审查飞行控制系统审定计划的几项关注要素

朱亮

中国民用航空上海航空器适航审定中心

《航空器型号合格审定程序》（编号： AP-21-AA-2011-03-R4，简称：03R4程序）中定义：审定计划(Certification Plan，简称CP)是申请人制定的关于采用何种符合性验证方法来表明产品符合审定基础的计划。一份典型的审定计划中包括审查对象设计方案或设计更改方案的说明、预期运行环境的规章要求、建议的合格审定基础、符合性验证思路和符合性方法表、用于表明对适用审定基础符合性的文件清单等等有关型号合格审定工作规划及预期审定数据的重要信息，因此审定计划对于审查方和申请方都具有极其重要的意义，审查方对于审定计划的审查、认可和批准是审查方重要的审查工作任务之一。

与其它系统相比较，研发与审定飞行控制系统的难度和特殊性在于：(1)飞行控制系统与确保飞机持续安全飞行关系更为密切，飞行控制系统是确保民用飞机飞行安全的关键系统。(2)飞行控制系统涉及的专业领域更广。包括：强电、弱电、结构强度、系统安全性、自动控制原理、液压、操稳与品质、驾驶舱与人为因素、机载软件与硬件、机械加工、布置安装等十几个专业领域；(3)飞行控制系统涉及的专业跨度更大。例如：上述专业领域之间不具有彼此之间的互通性；(4)飞行控制系统涉及的功能更多。这将直接导致系统实现更加复杂；(5)飞行控制系统的集成度更高。尤其电传飞行控制系统出现后，自动飞行、高升力、大气数据等以往独立的系统或功能被越来越多的集成进一起飞行控制系统之中；(6)飞行控制系统的接口系统更多。当前电传飞行控制系统的接口系统可达数十个，且随着飞行控制系统的功能增多、集成度增加，飞行控制系统的接口系统将越来越多；(7)辅助开展飞行控制系统研发和审定的试验设施更多、更加复杂。除去一般的试验设施以外，典型的大型试验设施包括铁鸟和工程模拟器，这些试验设施是其它系统所不具有的。

飞控系统的上述特点使得飞控系统的研制和审查成为极具挑战性的工作，而飞控系统审定计划作为飞控系统研制和审查工作的关键一环，需要综合考虑一般性的工作原则（例如：03R4管理程序中的相关规定），也需要兼顾飞控系统的专业特点。本文从审查飞控系统审定计划的角度出发，结合实际审查经验，提出并分析一些值得关注问题和关注要素。

第一．关注飞控系统审定基础的正确性和完整性

03R4程序中对于型号合格审定基础(TypeCertification Basis)的定义是：经型号合格审定委员会（TypeCertification Board，简称TCB）确定的、对某一民用航空产品进行型号合格审定所依据的标准。型号合格审定基础包括适用的适航规章、环境保护要求、专用条件、豁免和等效安全结论。

然而，03R4程序并未针对特定的专业、专题、系统等指明具体的审定基础，也未指明确保各专业、各专题、各系统审定基础正确性和完整性的方法。为确保飞控系统审定基础的正确性和完整性，审查方应关注如下问题：

(1)       申请方是否已经完成并冻结飞控系统的功能架构设计

美国汽车工程师协会（Society ofAutomotive Engineers，简称：SAE）颁布的《民用飞机及系统研发指南》（编号：SAE ARP 4754，当前版本：A）作为一份可接受的指导材料，其中显示民用飞机及系统的研发总是从功能开发开始的。实践经验也表明，对于系统功能的审查应当成为系统审查的第一步，这是因为飞控系统很多新颖独特的设计特征是通过功能定义反映出来的，例如：飞行包线保护功能、设计俯冲速度等。根据《民用航空产品和零部件合格审定规定》（简称CCAR21部）和03R4程序可知，对于当前规章未能覆盖的新颖独特的设计特征，需要制定专项的适航要求，即“专用条件”来覆盖这些特征。另一方面，飞控系统功能定义的更改或变化，一定会引起物理实现方面的更改或变化，只是更改或变化的程度不同而已。因此，在开展审定计划讨论以及执行后续的审查工作之前，需要申请方提供清晰、明确、完整的功能描述，完成并冻结飞控系统功能架构设计，形成功能基线并纳入构型管理。

