通用飞机航电系统研发流程浅析
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通用飞机航电系统研发流程浅析
作者:邵良
来源:《科技创新导报》2017年第01期
摘要:通用航空是民用航空的重要组成部分,这一产业的发展对整个国家经济的发展以及社会的进步意义重大。通用航空的范畴较广,是除军用和商业行为以外的所有航空活动,囊括了直升机、固定翼飞机等航天器类型。目前,通用航空器具有最为广泛的类型,其在整个社会活动中应用最多。鉴于其类型的复杂和丰富,因此,其对整个航电系统和设备标准的要求较高,要全面进行航电系统和流程的研发。该文针对通用飞机中的航电系统不同于军机研发的特点,基于全球市场上对通用飞机航电系统的研究,提出航电系统研制流程的途径。提出主要的研发流程对象有:(1)民用飞机系统研制流程;(2)通用飞机特有的航电系统技术发展。
关键词:通用飞机航电系统市场需求民机系统研制流程
中图分类号:V24 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2017)01(a)-0017-02
1 概述
1.1 研究对象
通用航空是指除了军事和定期商业航线飞行以外的所有航空活动。通用航空器包括固定翼飞机、直升机和其他航空器(含无人机等)。通用航空器是目前世界上种类最多、用途最广的一类飞行器。
通用飞机由于种类多、功能复杂,对航电系统和设备的要求很高。主要是两大类,一类是低成本、安全可靠、自动化程度较高、人机界面简洁友好、易于裁剪构型的航空电子系统与设备;另一类是满足各种作业任务需要的设备与装置。
该文主要以23部通用飞机的航电系统为对象,对其航电系统的市场需求、功能、架构和其独有特点进行研究,提出航电系统研发流程。
1.2 民用飞机系统研制流程
1.2.1 双V模型流程
通用飞机航电系统开发遵从《ARP-4754A民用飞机与系统研制规则》和《ARP-4761民用机载系统和设备开展安全性评估的指导和方法》开发流程,可以大大精简开发成本和工作量。现代民机开发流程是通用飞机航电系统低成本化中最重要的因素。
按照《ARP4754A民用飞机与系统研制规则》中的介绍,复杂机载系统按照典型的V模型流程进行开发,从飞机级需求开始,衍生到系统级,再到部件级,并且衍生出软件需求和硬件需求。完成各级需求的需求确认后,到达V模型的底端。然后进行软硬件级、部件级和系统级的实现,完成后进入集成和需求验证流程,直到完成飞机级的集成和验证。
1.2.2 安全性分析过程
在整个系统开发过程中,并行开展的就是系统安全性分析过程,安全性评估过程包括功能危险性分析FHA(飞机级、系统级)、初步安全性分析PSSA(飞机级、系统级)、安全性分析SSA(飞机级、系统级)、共因分析CCA等4个环节。还有故障树、失效模式及影响分析、区域安全性分析等工具,可以在部分环节中应用。《ARP-4761民用机载系统和设备开展安全性评估的指导和方法》中的安全性评估模型很好地解释了在研制流程中,安全性评估的方法是如何在各个阶段验证设计并提出需求和更正设计的。采用这种从需求出发由上到下的开发过程,同时安全性评估确认和验证的开发方法,在开发成本上有大规模的节省。
1.2.3 减少纠正错误的成本
在飞机研制过程中,错误的纠正成本随着开发阶段的推进呈现指数增长。航电系统设计的功能缺失或设计错误,在初期纠正或许只是文件的修改,而等到工厂全部安装上飞机后,纠正错误的成本是巨大的。不同于传统的资源配置开发方法,现代民机的开发流程可以有效避免错误遗留到后期。举例说明,开发一款8座的23部飞机,根据资源配置的方法,没有考虑安装气象雷达。飞机生产出来后,客户要求加装,会发现困难重重。对飞机全机的结构、重量重心均有很大更改。而从需求出发,则在设计初期就收集市场需求,将该需求分配给航电系统。
1.2.4 人力资本精简
通用飞机航电系统整个开发过程有章可循,按部就班。每个阶段对应着相应的工作和输出文件。因此,在通用飞机航电系统开发团队中,通常一个人负责一个分系统,不像以往一个人负责一个设备。人员精简,节省出大量的人力成本,使得航电系统的研制成本降低。
1.2.5 避免资源浪费
以往设计中为求稳妥,放大余量,使得成本居高不下。而民机系统开发流程从需求出发,通过功能危害和安全性分析的验证,对系统架构、设备及其元器件可靠性指标等性能、软硬件等级进行合理分配。这样设备的数量配置合理,性能指标不会虚高,软硬件研制保证等级符合适航要求。
1.3 通用飞机航电系统技术发展
1.3.1 维护检测功能
通用飞机制造成本和维护成本均比较低廉,没法拥有庞大的机务和费用高昂的维护保障设备。这就要求航电系统具有维护检测的要求。
(1)数据通道的检测。
通用飞机航电系统的数据总线状态应能显示在飞机显示器上,便于机务人员在总装、试飞调试阶段和飞机维修时,快速定位线路故障。美国GARMIN公司的G1000系统在“构型模式”下显示RS-232总线各路状态,还可以显示429总线、CAN总线、RS-485总线和HSDB总线的状态。
(2)LRU的状态检测。
航电系统的各LRU的工作状态,也能定位其故障形式。
(3)ICD检测。
发动机参数和机身状态参数的接口信号,可以将其状态显示到显示器上。便于研制阶段试验和排故使用。
(4)调整片角度调整,燃油油量油箱校准,航姿校准等测试。
进入通用飞机维护界面时,可以进行调整片角度调整,燃油油量油箱校准,航姿校准等测试,并将校准结果记录在系统中,不需要每次维护时重新做这些试验,大大减轻工作量,降低成本。拥有上述维护功能的航电系统可以大幅降低飞机总装调试、地面试验时的工作量,缩短飞机研制进度。
1.3.2 适航验证试验
通用飞机航电系统具有高度综合化的特点,通常由一个供应商提供整个综合航电系统。在对于整个系统进行适航验证时,供应商需进行一些必要的试验和分析,减轻飞机设计单位的工作和成本。
(1)系统级雷电间接效应试验。
根据FAR23部的23.1306条“电子电气系统闪电防护”条款要求以及对应的咨询通告AC20-136B中的要求,对于具有A级显示功能的系统,需要进行系统级的雷电间接效应防护试验验证。供应商在设计系统阶段就要在系统层面上考虑雷电间接效应的防护和验证。
(2)系统级HIRF防护试验。