民用飞机MC8试验平台的适航要求及符合性验证方法研究

于海生

(上海飞机设计研究院，上海 201210)

民用飞机模拟器试验平台(如工程模拟器)是一种高效、强大的手段，能够对飞行试验无法测试的失效模式进行评估，而且具有能在不同场景下开展评估的灵活性，能够检查参数变化对飞机性能的影响。模拟器试验平台代表一个具有人机闭环(驾驶员在飞行控制系统回路中)能力的模拟器。模拟器试验平台是一种十分有价值和发展前途的工程工具，在飞机的研制开发中起着重要的作用，目前欧洲空中客车工业公司等世界先进的飞机制造企业，已经大量采用模拟仿真技术进行符合性验证试验代替飞行试验和安全性分析，大大降低飞机的研发成本，同时提升飞机的整体安全性能。通常用于支持飞机系统集成测试的模拟器试验平台也可以当作一种用以支持适航符合性验证试验的手段来代替试飞试验，即MC8(means of compliance 8)符合性验证试验[1]。当模拟器试验平台用于MC8试验来表明条款的符合性并生成适航符合性验证数据时，也可称之为MC8试验平台。目前国内已取证的飞机型号是采用飞行模拟器开展的MC8试验，但国际主流的航空器制造商一般使用工程模拟器作为MC8试验平台。本文的讨论对象为用于开展MC8试验的模拟器试验平台，一旦模拟器试验平台作为一种适航符合性验证方法用来表明适航条款的符合性，局方(适航当局)必定会对其给予重点关注，特别是复杂且高度集成的大型民用运输类飞机，关注程度会更高[2]。

目前，还没有适用于如何对模拟器试验平台作为一种适航符合性验证手段(MC8)进行合格鉴定的详细指南。本文根据欧洲航空安全局(EASA)和中国民用航空局(CAAC)针对MC8试验平台的一些重点关注项，提出了适用于MC8试验平台的总体适航要求及符合性思路。

1 MC8试验平台

MC8试验平台是指用于MC8试验并生成适航符合性验证数据的具有人机闭环(驾驶员在飞行控制系统回路中)能力的模拟器试验平台。

通常MC8试验平台由几个关键设备组成，包括：飞机驾驶舱的全尺寸复制品，几乎包括真实飞机的全部组件；驾驶舱外景象的虚拟显示系统；操纵负荷系统，提供飞行员基本控制输入和触觉反馈；声音系统，在驾驶舱内提供典型外界声音(不包括飞机组件产生的音响警告)；输入输出系统，能够与各种各样的飞机真实系统和部件通信；实时仿真系统，提供全部的飞机装置和飞行环境。MC8试验平台如图1所示。

图1 MC8试验平台

2 MC8试验平台的总体适航要求及符合性思路

2.1 MC8试验平台表明符合性范围

通常来讲，MC8试验主要针对在飞机上完成是不切实际的试验科目或测试机组在飞行试验中完成该试验科目具有高风险。针对MC8试验平台，参照AC25-7D[3]，确定采用MC8试验平台替代飞行试验表明符合性需要满足以下基本原则：

1)如果即使采取了减小风险的措施，飞行演示验证仍有过大风险，可以考虑采用MC8试验平台验证，如对CCAR25第25.672条飞控故障条件下飞机的操稳特性的验证。

2)如果规定的环境条件或飞机条件难以达到，可以考虑用MC8试验平台验证，如对CCAR25第25.25条的最小飞行重量验证等。

3)在合理范围内，需要通过MC8试验平台来扩大飞行试验的边界范围等。

2.2 MC8试验平台研制过程保证

MC8试验平台集成了许多真实的飞机系统或组件，以及仿真建模的系统或组件，其设计具有足够的复杂性。作为一种适航符合性验证手段，需要规定一个规范化和结构化的开发过程，需要向局方呈现MC8试验平台的开发过程，以表明MC8试验平台可以到达预期使用目标及范围。具体要求如下：

1)MC8试验平台的研制要从各MC8试验科目的具体需求出发。

2)MC8试验平台的相关模型开发与测试流程应包含需求确认过程。

3)MC8试验平台的研制过程要包括使用问题报告来记录已识别的问题及其相关更正。

研制过程保证的符合性过程可参考SAE ARP4754A 民用飞机与系统研制指南中的V&V研制流程，包含需求从整机到系统的逐层向下分解，再从系统测试到整机测试逐层向上的需求确认过程[4]。MC8试验平台V&V研制流程如图2所示。局方不会全程介入试验平台的整个研制过程，但会重点关注关键系统的验证测试过程。

图2 MC8试验平台V&V研制流程

2.3 MC8试验平台构型管理要求及符合性验证思路

MC8试验平台的研制过程一般是与飞机同步的，由于飞机在研制过程中的构型不是固定不变而是动态变化的，即使是飞机在取得型号合格证(TC)后也可能发生设计更改，构型发生变化。要保证MC8试验平台研制能够代表飞机的取证状态，就需要进行系统的构型管理[5]。

