军机飞行管理系统适航性应用研究

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摘要：在军机飞行管理系统中开展适航性工作，是飞行管理系统研制过程中的难点之一。本文通过研究国外军机适航性和飞行管理系统在军机上的应用现状，对比分析我国军机开展适航性的现状和难点，确定我国军机飞行管理系统的适航性在设计研制过程中需遵循的规范和标准。本文还对军机型号研制中开展飞行管理系统的适航性的安全性做了分析，以及对飞行管理系统适航性实现的设计要求和管理要求进行分析，探索了在我国现行的军机机载型号产品的研制体系下，如何开展军机飞行管理系统适航性工作，对国产军机型号和机载型号产品适航性工作推进有较强的指导意义。

关键词：军用飞机；适航性；飞行管理系统；安全性；适航体系

0引言

适航性是指航空器在预期的环境条件下的一种适合安全飞行的固有特性，或航空设备能够支撑航空器安全飞行的特性[1]。适航性原本是民航中的概念，它明确要求民用飞机必须获得型号合格证、生产合格证、单机合格证等，且能够保证进行持续适航，以确保民机达到要求的安全等级[2]。适航性要求民用飞机具备和满足适航要求，才能在空域中进行飞行。鉴于适航性能够提升飞行安全，并且在民机上已经能够成熟应用，因此，军机也逐渐接受了适航性的概念，并在逐步推广应用。虽然我国的航空工业基础较为薄弱，但随着经济的持续增长，我国航空工业也得到了快速发展，逐渐研制出具备适航性的民用飞机。从运12、新舟60到新舟600和700等涡桨飞机，及ARJ21、C919等涡扇飞机，证明我国已具备研制符合民航标准飞机的能力，并且适航能力也达到了国际先进水平。军机如何借鉴民机适航性的成功经验，是现阶段我国军方和航空工业面临的一个重要课题。军机适航性，是指军用飞机能够满足军事任务运行安全的特性[3]。针对这一目标，参考国外军机适航经验，在基于民机适航的基础上，我国逐渐开展了军机的适航工作，Guo研究了军机开发的适航管理系统[4]。飞行管理系统[5]作为民机中成熟的高度功能集成的系统级机载设备，在国外的军机上也获得了普遍应用。随着我国航空电子技术的发展、军机自动化程度要求的提高和兼容民航航线运营要求的普及，飞行管理系统逐渐开始在军机上进行推广。作为最早在民机上应用且与民航空域管理密切相关的机载设备，飞行管理系统在军机上的应用也需要满足适航性要求，这就要求国产军机从机载设备研制的初期开展适航工作。

1飞行管理系统在军机中应用

从国外来看，北约的军用飞机，如巡逻机、加油机、运输机、轰炸机甚至歼击机上，均已普遍装备了飞行管理系统，一般采用已经在民机上成熟应用的飞行管理系统产品，通过增加适合装备机型的特殊功能，如反潜巡逻、空投空降、固定程序空中加油等功能，进行功能升级并进行应用。如GE公司研制的飞行管理系统在军用运输机、加油机、特种机上应用的功能如表1所示。从国内来看，在国产大型运输机之前，我国的军用飞机基本不装备飞行管理系统，而是将不同的部分功能，如飞行计划/任务计划的制定、自动飞行引导、综合导航管理以及机载导航数据库管理等在不同的设备中实现。随着新研型号自动化程度和作战能力提升的需求以及集成航电技术的进步，需要将飞行管理系统不同的功能进行集成，开展综合化航电的应用，因此，飞行管理系统在国产军机上具备了应用和推广条件,现已在运8[6,7]改装飞机逐步开始装备飞行管理系统。

