大型民用飞机飞控系统设计理念探究

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1飞控系统设计理念定义

飞控系统设计理念是飞控系统设计人员设计飞控产品时，综合历史、文化、市场、新技术、驾驶员、航空公司和适航等因素，所确立的设计思想和顶层原则，浸透在具体设计细节中，使飞控系统具有个性化、专业化和独立的产品特征。

2飞控系统设计理念生命周期

飞控设计理念生命周期在立项论证阶段，建立飞控设计理念和提出新的设计理念；在可行性论证阶段，确认与评估新的设计理念；在预发展阶段、工程发展阶段中，具体应用设计理念

3飞控系统设计理念哲学特点

飞控设计理念哲学本质是正确处理设计理念与客观世界（市场、技术、驾驶员、航空公司等）的关系，正确认识和洞察客观世界，把握变化，发展规律，遵循其规律办事情，具体有以下特点：创新性、发展性、系统性和适用性。

4飞控系统设计理念影响因素分析

影响先进飞控设计理念的因素有驾驶员、航空公司、新技术、历史、文化、市场、关于飞控的民机事故、适航当局、飞机级设计理念等，具体如图2所示。

4.1驾驶员

驾驶员已习惯飞机传统中央驾驶杆盘操纵方式。操纵习惯必然影响着侧杆或者其他新型操纵方式的设计，也影响着“驾驶舱操纵理念”。驾驶员具有自己逻辑思维能力，包括定性和定量判断，直接影响飞控设计人员的“驾驶员逻辑思维设计理念”和“驾驶员感知设计理念”。反过来讲，设计人员不要以自己的逻辑思维推测驾驶员的逻辑思维。针对驾驶杆盘的逻辑思维必然不同于侧杆的逻辑思维。

4.2航空公司

由于航空公司维修成本占有一定的比重，为了降低维修成本，民用飞机MSG维修理念是飞机设计制造方、使用维修方和管理当局共同研究的成果，成为各国管理当局共同认可和使用的维修理念。同时，航空公司不仅考虑到自己的运行成本，同时也考虑减少培训成本。而侧杆培训成本显然高于驾驶杆盘的培训成本，航空公司需要设计人员拥有“高效的培训理念”和“减少多余的功能和操纵动作”，从而降低侧杆培训成本。

4.3历史文化

针对民用飞机而言，先期大多数飞行员来源于军机，拥有超高技能，能够娴熟操纵飞机。但是由于市场迫切需求，目前大部分飞行员来自民航培训，直接影响“培训理念”和“自动化与自动控制”设计理念。由于民用飞机飞控系统一直采用驾驶杆盘为特征的机械操纵系统，机械操纵系统和驾驶杆盘必然对驾驶杆盘操纵方式设计、控制律设计、飞行品质影响，直接影响到“飞行品质评定”和“遵守传统机械操纵特性”设计理念。先进飞控设计理念与飞机制造商本国文化不可分割，比如“浪漫悠闲”、“封闭文化”、“社会责任感”等文化直接影响了飞控系统设计理念。

4.4市场

市场不仅包含目标市场份额，而且包含产业链价值，是创造性需求的源泉，也是飞控系统设计理念重要来源。同时，为了占领市场和增加市场份额，直接影响到先进飞控系统“营销设计理念”。比如：采用阵风减缓技术并没有对航空公司运行和驾驶员产生良好的效果，但是为了配合市场，而采用的“市场营销”理念。

4.5新技术

针对新型民机而言，不是为了新技术而上新技术，其核心不是代表先进性。新技术的应用理念是必须为“民航运输创造成效”，比如多电飞控、驾驶舱随动一体化等。

4.6民机事故

2009年6月1日凌晨，法国航空公司一架A330飞机在执行巴西里约热内卢-巴黎的AF447航班中，在正常巡航高度上，突然失去升力，从10668米（35000英尺）巡航高度急坠入海，沉入大西洋海底，全机228人全部罹难。初步分析认为，飞机在高空飞行时遭遇过冷水滴，这些过冷水滴导致空速管结冰。飞机因缺乏有效空速指示，飞行人员无法准确操作，导致飞机进入失速状态。为了避免事故，在飞控系统设计中必然采用“场景分析设计理念”和“场景培训设计理念”。

4.7适航

针对共模故障而言，FAA审定设计理念与EASA的理念不同，FAA批准过没采用非相似设计的飞控系统。而EASA审定理念，必须采用非相似硬件和非相似软件。针对审定结果和过程而言，FAA理念更倾向于结果，而EASA更倾向于过程审定。

4.8飞机级设计理念

“飞机级设计理念”是先进飞控设计理念的顶层输入，是先进飞控系统设计理念的重要组成部分，比如“静暗驾驶舱”设计理念、国际标准化、系列化等设计理念。

5飞控系统设计理念体系结构

先进飞控系统设计理念体系结构分为4层，第1层：历史文化；第2层：适航理念和市场理念；第3层与飞控相关的飞机级设计理念（“系列化与通用化”、“静暗驾驶舱”、“安全、高效、舒适”、“国际开放标准化”、“严格流程化”）、“以人为中心”的设计理念、新技术（多电、多总线、分布式）；第4层：系统设计理念（“简单可靠”、“独立功能”、“独立通道”、“余度”、“容错”、“场景分析”、“adhoc（突发奇想）验证”等）。

6飞控系统设计理念评估方法

结合设计理念影响因素，从市场调查、民机飞机事故、新技术研究、历史文化等中提取新的设计理念，建立一套评估方法：飞行员、航空公司、航空专家、概率计算、确认方法和确认平台等，对飞控系统设计理念确认和评估。

7民机事故与飞控系统设计理念关系数据库

飞机设计史上很多的技术进步以及设计理念的演变都来源于飞行事故的教训和启发，飞控系统设计理念同样如此。查询和收集关于飞控的民机事故，梳理和总结关于飞控的民机事故原因，利用概率统计方法，结合C++Builder界面开发工具+数据库SQL+Excel丰富图标，建立关于飞行控制民机事故与设计理念的关系数据库。利用该数据库能够对民机事故进行统计生成各种图表，近30年与飞控相关的统计表具体如图3所示，为提取新的设计理念提供有效的数据支持，比如：在近30年，失去液压故障为2次，表明：现有概率设计3套液压系统存在不合理地方，需要改变设计理念，增加电源方面备份，提高系统安全性

8结语

该文系统地研究了设计理念定义、生命周期、哲学特点和战略本质等内容，重点分析了先进飞控设计理念8个关键影响因素：历史文化、市场、驾驶员、航空公司、新技术、民机事故、适航和飞机级设计理念，建立了设计理念的“金字塔“式体系结构和评估方法，形成一套先进飞控系统设计理念体系，能够为确立民用飞机飞控系统设计理念提供理论指导和方法基础。

作者:单位:中国商飞民用飞机模拟飞行国家重点实验室 上海飞机设计研究院