，80： 545-564.

[14] 李宇辉. 法国军用飞机适航管理体系浅析[J]. 航空标准化与质量，2018（1）： 52-56.

Li Yuhui.Analysis of French Military Airworthiness Management System[J].Aeronautic Standardization & Quality，2018（1）： 52-56.（in Chinese）

[15] Biswas K.Military Airworthiness and Certification Procedures：Glo-bal Scenario[C]∥Proceedings of the International Conference on Modern Research in Aerospace Engineering，2018： 315-331.

[16] European Defence Agency.European Military Airworthiness Certification Criteria （EMACC） Guidebook[M].Brussels：EDA，2014.

[17] European Defence Agency.European Military Airworthiness Document Recognition Process [M].Brussels：EDA，2016.

[18] Thian C V.Civil and Military Airworthiness Challenges in Asia[J].Aviation，2015，19（2） ：78-82.

[19] 劉存喜. 军用运输类飞机适航性要求研究[J]. 航空制造技术，2013，56（7）：26-29.

Liu Cunxi.Airworthiness Requirement Research for Military Freighter[J].Aeronautical Manufacturing Technology，2013，56（7）：26-29.（in Chinese）

[20] 周景锋，孙建全. 军用运输类飞机机载设备适航体系研究[J]. 航空科学技术，2017，28（3）：5-9.

Zhou Jingfeng，Sun Jianquan.Airworthiness System Research for Airborne Equipment of Military Transport Category Airplanes [J].Aeronautical Science and Technology，2017，28（3）：5-9.（in Chinese）

[21] 余亮，熊蔚蔚. 飞行管理系统技术规范体系研究[J]. 科技资讯，2014，12（20）：23.

Yu Liang，Xiong Weiwei.Research on Technical Specification System of Flight Management System[J].Science & Technology Information，2014，12（20）：23.（in Chinese）

[22] Department of Defense Standard Practice.MIL-STD-882E： System Safety[S].Washington：DOD，2012.

[23] Chatzi A V.Safety Management Systems：An Opportunity and a Challenge for Military Aviation Organisations[J].Aircraft Engineering and Aerospace Technology，2018，91（1）：190-196.

Application Research onAirworthiness of

Flight Management System for Military Aircraft

Zu Zhaozi*，Lei Hongjie，Qu Zhongjun

（AVIC Xian Flight Automatic Control Research Institute，Xian 710065，China）

Abstract：The airworthiness study for military aircraft flight management system （FMS） is one of the crucial difficulties for the FMS research and development. This article analyzes the current application situations and difficulties of the airworthiness work for the military FMS in China in contrast with that in other countries，and researches the airworthiness standards and specifications that are necessary to comply with in the design and development process of the domestic military FMS. Meanwhile，this article analyzes safety assurance，design requirements and management specifications of the airworthiness work for the research and development of the military FMS. Accordingly，this article explores the approach and methodology of the airworthiness work for the military FMS based on the current research and development system of the domestic military onboard products.

Key words： military aircraft;airworthiness;flight management system;safety;airworthiness system

收稿日期：2020-06-01

作者简介：祖肇梓（1987-），男，河北元氏人，高级工程师，博士研究生，研究方向是导航、制导与控制。

*E-mail：zuzhaozi@facri.com