2军机适航现状

在对军机适航性[8-11]现状进行分析之前，首先了解一下军机与民机的差异。由于使用客户和任务使命的不同，军机与民机在多方面存在着巨大的差异。军用飞机面向的是作战任务，而民用飞机则主要是运输乘客。一般情况下，民用飞机运输承载几十人到几百人不等，而军用飞机则承载人数较少，这就使得民机的安全性要求远高于军机。军机面向作战任务，其运行的环境以及机动性能要求比民机更加苛刻，这也是军机适航的难点之一。民机的适航有统一标准和规定要求，并且用严格的适航管理规范和国际民航条约作为约束。民机的适航理念体系、方法、手段和操作程序均与军机不同。鉴于民机适航工作比军机适航起步早，且更加成熟，在参考民机适航标准和规范前提下，国际上陆续提出了军机研制的适航工作要求及相应的规范。2.1国外军机适航现状。2000年，美国空军颁布了AFPD62-6《美空军适航性审查》，2002年，美国国防部颁布了MIL-HDBK-516《军机适航性审查准则》[12]军用手册，成为各国军机适航的指南[13]。随后，英国国防部颁布了JSP553《军机适航性条例》和DEFSTAN00-970《设计和适航性要求》；法国政府总理于2006年12月签署了2006-1551《军用及政府用飞机的适航和登记规则》，并于2013年签署2013-367[14]替代2006-1551；加拿大国防部也在2003年颁布了C-05-005-001/AG-001《适航性技术手册》(TAM)，2006年颁布了C-05-005-001/AG-002《适航性设计标准手册》（ADSM）。北约国家纷纷出台针对军机适航相应的标准和规范，并开展相应的军机适航技术研究，以保障军机适航性工作的开展[15]；同时欧盟防务局还就欧盟军机适航一体化提出了指南和流程[16,17]；采购美国军用飞机的部分亚太国家也进行了军用适航性工作的开展[18]。2.2国内军机适航现状及存在的困难。国内军机适航工作起步晚于西方国家，到现在尚未形成相应的适航规范。我国军机适航起始于大运的研制，在大运的研制过程中，我国军机逐渐接受了军机适航的概念，并在大运中进行了部分应用[19,20]，大运的研制参考的适航规范主要是CCAR-25-R4《运输类飞机适航标准》和美军的MIL-HDBK-516《军机适航性审查准则》。伴随着我国大型运输机研制的成功，军机适航得到了军方和航空工业各部门越来越多的关注。除了军机适航规范和标准，空军同样开展了军机适航相关的体系建设。同时，由于军机任务的特殊性和我国人民空军使命不同，这就要求我国军机适航管理不能照搬外军或者民机的规范、标准和体系，需要兼容现行军机装备研制体系和满足型号研制使用以及维护的实际需求。基于在大运适航中的部分经验，从军方和航空工业各部门的实际情况来看，我国的军机适航工作推进尚存在一定的难度。第一，如何尽快建立符合国产军机适航的规范、标准和体系。军机适航应该参考民机适航和国外军机适航经验，做到有规范和标准的支持，因此，必须建立自己规范和标准，如参考美军MIL-HDBK-516标准，建立适合国产军机的适航标准，否则军机适航无法可依。第二是军机适航管理的问题。军机型号在研制过程中，有我国自己的军机型号研制管理流程，该流程并不能代替军机的适航管理流程。因此，保证在现行的军机型号管理体系下，进一步地开展军机适航管理，是符合我国军机研发现状的最佳途径。第三是军机适航队伍的建设。到目前为止，我国还没有一个成熟的军机适航梯队，缺乏适航队伍。只有加强适航队伍的建设，才能解决军机适航进展慢的问题。

