大型民用飛機飛控系統設計理念探究

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1飛控系統設計理念定義

飛控系統設計理念是飛控系統設計人員設計飛控產品時，綜合歷史、文化、市場、新技術、駕駛員、航空公司和適航等因素，所確立的設計思想和頂層原則，浸透在具體設計細節中，使飛控系統具有個性化、專業化和獨立的產品特征。

2飛控系統設計理念生命周期

飛控設計理念生命周期在立項論證階段，建立飛控設計理念和提出新的設計理念；在可行性論證階段，確認與評估新的設計理念；在預發展階段、工程發展階段中，具體應用設計理念

3飛控系統設計理念哲學特點

飛控設計理念哲學本質是正確處理設計理念與客觀世界（市場、技術、駕駛員、航空公司等）的關系，正確認識和洞察客觀世界，把握變化，發展規律，遵循其規律辦事情，具體有以下特點：創新性、發展性、系統性和適用性。

4飛控系統設計理念影響因素分析

影響先進飛控設計理念的因素有駕駛員、航空公司、新技術、歷史、文化、市場、關于飛控的民機事故、適航當局、飛機級設計理念等，具體如圖2所示。

4.1駕駛員

駕駛員已習慣飛機傳統中央駕駛桿盤操縱方式。操縱習慣必然影響著側桿或者其他新型操縱方式的設計，也影響著“駕駛艙操縱理念”。駕駛員具有自己邏輯思維能力，包括定性和定量判斷，直接影響飛控設計人員的“駕駛員邏輯思維設計理念”和“駕駛員感知設計理念”。反過來講，設計人員不要以自己的邏輯思維推測駕駛員的邏輯思維。針對駕駛桿盤的邏輯思維必然不同于側桿的邏輯思維。

4.2航空公司

由于航空公司維修成本占有一定的比重，為了降低維修成本，民用飛機MSG維修理念是飛機設計制造方、使用維修方和管理當局共同研究的成果，成為各國管理當局共同認可和使用的維修理念。同時，航空公司不僅考慮到自己的運行成本，同時也考慮減少培訓成本。而側桿培訓成本顯然高于駕駛桿盤的培訓成本，航空公司需要設計人員擁有“高效的培訓理念”和“減少多余的功能和操縱動作”，從而降低側桿培訓成本。

4.3歷史文化

針對民用飛機而言，先期大多數飛行員來源于軍機，擁有超高技能，能夠嫻熟操縱飛機。但是由于市場迫切需求，目前大部分飛行員來自民航培訓，直接影響“培訓理念”和“自動化與自動控制”設計理念。由于民用飛機飛控系統一直采用駕駛桿盤為特征的機械操縱系統，機械操縱系統和駕駛桿盤必然對駕駛桿盤操縱方式設計、控制律設計、飛行品質影響，直接影響到“飛行品質評定”和“遵守傳統機械操縱特性”設計理念。先進飛控設計理念與飛機制造商本國文化不可分割，比如“浪漫悠閑”、“封閉文化”、“社會責任感”等文化直接影響了飛控系統設計理念。

4.4市場

市場不僅包含目標市場份額，而且包含產業鏈價值，是創造性需求的源泉，也是飛控系統設計理念重要來源。同時，為了占領市場和增加市場份額，直接影響到先進飛控系統“營銷設計理念”。比如：采用陣風減緩技術并沒有對航空公司運行和駕駛員產生良好的效果，但是為了配合市場，而采用的“市場營銷”理念。

4.5新技術

針對新型民機而言，不是為了新技術而上新技術，其核心不是代表先進性。新技術的應用理念是必須為“民航運輸創造成效”，比如多電飛控、駕駛艙隨動一體化等。

4.6民機事故

2009年6月1日凌晨，法國航空公司一架A330飛機在執行巴西里約熱內盧-巴黎的AF447航班中，在正常巡航高度上，突然失去升力，從10668米（35000英尺）巡航高度急墜入海，沉入大西洋海底，全機228人全部罹難。初步分析認為，飛機在高空飛行時遭遇過冷水滴，這些過冷水滴導致空速管結冰。飛機因缺乏有效空速指示，飛行人員無法準確操作，導致飛機進入失速狀態。為了避免事故，在飛控系統設計中必然采用“場景分析設計理念”和“場景培訓設計理念”。

4.7適航

針對共模故障而言，FAA審定設計理念與EASA的理念不同，FAA批準過沒采用非相似設計的飛控系統。而EASA審定理念，必須采用非相似硬件和非相似軟件。針對審定結果和過程而言，FAA理念更傾向于結果，而EASA更傾向于過程審定。

4.8飛機級設計理念

“飛機級設計理念”是先進飛控設計理念的頂層輸入，是先進飛控系統設計理念的重要組成部分，比如“靜暗駕駛艙”設計理念、國際標準化、系列化等設計理念。

5飛控系統設計理念體系結構

先進飛控系統設計理念體系結構分為4層，第1層：歷史文化；第2層：適航理念和市場理念；第3層與飛控相關的飛機級設計理念（“系列化與通用化”、“靜暗駕駛艙”、“安全、高效、舒適”、“國際開放標準化”、“嚴格流程化”）、“以人為中心”的設計理念、新技術（多電、多總線、分布式）；第4層：系統設計理念（“簡單可靠”、“獨立功能”、“獨立通道”、“余度”、“容錯”、“場景分析”、“adhoc（突發奇想）驗證”等）。

6飛控系統設計理念評估方法

結合設計理念影響因素，從市場調查、民機飛機事故、新技術研究、歷史文化等中提取新的設計理念，建立一套評估方法：飛行員、航空公司、航空專家、概率計算、確認方法和確認平臺等，對飛控系統設計理念確認和評估。

7民機事故與飛控系統設計理念關系數據庫

飛機設計史上很多的技術進步以及設計理念的演變都來源于飛行事故的教訓和啟發，飛控系統設計理念同樣如此。查詢和收集關于飛控的民機事故，梳理和總結關于飛控的民機事故原因，利用概率統計方法，結合C++Builder界面開發工具+數據庫SQL+Excel豐富圖標，建立關于飛行控制民機事故與設計理念的關系數據庫。利用該數據庫能夠對民機事故進行統計生成各種圖表，近30年與飛控相關的統計表具體如圖3所示，為提取新的設計理念提供有效的數據支持，比如：在近30年，失去液壓故障為2次，表明：現有概率設計3套液壓系統存在不合理地方，需要改變設計理念，增加電源方面備份，提高系統安全性

8結語

該文系統地研究了設計理念定義、生命周期、哲學特點和戰略本質等內容，重點分析了先進飛控設計理念8個關鍵影響因素：歷史文化、市場、駕駛員、航空公司、新技術、民機事故、適航和飛機級設計理念，建立了設計理念的“金字塔“式體系結構和評估方法，形成一套先進飛控系統設計理念體系，能夠為確立民用飛機飛控系統設計理念提供理論指導和方法基礎。

作者:單位:中國商飛民用飛機模擬飛行國家重點實驗室 上海飛機設計研究院