适航条款符合性设计与验证技术研究

曹友明

（中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333001）

0 引言

按照中国国家航空技术进出口总公司的预计，到2020年，中国至少需要12 000 架民用直升机，这些飞机的市场总价值超过840 亿美元，可见我国民用直升机今后20 年增长的空间非常大，国内民用直升机市场即将迎来“井喷期”。

适航性是民用航空器的固有属性，民用航空器适航性需要通过开展一系列的技术活动来保证航空器的安全，并且必须满足适航当局颁布的适航性技术要求[1]。深入分析我国AC系列民用直升机适航取证过程，不难发现，由于适航审定条款数千项条款没有明确规定具体的审定标准，导致申请人在进行条款符合性设计时缺乏有效的操作细则和监管机制，导致民用航空器适航符合性设计工作不充分，增加了后续符合性验证难度。故论文提出一种适航条款解析思路，以期能够为企业进行适航符合性设计和验证提供一条可供借鉴的思路。

1 适航条款与验证技术的解析

1.1 适航条款知识化解析

为了使适航条款更具可读性，需进行解析，以CCAR29-R1为基础，通过抽取出各条款的知识因子，对条款进行了解析，并建立适航条款解析模型，使适航条款验证目的和验证方法更加明确具体。对适航条款的解析是使适航管理及验证业务逐渐向可实施业务单元层接近的一种有效方法，并在此基础上结合相应的适航验证技术，形成对企业适航审查过程的具体验证细则。

解析后的适航条款通过匹配对应的ATA 结构（一种通用的民用航空器系统部件通用代码）、验证经验、符合性方法MOC 以及在符合性验证过程中产生的符合性文件及其子文件等。某个条款由于验证的部位所属的系统不同，可能对应了多个ATA 结构，需要多种符合性验证方法组合进行验证，可能产生多个符合性文件和子文件。往往适航条款在经历过一次完整的审查之后，将会形成一系列的验证经验，为下一次审查提供参考。

1.2 适航验证技术解析

适航验证技术的解析，需要在适航要求、设计、制造等知识的支撑下进行，解析后的验证技术，将能很好地嵌入企业适航验证流程体系中。适航验证技术存储于适航验证知识库中，确定需要采用某种技术进行验证后，首先从知识库中取出该验证技术；其次，结合与该技术有关的适航条款及符合性方法，在适航性控制管理与解析后条款的约束下，完成验证技术及方法的提取和实施流程的确定；最后，通过对解析要素进行抽取，并以解析知识单元的方式进行解析。具体解析模型如图1 所示。

从适航知识库中提取出某个适航技术、相应的适航要求和设计制造等要求，并结合已有的适航条款解析模式，将适航技术按照要素解析、提取验证方法、验证流程梳理进行适航审定流程构造，完成验证技术方法与验证流程的结合，并以解析单元的方式进行解析结果的显示化描述。

2 解析条款与验证技术规范化重组

2.1 适航管理业务与民机研制过程的交互

进行民用航空器适航条款及适航验证技术的解析与规范化重组，能够促进验证方法的明晰化、标准化及验证效率的高效化等。适航验证流程并不会在整体流程上改变原有民机的研制进程，适航审定及验证过程仅仅是对民机研制过程的一种干预措施，其是对民机研制的各个过程进行相关必要约束的过程，以确保企业研制的民机符合适航性要求。通过这样的干预机制，使民用航空器固有的设计、制造、维修维护等过程满足适航性的要求。企业民机的研制过程只有顺利通过适航部门的审查，才能生产出符合市场需求及安全性要求的航空产品。提供适航管理控制选择适航条款规章重组及适航验证技术，并在重组规章的基础上，通过适航管理的约束，进行适航条款的解析，然后通过解析后的适航条款与验证技术结合，形成具体的适航验证方法及验证流程。运用此验证流程对民机的研制过程进行有效协调与控制，以完成民机的各项适航验证，最终形成符合性验证结果及文档。如图2 所示为民机适航性控制流程建模。

2.2 解析后条款与验证技术的重组及其规范化

图1 适航验证技术解析模型

对适航条款的解析使得民机符合性验证具有一定的可实施性，但是仍然难以在企业内部进行实施。因为解析后的条款仍然没有给出具体的验证技术方法，也无法确定验证流程可追溯性等问题。仅仅依靠符合性验证方法无法确定具体实施路径，符合性验证方法只给出了宏观上的验证方法，而没有给出具体的验证路径。所以，适航条款只有结合已有适航性验证技术才能完成某个条款的验证过程，这样适航条款的符合性验证工作就能在企业内部进行实施。

航空器的每个系统、子系统以及每个零部件都能按照ATA 结构进行划分，ATA 结构就是适航验证技术解析与条款解析衔接的关键知识要素之一，某个条款的验证可能涉及到多个ATA 结构、包含多种符合性验证方法（MOC）、需要结合多种验证技术才能完成该过程的适航审定任务。从图1 可以看出规范化的适航审定过程模型主要包含条款名称、所属ATA、符合性方法、验证技术、验证流程和符合性文件及其子文件。

