飞行控制系统铁鸟试验的几点思考

刘诗超，余云鹏，徐燕

（1.海装驻南昌地区军事代表室，江西 南昌，330024；2.航空工业洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

以电传操纵技术为核心的现代飞行控制系统是现代飞机的飞行安全关键系统，是现代飞机体现其电子化、信息化与机械化深度融合的典型标志。在飞机设计开发过程中，飞行控制系统的硬件和软件产品经过设计、加工、调试之后，需在地面试验台架上进行综合测试，以确保飞行控制系统安全可靠、功能性能满足使用要求。地面试验台架可根据试验项目的需要确定，最具针对性的台架被称为铁鸟，它复制了飞机本身的飞行控制系统及所有的交联设备。

根据GJB 2878-1997 《有人驾驶飞机电传飞行控制系统通用规范》的要求，通过铁鸟试验对飞行控制系统进行全面考核，验证飞行控制系统功能和性能，并对试验中暴露的问题进行改进，通过反复迭代使飞行控制系统不断完善。飞行控制系统铁鸟试验是一项技术性很强的工程实践，是系统研制工作的主要环节之一，在飞行控制系统的研制周期内具有十分重要的地位。

1 铁鸟试验验证

1.1 概述

飞行控制系统组成复杂，部件涉及机械、电子、液压等学科，一般由作为人机接口部件的控制与显示装置、感知飞机状态的传感器、实施数据处理和执行控制功能的计算机及操纵舵面运动的伺服作动系统等组成。同时，飞行控制系统与机上其他系统交联复杂，包含综合航电系统的核心处理机、平显、多功能显示器、正前方控制板等；大气系统的攻角传感器、动静压传感器；机电系统的参数采集器、减速板传感器、起落架收放到位装置；能源系统的液压、供电等设备。

1.2 试验内容

为充分验证飞行控制系统的接口设计、控制律设计、余度管理设计、自检测设计等要求，铁鸟试验需要进行全面充分的验证，主要需进行以下试验：

1）进行部件试验，检查部件的设计、加工、装调的正确性；

2）进行接口试验，检查飞行控制系统内部接口与外部接口的正确性；

3）进行系统自检测测试，检查自检测联锁条件和故障情况下自检申报情况；

4）进行余度管理试验，检查系统故障监控、隔离、表决及申报情况；

5）进行极性传动比试验，检查控制律各条支路极性、传动比是否正确；

6）进行系统闭环试验，检查系统在时域响应和频域响应是否满足要求；

7）进行飞行员在环飞行试验，由飞行员综合评定系统功能及飞行品质。

1.3 试验方法

在系统研制过程中，铁鸟试验可以分为开环综合测试和闭环综合测试两个阶段进行。总的来说，应根据飞行控制系统的实际组成与功能特点，分清主次，安排合理的先后顺序，以累进、有序的综合方式，完成全系统的调试和试验。遵循工程准则，先进行部件和组件的试验，后进行分系统和全系统试验；先进行一般科目试验，后进行风险科目试验；先进行功能性能试验，后进行在环飞行试验；先进行开环综合与测试，后进行闭环综合与测试。

1.4 试验环境

由于飞行控制系统铁鸟试验的验证内容较多，其交联系统复杂，导致铁鸟试验环境搭建相对复杂。铁鸟试验环境一般由系统试验器、飞行仿真系统、舱体结构、图像生成系统、视景显示系统、试验台架、铁鸟试验环境辅助分系统、航电模拟系统、惯性传感器试验台、大气数据传感器试验台、液压泵站、数据采集与分析系统、实时网络系统单轴转台、频响分析仪等子系统组成。

图1 是铁鸟试验环境的原理图，可以看到该套试验环境提供了较高的灵活性，既可以进行部件试验，也可以进行全系统综合试验。即使对于飞行员在环试验，既可以进行纯数字仿真（座舱连接到仿真计算机运行整个飞控系统和气动模型），也可以进行半实物仿真（全部真实飞控系统设备与只实现空气动力学的仿真计算机进行闭环）。

图1 铁鸟试验环境原理图

2 铁鸟试验技术现状及发展趋势

2.1 技术现状

国内各型飞机均配有相应的铁鸟试验台。2013年12 月，C919 大型客机铁鸟试验台投入使用，其综合程度非常高，全称为“飞控液压系统综合试验台架”，承担着飞机系统级研发和验证、飞机级多系统综合验证，以及飞控系统、液压系统和起落架系统的试航验证等试验任务。2021 年10 月，AG600 飞机铁鸟综合试验台投入使用，其实现了航电、飞控、液压“三鸟”合一，具备实现飞机飞控液压、航电、电气系统的交联试验的能力，是目前国内非常先进的铁鸟试验台。

国外很早借助铁鸟系统对飞机飞控、液压、电源等系统进行综合试验。2016 年，湾流G600 借助“铁鸟”完成了“首飞”，工程师在地面试验室对飞行控制、起落架、刹车及液压等系统进行测试。在30 分钟的“飞行”中，G600“铁鸟”模拟了滑行、起飞和着陆过程。G600 负责人表示：“铁鸟”能够在试验环境中确认部件的特性，提高综合成熟度，有利于后续试飞，提高了安全性并简化了测试过程。