(2)       申请方是否已经基本完成物理架构设计

飞控系统物理架构即是主要的审查对象，也是整个飞控系统审查活动的重点。一方面，飞控系统的物理架构设计中也可能包含许多新颖独特的设计特征，例如：对于实现飞行员控制指令输入这一功能，可以采用传统的驾驶盘杆，也可以采用侧杆控制器，那么对于前者，当前适航标准已有明确规定；对于后者，则当前适航标准未完全覆盖，因此，侧杆控制器的使用属于CCAR21部规定的新颖独特的设计特征；另一方面，物理架构设计和选择具有复杂性、迭代性，实践经验表明，在申请方制定和提交审定计划草稿之前，很难全部完成并冻结物理架构设计，同时为提高审查活动的效率，审查方也应尽量尽早的熟悉飞控系统的设计状态。因此，在开展审定计划讨论以及后续的审查工作之前，需要申请方基本完成飞控系统物理架构设计，形成并逐步完善分配基线，实施构型管理。

(3)       申请方是否已经向审查方阐明飞控系统设计特征

审查方开展的审查工作的基础是对被审对象有着清晰、正确和完整的理解及认识。如前文所述，审查方对于飞控系统审定基础中是否需要制定相应的专用条件的判定，完全基于对飞控系统设计特征的熟悉和理解。同时，对于飞控系统，也不应排除存在豁免与等效安全结论的可能，而这些也都需要通过了解飞控系统设计特征之后，才能做出正确的判定。因此，为确保审定基础的正确性和完整性，申请方应以各种可行的方式向审查方阐明飞控系统设计特征，使得审查方深入了解飞控系统的设计理念、设计原则和设计状态。

(4)       审查方应建立足够的技术储备

型号审查工作具有一定的确定性，也具有非常大的不确定性，这是因为每一型号的设计特征既有相似之处，但却不尽相同，因此审查工作强烈的依赖审查代表的个人经验以及整个审查团队的技术储备。对于飞控系统来说，尤其电传飞控控制系统来说，这种确定性和不确定性的表现尤为突出，其原因也在于飞控系统跨专业领域、高度复杂性、高度集成性等特点所致。显然，为判定飞控系统审定基础的正确性和完整性，需要建立和不断提升审定代表的个人能力及审查团队的综合能力。

第二．        关注审定基础确定的各项适航要求在各专业/专题审定计划中的落实情况

经验表明，飞控系统的跨专业领域、高度复杂性、高度集成性特点，使得在一个审定计划中定义和实施审定基础确定的各项适航要求的全部符合性验证工作，不可能也无必要。例如：运输类飞机适航标准中，B分部有关操纵稳定性的适航要求，其中显然存在飞控系统适用的适航要求，但一般来说，相关的符合性验证工作会纳入专门的操纵稳定性审定计划。类似的情况还包括C分部有关结构的部分适航要求、H分部有关电气线路互联系统(EWIS)的部分适航要求等等。因此，飞控系统审定计划讨论的过程中要特别注意结合各相关审定计划的职责分工，以申请方内部明确的工作界面定义为基础，综合考虑审查方的实际情况，确保针对审定基础确定的各项适航要求，相关符合性验证思路表述清晰、符合性验证活动定义正确、符合性验证数据定义充分，同时需要关注所有在审定计划中规划的工作是否已正确的在各专业/专题审定计划中得到落实。

第三．关注申请方的研制工作计划对确定审定计划的影响

显然，审查方的审定工作不能等同于申请方的研制工作，审定计划也不能等同于研制工作计划。根据SAE ARP 4754A，研制工作计划应包括多项计划元素，审定计划只是其中之一。具体如表1所示。