通过对适航审定过程规范化模型进行研究分析，确定完成民机适航审定过程需要的其他关键要素。除了包括以上主要知识要素外，还需增加诸多辅助验证要素，例如试验名称、试验编号、开始日期、完成日期、试验负责人、试验负责单位和条款负责人等。通过增加这些辅助的条款知识要素，使之能够完成对某个条款的适航验证过程。具体内容见表1。

表1 审定过程知识要素

图2 民机适航性控制流程建模

通过对适航条款与验证技术解析要素的重组，得到重组后的适航条款与验证知识单元。要实现条款解析单元在民机验证过程中的运用，则需将其合理有效地嵌入民机适航审定流程中。通过对民机适航业务特点的分析，将其分为管理类业务及工程验证类业务。管理类业务贯穿于适航取证的整个周期，侧重于“业务”。工程验证类工作侧重于“工程”，即“为证明产品满足某项适航标准的规定，应进行的航空器验证评审工作”。而条款解析所面向的业务主要是工程类验证任务。适航的管理类业务与工程验证类业务应在适航管理组织的管控下进行，条款单元的知识化解析则在管理类业务的指导下、结合适航规章条款与验证技术完成。适航条款知识单元与审定技术知识单元的结合，并在适航部门及其他各部门的组织协调下，完成民机适航性验证工作，实现适航与民机研制业务间的协调与控制。验证完成后得到的文件资料归入适航文件、证件体系中，提供给下次验证活动的指导。重组条款知识单元在适航管理中的作用方式及其相互关系如图3 所示。

通过分析重组条款解析知识单元在适航管理过程中的作用方式及其与各管理子领域之间的关系，使重组条款知识单元在适航管理过程中的作用机制得到了合理的描述。

图3 条款解析单元在适航审定中的作用方式

2.3 具体案例分析

以运输类民用直升机鸟撞损伤适航条款CCAR29.631为例，详细描述适航条款与验证技术知识化解析与重构过程。CCAR29.631 出自运输类旋翼航空器适航规定CCAR29部的D 分部设计与结构部分，确定其条款验证的具体适航要求如下：旋翼航空器必须设计成，在高度为 2 440 m（8 000 英尺），速度等于 VNE 或VH（取较小者）时，受到 1.0 kg（2.2 磅）的鸟击后能继续安全飞行和着陆（对 A 类）或安全着陆（对B 类）。必须用试验或在对有充分代表性的相似设计结构上进行的试验的基础上的分析来表明符合性。

2.3.1 解析过程

确定该条款验证部位所属系统的ATA：ATAxxx。

确定需要的符合性方法MOC：通过采用相应的静不定结构并把操纵系统元件置于受保护的部位，或采用一定的保护装置（如隔板或吸能材料）来满足该条款的要求同样是可以接受的；在用分析、试验或两者相结合的方式表明符合该条要求的情况下，使用结构设计类似的飞机的资料是可以接受的。所以采用MOC2 及MOC4 进行符合性验证。

确定是否有相应的型号验证经验：国内针对鸟撞损伤问题的适航验证问题分析与研究还处于初步阶段，缺乏系统化的验证技术经验。鉴于鸟撞问题是工程应用与理论分析结合紧密的工程技术问题，需要借鉴国外公司的相关技术经验，完成该条款的符合性验证工作。

确定需要选用的验证技术：飞机鸟撞问题从工程力学角度属于大变形冲击动力学问题，在抗鸟撞能力的分析计算中，一般采用工程试验方法、经验公式法、数值分析法等进行试验分析，并采用鸟撞试验验证其条款的符合性，使之按照分析-试验-分析-试验等方案进行。如图4 为其具体验证流程。

2.3.2 适航条款与验证技术知识化解析

通过对该适航条款与验证技术的的分析，完成对该条款与验证技术的解析工作，形成条款与验证技术知识单元规范化描述，具体见表2。

表2 条款与验证知识单元关键要素规范化描述

在完成适航条款与验证知识单元关键要素的规范化描述的基础上，进行其他辅助要素的完善，使之得到一种完整的适航条款与验证技术重构知识要素的规范化描述方式，并将其融入到适航审定业务流程中，达到适航条款验证过程的明晰化，完成民机相应的适航符合性验证过程。

图4 民用直升机鸟撞适航验证工作流程

3 结语

论文通过对适航条款和验证技术的解析，建立了基于条款和验证技术知识要素的知识化解析模型，进一步对解析后适航条款与验证技术知识要素的规范化重组，实现了对重组条款与验证知识单元的显示化描述，并在此基础上结合具体案例验证了该方法的可实施性。该模型实现了适航审定标准向企业标准的转化，并能很好地指导企业进行具体的适航验证工作。