2.2 发展趋势

铁鸟试验技术向着综合化、自动化、智能化的方向发展。为更有效进行飞机级综合试验，需要将飞控、液压、航电、电气、起落架、发动机等系统综合在一起进行试验，因此原有的铁鸟台难以满足要求，还需合并“铜鸟”、“电鸟”等试验台进行综合联试。同时随着飞控系统功能越来越复杂，试验数据处理量逐渐增多，需要试验设备和试验软件更加自动化和智能化，能够按照设定程序自动进行试验，并自动分析结果是否正确，从而提高试验效率。

3 对铁鸟试验的几点思考

3.1 试验准备

飞行控制系统铁鸟试验是一项大型综合试验，牵涉被试件、参试件、试验人员、试验环境等各方面条件，只有各项条件具备后才能开展试验。

首先被试件和参试件状态应与设计状态相符，部件质量证明文件齐全，试验件要有履历本；所有试验设备及计量仪器均应有定期校验的记录，具有合格证，并在有效期内；参加试验的人员应按试验人员培训程序的要求完成资格培训，未经培训取得资格的人员，不得擅自进行试验。

在试验前要对试验环境进行验证，尤其要重视仿真模型验证和校核，包括飞机几何数据、气动力数学模型、质量特性、飞机方程、起落架仿真、油门特性仿真、刹车特性仿真及前轮转弯特性仿真等。对模型的任何修改，都必须慎重且需重新进行校核。

3.2 试验策划

开展铁鸟试验前，应进行试验策划，要有试验项目和试验方法的策划，同时对试验人员和组织管理进行策划。在必要时，可成立试验小组，负责试验过程的组织安排及技术协调、质量控制、处理试验过程中出现的各种问题并对试验结果负责。在原有经验基础上对试验方法进行完善和创新非常重要，如大气系统试验方法为对四余度大气传感器同时供气，检查四余度大气信号的准确性和一致性。某型号对试验方法进行了创新，分别对单余度/两余度/三余度/四余度大气传感器供气，尽可能模拟大气系统各种故障模式，这种试验方法发现了大气系统软件中信号互传处理逻辑的数个错误，降低了设计错误带来的风险。

对于新研型号的飞行控制系统设计尤其要注意极性问题，初期设计时极性容易被搞错，而极性问题是飞行控制系统最基本，也是最重要的问题之一。由于极性牵涉到部件的机上安装方式，电缆接口接线定义，计算机硬件解调，系统软件处理等相关环节，在试验过程中，越早进行极性测试越能尽快发现问题。

试验需策划尽可能多的故障模式，尤其在闭环状态下进行各信号或各部件全故障试验，检验系统的工作能力与相应特性的偏离；同时策划大气系统、重量中心等拉偏试验，以模拟评估大气信号测量不准及气动数据输入偏差等导致的品质影响。

试验还需重视飞行员参与前期设计的作用，尽可能请飞行员参与飞行员在环试验，以帮助评定座舱布局、人机显示接口、操纵特性、飞行品质等，同时让飞行员积累对新设计飞行控制系统的模拟飞行经验。某型号在飞控控制律研制过程中，邀请了近20 名不同单位的飞行员进行地面飞行模拟试验，参与完善飞控控制律设计与评估，有效推进了飞控系统的研制。

3.3 试验管理

铁鸟试验要按研制程序实施管理，试验任务书和试验大纲要进行评审，以确保试验内容完整，试验方法正确。由于飞控系统软件属于关键重要软件，某型号飞控系统软件优化升级后，均发布了相应的任务书和大纲，并对每个版本的任务书和大纲进行了评审。评审应尽可能多地请其他单位专家参加评审，提出宝贵意见。试验开始后需严格按照已签署批复的试验大纲进行试验。

试验过程中应做好试验记录，包括试验时间、试验地点、试验人员、试验项目，如果出现问题应有必要的文字说明，确保每项试验具有明显的可追溯性。

试验过程必须考虑试验安全问题，并确保铁鸟试验环境安全可靠。由于铁鸟试验牵涉液压泵站、供电系统、运动舵面等风险源，试验台架周边要具有安全防护措施，配备安全员，做好试验设备接地处理，确保试验人员和试验设备安全。

试验过程中出现问题时，要对照试验条件复现，以确认问题原因是试验环境问题、试验人员问题、试验方法问题或产品设计问题。不可放过每一个问题，因为问题的出现都是有原因的，出现一次就会出现第二次。若确认是产品设计问题，则要严格按照FRACAS程序，填写问题措施归零表，确保产品设计优化更改到位。

试验结束后，全部试验文件（包括试验任务书、试验大纲、试验评审文件、试验报告、故障分析报告、试验分析报告等）应归档保存。

4 结语

铁鸟试验是验证设计、完善设计的重要手段，也是改进设计的重要依据。通过周密的试验准备，合理的试验策划，严格的试验管理，能够为科学严谨安全地完成铁鸟试验提供保障。