表1 研制工作计划中的组成元素

审查方的审定工作不是独立于申请方的研发工作开展和进行的，而恰恰是建立于申请方研发工作的基础之上开展和进行的。除审定计划以外，表1中提及的其它七项计划元素覆盖了民机及系统研发过程的七项核心工作，那么，申请方的研发工作是否为一系列有计划的、系统性的工作，能否确保研发工作的结果正确有效，都将深刻影响审定计划中确定的工作能否顺利执行、工作结果能否有效，进而最终影响申请方是否能够有效表明型号设计对于审定基础的符合性，也影响审查方对于符合性的判定。因此，审查方在与申请方讨论和确认审定计划的过程中，需要关注审定计划中是否引用或包含其它相关计划的信息，同时需要申请方表明，审定计划中确定的各项符合性验证工作是否纳入以及如何纳入申请方的研制工作之中的。

此外，关于审定基础的符合性验证思路、符合性验证方法和符合性验证数据的讨论是整个审定计划讨论工作的重点，对于飞控系统审定计划同样如此，但同时，也需要综合考虑飞控系统的独特性。例如：飞控系统具有明显独立的三个轴向，即俯仰轴、偏航轴和滚转轴。那么对于审定基础中确定的绝大多数适用要求（例如：25.671）, 任何规划的符合性方法都需要在三个轴向完成符合性验证工作，产生的符合性验证数据也必须包含三个轴向的工作结果。显然，如此定义审查计划，则将在未来的执行过程中产生巨大的审定工作量，这对审查方和申请方都非常不利，至少无法提高审查工作效率。如前文所述，审查工作是基于研发工作开展的，审定计划也应基于研发工作计划。因此，需要关注相关研发工作计划的工作输出对确定审定计划的影响。例如：基于申请方充分表明的、在确认计划和实施验证计划中明确定义的申请人内部研制工作任务，可以在确定审定工作计划时，合理定义和分配相关符合性验证工作。以某型号为例，审查方通过了解申请方的研发工作，审定计划中针对25.671(a)，双方最终确定的符合性验证方法为：副翼系统采用的是MOC5（机上地面试验）、升降舵系统采用的MOC5和MOC6（飞行试验）、水平安定面系统采用的是MOC5、方向舵系统采用的是MOC5和MOC6。该实例充分表明，基于申请方的内部研制工作计划，在不违背审查工作职责和工作特点的基础上，审查方不仅定义了更明确的关注重点，最重要的是可以提高整个审查工作的效率。

第四．关注申请方的前期研制工作结果对确定审定计划的影响

如前文所述，无论审定基础的确定，还是符合性验证思路和验证方法的确定，都需要基于申请方的前期研制工作结果，因此，审查方在最终确认和批准审定计划之前，需要确认用于支持审定计划的各项研发工作结果是否也已得到阶段性的认可。例如：用于记录和表明飞控系统功能架构设计结果的功能定义与描述性文件，其内容信息是否已经完整、设计结果是否已经冻结等。那么此时，无论申请方试图更改功能定义，还是审查方不认可功能定义，都有可能对审定基础产生影响，显然相应的审定计划也不能得到认可或批准。类似的情况，也包括飞控系统架构设计、安全性分析结果等等。因此，审查方在讨论和评审审定计划的同时，需要不断关注申请方相关研制工作结果对审定计划的影响。

     飞控系统是与飞行安全密切相关的关键系统，飞控系统也是具有鲜明特点的复杂系统，因此，飞控系统的审定工作是一项极具挑战性的工作。本文对飞控系统审定计划审查过程中的一些关键关注要素进行了分析和总结，所得结果将有助于飞控系统的审定工作和相关设计工作。

【说明】本文已正式发表于《中国民用航空》2014年第04期，如引用，请指明出处