大型民用飛機(jī)飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念探究

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1飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念定義

飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念是飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)飛控產(chǎn)品時(shí)，綜合歷史、文化、市場(chǎng)、新技術(shù)、駕駛員、航空公司和適航等因素，所確立的設(shè)計(jì)思想和頂層原則，浸透在具體設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)中，使飛控系統(tǒng)具有個(gè)性化、專業(yè)化和獨(dú)立的產(chǎn)品特征。

2飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念生命周期

飛控設(shè)計(jì)理念生命周期在立項(xiàng)論證階段，建立飛控設(shè)計(jì)理念和提出新的設(shè)計(jì)理念；在可行性論證階段，確認(rèn)與評(píng)估新的設(shè)計(jì)理念；在預(yù)發(fā)展階段、工程發(fā)展階段中，具體應(yīng)用設(shè)計(jì)理念

3飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念哲學(xué)特點(diǎn)

飛控設(shè)計(jì)理念哲學(xué)本質(zhì)是正確處理設(shè)計(jì)理念與客觀世界（市場(chǎng)、技術(shù)、駕駛員、航空公司等）的關(guān)系，正確認(rèn)識(shí)和洞察客觀世界，把握變化，發(fā)展規(guī)律，遵循其規(guī)律辦事情，具體有以下特點(diǎn)：創(chuàng)新性、發(fā)展性、系統(tǒng)性和適用性。

4飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念影響因素分析

影響先進(jìn)飛控設(shè)計(jì)理念的因素有駕駛員、航空公司、新技術(shù)、歷史、文化、市場(chǎng)、關(guān)于飛控的民機(jī)事故、適航當(dāng)局、飛機(jī)級(jí)設(shè)計(jì)理念等，具體如圖2所示。

4.1駕駛員

駕駛員已習(xí)慣飛機(jī)傳統(tǒng)中央駕駛桿盤操縱方式。操縱習(xí)慣必然影響著側(cè)桿或者其他新型操縱方式的設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)人員的“駕駛員邏輯思維設(shè)計(jì)理念”和“駕駛員感知設(shè)計(jì)理念”。反過(guò)來(lái)講，設(shè)計(jì)人員不要以自己的邏輯思維推測(cè)駕駛員的邏輯思維。針對(duì)駕駛桿盤的邏輯思維必然不同于側(cè)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(jī)MSG維修理念是飛機(jī)設(shè)計(jì)制造方、使用維修方和管理當(dāng)局共同研究的成果，成為各國(guó)管理當(dāng)局共同認(rèn)可和使用的維修理念。同時(shí)，航空公司不僅考慮到自己的運(yùn)行成本，同時(shí)也考慮減少培訓(xùn)成本。而側(cè)桿培訓(xùn)成本顯然高于駕駛桿盤的培訓(xùn)成本，航空公司需要設(shè)計(jì)人員擁有“高效的培訓(xùn)理念”和“減少多余的功能和操縱動(dòng)作”，從而降低側(cè)桿培訓(xùn)成本。

4.3歷史文化

針對(duì)民用飛機(jī)而言，先期大多數(shù)飛行員來(lái)源于軍機(jī)，擁有超高技能，能夠嫻熟操縱飛機(jī)。但是由于市場(chǎng)迫切需求，目前大部分飛行員來(lái)自民航培訓(xùn)，直接影響“培訓(xùn)理念”和“自動(dòng)化與自動(dòng)控制”設(shè)計(jì)理念。由于民用飛機(jī)飛控系統(tǒng)一直采用駕駛桿盤為特征的機(jī)械操縱系統(tǒng)，機(jī)械操縱系統(tǒng)和駕駛桿盤必然對(duì)駕駛桿盤操縱方式設(shè)計(jì)、控制律設(shè)計(jì)、飛行品質(zhì)影響，直接影響到“飛行品質(zhì)評(píng)定”和“遵守傳統(tǒng)機(jī)械操縱特性”設(shè)計(jì)理念。先進(jìn)飛控設(shè)計(jì)理念與飛機(jī)制造商本國(guó)文化不可分割，比如“浪漫悠閑”、“封閉文化”、“社會(huì)責(zé)任感”等文化直接影響了飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念。

4.4市場(chǎng)

市場(chǎng)不僅包含目標(biāo)市場(chǎng)份額，而且包含產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值，是創(chuàng)造性需求的源泉，也是飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念重要來(lái)源。同時(shí)，為了占領(lǐng)市場(chǎng)和增加市場(chǎng)份額，直接影響到先進(jìn)飛控系統(tǒng)“營(yíng)銷設(shè)計(jì)理念”。比如：采用陣風(fēng)減緩技術(shù)并沒(méi)有對(duì)航空公司運(yùn)行和駕駛員產(chǎn)生良好的效果，但是為了配合市場(chǎng)，而采用的“市場(chǎng)營(yíng)銷”理念。

4.5新技術(shù)

針對(duì)新型民機(jī)而言，不是為了新技術(shù)而上新技術(shù)，其核心不是代表先進(jìn)性。新技術(shù)的應(yīng)用理念是必須為“民航運(yùn)輸創(chuàng)造成效”，比如多電飛控、駕駛艙隨動(dòng)一體化等。