3军机飞行管理系统适航规范与标准

从国外来看，飞行管理系统符合民航适航规范和标准，并取得相应的适航认证，可直接在军机上进行装备应用，同时，根据需求再取得相应的军机适航认证。另一种方式是，在某型军机研制的过程中，同时获得民机和军机适航认证，如空客公司采用的泰雷兹的FMS400飞行管理系统，是与飞机联合通过了EASA适航和法国军方的适航审定。通过参考国外军机上应用飞行管理系统的经验，并基于我国现阶段军机适航认证的现状，在军机上装备国外飞行管理系统时，通常装备的是获得FAA或EASA适航证的国外飞行管理系统。而对于国产自研的飞行管理系统，需在符合军机机载产品研制流程的前提下，参考ICAO、FAA、EASA行业标准及CAAC的标准和规范，进行适航性的推进[21]。自研军机飞行管理系统参考的标准规范，主要有以下几类：（1）国际规范有SAEARP4754A《民用飞机及系统开发指南》和SAEARP4761《民用机载系统安全性评估流程指南和方法》。虽然两份指南均是民机研制指南，但飞行管理系统作为民机成熟应用的复杂系统，在航空工业各部门，还是参考两份指南来进行研制；2018年，参考SAEARP4761，航空工业颁布了HB/Z20045-2018《军机系统安全性分析指南和方法》，指导军机系统的安全性评估，迈出了军机适航规范要求的第一步。（2）TSO标准。主要参考TSO-C115d《机载多传感器输入区域导航设备》和TSO-C129a《使用GPS的机载补充导航设备》。TSO-C115d是使用多传感器输入进行区域导航的机载设备的技术标准规范。TSO-C129a是使用全球定位系统的机载补充导航设备的技术标准规范。它们是基于多传感器(包括卫星定位系统)进行导航计算，实现区域导航功能的飞行管理系统的两个重要技术标准规范。（3）咨询通告（AC）参考指南有：AC20-138D《定位和导航系统的适航批准》、AC25-15《运输类飞机飞行管理系统的适航批准》、AC25.1329-1C《飞行引导系统的批准》、AC90-101A《RNPAR程序的批准指南》、AC120-28D《起飞，着陆及滑跑的III类最低气象条件的批准标准》、AC120-29A《起飞及着陆的I类和II类最低气象条件的批准标准》。（4）RTCA/DO标准参考指南有：DO-283B《针对区域导航的所需导航性能最低运行性能标准》、DO-200A《航空数据处理标准》、DO-208《使用全球定位系统(GPS)的机载辅助导航设备的最低运行性能标准》、DO-236B《区域导航所需导航性能的航空系统最低性能标准》、DO-178C《机载系统和设备的软件审定考虑》、DO-254《机载电子硬件的设计保证指南》。（5）ARINC标准包括：ARINC424《导航系统数据标准》、ARINC702A-5《先进飞行管理计算机系统》和ARINC739A《多功能控制显示单元》。以上欧美国家或国际民航组织的标准、规范或指南，国外军机飞行管理系统需要参考或遵循。随着我国国产军机适航性要求的提出、国产军机对于军民航线兼容的要求，以及军方在尝试推行RNP导航的要求，需要我国自研的飞行管理系统也需要参考和借鉴上述规范和标准。同时，中国民用航空局了与飞行管理系统相关的适航审定标准和PBN导航咨询通告，国产军机飞行管理系统研制过程中同样需要遵循，以保障军机飞行管理系统适航性要求，主要包括如下：适航审定标准：CTSO-C115d《基于多传感器输入的所需导航性能（RNP）设备》、CTSO-C113a《机载多功能电子显示器》；规范性文件：AC-91-08《RNAV-5运行批准指南》、AC-121-FS-2009-12《在海洋和偏远地区空域实施RNP-4的运行指南》、AC-91-FS-2008-09《在航路和终端区实施RNAV-1和RNAV-2的运行指南》、AC-91-FS-2010-01R1《在终端区和进近中实施RNP的运行批准指南》等。