通过对A市3个社区拆迁抗争事件的考察，可以发现，在新时代社会转型发展期，地方政府更多是应用一种“软策略”回应钉子户的抗争行为，主要包括妥协让步、间接动员、参与调解三种形式。从本质上看，这种“软策略”其实是一种“非正式策略”，体现的是在压力型体制之下地方政府“避免出事”的治理逻辑。

首先，MC8试验平台的构型管理应与试飞验证机类似，具有可追溯性，涵盖所有相关系统、模型以及人机界面(HMI)，用以确保：

1)MC8试验平台相对于飞机取证构型具有足够的代表性。

2)识别试验后设计更改的影响，评估在MC8试验平台上进行过的符合性验证试验的有效性。

3)后续试验的代表性。

MC8试验平台涉及的主要构型项如图3所示。

图3 MC8试验平台构型项

其次，确保MC8试验平台的软硬件构型得到有效管理。针对拟进行的MC8试验科目，对于MC8试验平台使用的飞机真件，需保证MC8硬件及其加载软件构型与取证飞机一致，如存在差异应能进行相应的影响评估。

除此之外，模型局限性的影响评估和跟踪管理以及任何MC8试验平台的问题报告、缺陷或障碍都要纳入构型管理过程。

2.4 MC8试验平台逼真度要求及符合性验证思路

为了确保从MC8试验平台测试中获得正确的结果，MC8试验平台必须充分代表真实飞机的系统和飞行动力学特性。这种MC8试验平台模拟的飞机状态、试验条件和场景等与真实飞机情况的接近程度，被称为模拟逼真度。它包括操作MC8人员感觉的真实性和试验结果的正确性[6]。对于用于符合性验证试验的MC8试验平台，应具备足够的逼真度，主要根据拟进行的MC8试验科目的要求来确定，具体要求如下[7]：

1)驾驶舱布局、操纵器件、显示、声音等与取证构型飞机的一致性，操纵器件的操纵感觉应与取证构型飞机一致。

2)试验科目预期使用的功能与取证构型飞机的一致性，任何其他功能的缺失、不完整不能影响科目演示的真实性。

3)模拟试验科目的外界环境应与飞机预期使用的真实环境一致。

4)性能、操稳的静动态容差，飞机的响应必须与取证构型飞机尽可能一致。

如何表明MC8试验平台可以作为一种适航符合性验证手段，很大程度上取决于逼真度是否满足要求，在进行MC8试验平台逼真度符合性验证时，应满足以下要求[8]：

1)MC8试验平台集成了不同的系统和模型，所以采用的验证策略应先从一个系统到另一个系统逐步地验证，包括不同的失效模式，然后在整机状态和飞行领域进行整机级验证，最后运行多个系统的失效模式进行验证。

2)MC8试验台上进行的符合性验证评估通常应具有全局观，不仅包括飞机姿态响应或单个系统验证，还包括多个系统的交联验证，以及机组程序和工作量的评估。因此，MC8试验平台的逼真度演示也应是全局的，即多系统演示，涵盖所有的失效模式。

3)逼真度的演示应包括稳态和瞬态，并应根据可用的飞行试验数据进行校验。但是，如果有些情况不可能使用飞行试验数据进行校验，例如对于危险的(HAZ)/灾难的(CAT)失效模式，那么对于逼真度的演示还应包括相似性分析(例如，设计预期的系统响应与实际MC8试验平台响应的匹配)，并与试飞中相关情况下的失效模式的部分或分段演示进行比较。

4)对于系统部分的逼真度(代表性)演示，可使用鉴定试验数据、部分系统的台架试验结果或飞行试验结果以及分析和/或工程判断评估系统响应，与嵌入在仿真平台中的相关模型进行对比。

MC8试验平台飞机级评定包括主观评定和客观评定。主观评定是请专业的熟悉该机型的试飞员进行评测，主观评定科目应包括正常飞行、操纵特性、侧风、紊流、风切变、运动提示和抖振以及声音等科目。主、客观评定科目的选取应充分考虑规划的MC8试验评定科目的具体需求。有关MC8试验平台操纵特性的主观评测结果参见表1，客观评定的具体内容见表2。

表1 MC8试验平台主观评测结果

表2 MC8试验平台飞机级客观评定

3 结束语

模拟器试验平台是一种十分有价值和发展前途的工程工具，在飞机的研制开发中起着重要的作用，目前空客等世界先进的飞机制造企业，已经大量采用模拟仿真技术进行符合性验证试验代替飞行试验和安全性分析，大大降低了飞机的研发成本，同时提升飞机的整体安全性能。本文针对适用于开展符合性验证试验的民用飞机MC8试验平台，提出了总体的适航要求及符合性验证思路和方法，对民用飞机MC8试验平台的研制、开发具有指导意义。