4.6民機(jī)事故

2009年6月1日凌晨，法國(guó)航空公司一架A330飛機(jī)在執(zhí)行巴西里約熱內(nèi)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(jī)228人全部罹難。初步分析認(rèn)為，飛機(jī)在高空飛行時(shí)遭遇過(guò)冷水滴，這些過(guò)冷水滴導(dǎo)致空速管結(jié)冰。飛機(jī)因缺乏有效空速指示，飛行人員無(wú)法準(zhǔn)確操作，導(dǎo)致飛機(jī)進(jìn)入失速狀態(tài)。為了避免事故，在飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必然采用“場(chǎng)景分析設(shè)計(jì)理念”和“場(chǎng)景培訓(xùn)設(shè)計(jì)理念”。

4.7適航

針對(duì)共模故障而言，F(xiàn)AA審定設(shè)計(jì)理念與EASA的理念不同，F(xiàn)AA批準(zhǔn)過(guò)沒(méi)采用非相似設(shè)計(jì)的飛控系統(tǒng)。而EASA審定理念，必須采用非相似硬件和非相似軟件。針對(duì)審定結(jié)果和過(guò)程而言，F(xiàn)AA理念更傾向于結(jié)果，而EASA更傾向于過(guò)程審定。

4.8飛機(jī)級(jí)設(shè)計(jì)理念

“飛機(jī)級(jí)設(shè)計(jì)理念”是先進(jìn)飛控設(shè)計(jì)理念的頂層輸入，是先進(jìn)飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的重要組成部分，比如“靜暗駕駛艙”設(shè)計(jì)理念、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化、系列化等設(shè)計(jì)理念。

5飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念體系結(jié)構(gòu)

先進(jìn)飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念體系結(jié)構(gòu)分為4層，第1層：歷史文化；第2層：適航理念和市場(chǎng)理念；第3層與飛控相關(guān)的飛機(jī)級(jí)設(shè)計(jì)理念（“系列化與通用化”、“靜暗駕駛艙”、“安全、高效、舒適”、“國(guó)際開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)化”、“嚴(yán)格流程化”）、“以人為中心”的設(shè)計(jì)理念、新技術(shù)（多電、多總線、分布式）；第4層：系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念（“簡(jiǎn)單可靠”、“獨(dú)立功能”、“獨(dú)立通道”、“余度”、“容錯(cuò)”、“場(chǎng)景分析”、“adhoc（突發(fā)奇想）驗(yàn)證”等）。

6飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念評(píng)估方法

結(jié)合設(shè)計(jì)理念影響因素，從市場(chǎng)調(diào)查、民機(jī)飛機(jī)事故、新技術(shù)研究、歷史文化等中提取新的設(shè)計(jì)理念，建立一套評(píng)估方法：飛行員、航空公司、航空專家、概率計(jì)算、確認(rèn)方法和確認(rèn)平臺(tái)等，對(duì)飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念確認(rèn)和評(píng)估。

7民機(jī)事故與飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)

飛機(jī)設(shè)計(jì)史上很多的技術(shù)進(jìn)步以及設(shè)計(jì)理念的演變都來(lái)源于飛行事故的教訓(xùn)和啟發(fā)，飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念同樣如此。查詢和收集關(guān)于飛控的民機(jī)事故，梳理和總結(jié)關(guān)于飛控的民機(jī)事故原因，利用概率統(tǒng)計(jì)方法，結(jié)合C++Builder界面開(kāi)發(fā)工具+數(shù)據(jù)庫(kù)SQL+Excel豐富圖標(biāo)，建立關(guān)于飛行控制民機(jī)事故與設(shè)計(jì)理念的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。利用該數(shù)據(jù)庫(kù)能夠?qū)γ駲C(jī)事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)生成各種圖表，近30年與飛控相關(guān)的統(tǒng)計(jì)表具體如圖3所示，為提取新的設(shè)計(jì)理念提供有效的數(shù)據(jù)支持，比如：在近30年，失去液壓故障為2次，表明：現(xiàn)有概率設(shè)計(jì)3套液壓系統(tǒng)存在不合理地方，需要改變?cè)O(shè)計(jì)理念，增加電源方面?zhèn)浞荩岣呦到y(tǒng)安全性

8結(jié)語(yǔ)

該文系統(tǒng)地研究了設(shè)計(jì)理念定義、生命周期、哲學(xué)特點(diǎn)和戰(zhàn)略本質(zhì)等內(nèi)容，重點(diǎn)分析了先進(jìn)飛控設(shè)計(jì)理念8個(gè)關(guān)鍵影響因素：歷史文化、市場(chǎng)、駕駛員、航空公司、新技術(shù)、民機(jī)事故、適航和飛機(jī)級(jí)設(shè)計(jì)理念，建立了設(shè)計(jì)理念的“金字塔“式體系結(jié)構(gòu)和評(píng)估方法，形成一套先進(jìn)飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念體系，能夠?yàn)榇_立民用飛機(jī)飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念提供理論指導(dǎo)和方法基礎(chǔ)。

作者:單位:中國(guó)商飛民用飛機(jī)模擬飛行國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院