4军机飞行管理系统适航应用与实现

军机适航性的关键技术首先是开展安全性的设计工作，包括安全性的分析、评估和符合性验证；其次是适航研制流程的过程保证，体现在以构型管理为代表的一系列过程管理。4.1飞行管理系统适航性工作的安全性设计。安全性设计是军机飞行管理系统适航性主要工作之一。在美军的军机适航中，颁布MIL-STD-882E《系统安全实施标准》[22]，将安全性保证作为最重要的适航性内容;Chatzi提出了军用航空组织中的军机安全性管理系统对军机适航性的重要性[23]。安全性是指飞行管理系统在使用过程中不会对使用人员造成生命安全以及不会对飞机造成安全性危害的特性。安全性保证需要对飞行管理系统的各类故障和安全问题进行分析和评估，并进行符合性验证工作，从而满足军机适航性的要求。实施过程中，需要军机飞行管理系统管理和设计人员按照SAEARP4754A，SAE/ARP4761，DO-178C，DO-254，（如果是基于综合模块化航电IMA架构的飞行管理系统，还需遵循DO-297《综合模块化航电(IMA)研制指南和审定考虑》），以及飞机制造商相关规定和飞行管理系统设备技术协议书中的要求进行系统安全性分析和评估，规范之间的流程如图1所示。图1军机飞行管理系统安全性设计规范流程Fig.1SafetydesignspecificationofmilitaryFMS在研制阶段包括安全性分析和评估两部分工作，安全性分析需要完成功能危险分析（FHA,FunctionalHazardAnalysis）、故障模式及影响分析（FMEA,安全性评估过程指南和方法ARP4761飞行管理系统开发过程ARP4754A基于IMA架构的飞行管理系统DO-297飞行管理系统硬件设计保证DO-254飞行管理系统软件设计保证DO-178C功能、失效和安全性信息系统设计信息飞行管理系统目标功能FailureModesandEffectsAnalysis）、故障树分析（FTA,FaultTreeAnalysis）、共因故障分析（CCA,CommonCauseAnalysis）和共模分析（CMA,CommonModeAnalysis）；安全性评估主要评估安全性分析的各种危险源影响程度，需要完成功能危险分析（FHA）、初步系统安全性分析（PSSA,PreliminarySystemSafetyAssessment）和系统安全性分析（SSA,SystemSafetyAssessment）三个步骤的工作。安全性层级关系图2所示。飞机级功能危害性分析FHA初步飞机级安全性分析PASA飞机级安全性分析ASA飞行管理系统功能危害性分析FHA飞行管理系统部件级安全性分析FMEA、可靠性分析系统级FMEA研制保证等级评估PSSAFTASSAFTACMACCAPRAZSA飞机级飞行管理系统部件级图2军机飞行管理系统安全性层级关系Fig.2SafetylifecycleofmilitaryFMS4.2军机飞行管理系统适航性实现。军机飞行管理系统适航性的实现，体现在飞行管理系统研发过程中对飞行管理系统技术方面和管理方面的要求。技术要求主要是对于安全性的要求；管理要求是对军机飞行管理系统技术状态的管理和过程控制的管理。军机飞行管理系统的研发，首先通过与军方或主机单位确定军机飞行管理系统的功能需求和性能需求，再根据需求确定适用的技术标准和规范，然后完成型号产品的系统方案设计和具体方案设计，并确定具体适用的适航条款，接着完成产品分析验证和实验验证，确定产品构型，最后完成产品设计的鉴定。（1）军机飞行管理系统适航性实现的技术要求在飞行管理系统的研发过程中，技术要求主要体现在适航设计要求和适航验证要求上。军机飞行管理系统适航设计要求，包括产品方案适用的适航条款和产品规范中明确的产品各项技术要求，这与安全性保证类似。在产品设计过程中，设计人员根据军用航空产品适航设计依据和产品设计方案确定产品适用的适航条款，适航工程师把产品适用的适航条款和每一适用条款的符合性验证方法和对应的验证文件在产品适航支持计划中给予明确；设计师完成产品规范，将通过MC4-MC9（符合性方法，MethodofCompliance）验证的适用条款分解到产品试验中，完成功能危险性分析（FHA）、初步系统安全性评估（PSSA）、系统安全性评估（SSA）等安全性评估报告和故障树分析（FTA）、故障模式和影响（危害性）分析（FME（C）A,FailureMode,Effects(&Criticality)Analysis）、共因分析（CCA）等安全性分析报告，并依据MC1～MC3符合性验证方法验证的适用条款完成分析验证。在研制过程中，安全性工作主要参考SAEARP4761《民用机载系统安全性评估流程指南和方法》和HB/Z20045-2018《军机系统安全性分析指南和方法》。（2）军机飞行管理系统适航性实现的管理要求适航性实现的管理要求主要是构型管理。飞行管理系统的构型管理，即在飞机全生命周期内，建立和维护飞行管理系统的功能、物理特性与产品的需求、设计要求、构型信息之间的一致性，及相应的确认与管理过程。军机飞行管理系统的适航管理不能脱离军机机载产品的研制体系，更不能脱离军机机载产品的定型体系，因此，适航管理要求必须满足军机体系管理、审查管理和二次配套产品的管理要求。

5结束语

军机适航性是提升我国军机运行安全的重要措施，参考民机适航和西方发达国家军机适航的经验，是提升我国军机适航能力的重要途径之一。军机飞行管理系统的推广应用，也促进了军机机载产品适航性工作的开展，同时促使了军方以及航空工业各部门对军机飞行管理系统适航性的必要性认识加深，将成熟的民机适航管理方法引入到军机飞行管理系统的研制过程中，对保障军机飞行管理系统研制质量、乃至军机的飞行安全与品质有着明显意义。我国军机适航工作的发展应在现有的军机研制体系下，对机载部件按照民机适航标准要求完成适航，取得一定的经验后再开展整机适航。在飞机或系统的适航过程中，要建立符合我国国情的军机适航体系和相应的适航规范。

作者:祖肇梓 雷宏杰 屈重君 单位:航空工业西安飞行自动控制研究所