機載設備初始適航管理研究

盧佩妍

（慶安集團有限公司，陜西 西安 710077）

機載設備初始適航管理研究

盧佩妍

（慶安集團有限公司，陜西 西安 710077）

介紹了民用航空器初始適航管理的概念，簡述了民用航空機載設備適航工作要求，著重論述了機載設備在初始適航管理過程中應注意的問題及方式方法，并對機載設備如何做好初始適航管理工作進行了探討。

機載設備；初始適航；管理

適航性是指航空器適宜于空中飛行的性質。民用航空器的適航性是指該航空器包括其部件及子系統整體性能和操縱特性在預期運行環境和使用限制下的安全性和物理完整性的一種品質，這種品質要求航空器應始終處于保持符合型設計和安全運行的狀態。

適航標準是為保證實現民用航空器的適航性而制定的最低安全標準，它吸取了歷次飛行事故的教訓，經過必要的驗證或論證及公開征求公眾意見不斷修訂而成，它是國家法規的一部分，必須嚴格執行。

民用航空器的適航管理是以保障民用航空器的安全性為目標的技術管理，分為初始適航管理和持續適航管理。它是政府適航部門在制定了各種最低安全標準的基礎上，對民用航空器的設計、制造、使用和維修等環節進行科學統一的審查、鑒定、監督和管理。

本文從機載設備研制單位的角度出發，對如何按照局方的要求開展機載設備初始適航管理，并最終通過適航性審查，在研制過程中應開展并重點關注的工作進行了全面的分析研究。

1 初始適航管理概述

初始適航管理，是指在航空器交付使用前，適航部門依據各類適航標準和規范，對航空器的設計和制造所進行的型號合格審定和生產許可審定，以確保航空器和航空器部件的設計、制造是按照適航部門的規定進行的。

機載設備的初始適航批準方式，在CCAR-21-R3《民用航空產品和零部件合格審定規定》[1]有明確規定，包括：

● 頒發零部件制造人批準書（PMA）；

● 頒發技術標準規定項目批準書（CTSOA）；

● 隨航空器的型號合格審定（TC）、型號設計批準合格審定（TDA）、補充型號合格審定和改裝設計批準合格審定一起批準，即隨機審定；

● 其它批準方式。

機載設備的研制單位對機載設備的初始適航性負主要責任，其所承擔的適航責任一般包括：設計符合性的實現、制造符合性的實現、符合性驗證的實施，以及向適航審查部門展示設備的適航性，并保證設備的維修質量。

民用航空器的合格審定過程劃分為5個階段[2]：概念設計、要求確定、符合性計劃制定、計劃實施及證后階段，從審查方的角度，闡述了其介入的時機和范圍。而對機載設備研制單位來講，需針對其審查內容，明確民用航空器及其機載設備需完成的主要工作，即對適航技術標準條款的分析和選擇、對條款的設計落實、對設計符合性的分析和說明、對已批準設計狀態的制造過程落實和控制、對制造符合性的展示、對適航條款符合性的驗證、對驗證符合性的展示和說明等，環環相扣、缺一不可，直到完成最終工程資料的批準，獲得適航證件。

結合民用航空機載設備初始適航主要工作內容，本文對設備研制單位應重點開展的適航管理工作進行了初步研究。

2 機載設備初始適航管理

2.1 通過總體策劃指導適航工作開展

機載設備的合格審定貫穿于機載設備的整個研制過程，必須將初始適航要求落實到設備的研制技術方案和研制工作中，以確保適航技術標準和要求能夠得到全部實施，從而保障機載設備的初始適航目標得以實現。因此適航管理工作的總體策劃非常重要。

研制單位應結合設備特點和客戶要求，在項目策劃的同時對對適航工作統一規劃、集中布局，明確各研制階段適航工作計劃和控制原則，將適航性落實到設備的設計、制造、驗證等過程中，指導初始適航管理工作逐級開展、有序推進。

同時，研制單位應在立項之初與適航審查部門建立有效溝通渠道，并在設備研制的各個階段，與適航審查部門保持組良好、充分的溝通與協調，將設備研制過程中的重要節點、驗證方法、驗證內容、技術革新、重要的風險降低試驗、技術更改等內容及時通報審查組，促進其對設備性能、功能更深的了解和信任，保證適航審查過程的順利開展，也有利于初始適航工作的高效實施。

2.2 通過適航條款分析與設計保證適航性得到落實2.2.1 確認適航條款，策劃設計方案

民用航空技術標準是民用航空產品應符合的技術標準，也是最低安全性要求，在民用航空產品的概念設計階段，就要明確其審定基礎。對機載設備來說，也就是要明確設備所適用的適航條款。

機載設備研發人員必須充分理解民用航空技術標準，如CCAR-25-R4《運輸類飛機適航標準》、CCAR-23-R3《正常類、實用類、特技類和通勤類飛機適航規定》等的相關條款，并針對設備特點進行分析，選擇適用的適航條款，以確定產品的適航性設計要求。要保證設備適航性要求的完整性和充分性，研發人員不但必須熟悉民用航空產品相關適航技術標準條款及其相互之間的聯系，還須認真研究對應的咨詢通告，了解每個條款的提出和發展的背景，對適航技術標準中的眾多條款進行識別、分析和選擇，以獲取與設備有關的適航條款，并通過與客戶和適航審查組協調、溝通，最終確定設備的適航條款。

適航條款在設計工作中的落實，除了要符合航空技術標準的具體內容，還要結合客戶的需求，在研制、試驗水平和設計經驗平臺的支持下，策劃合適的設計方案來落實這種符合性。對這些條款的分析和落實的策劃結果，設備研制單位一般應在《適航性分析與設計》報告中展現。

以某運輸類飛機高升力系統配套扭力桿組件為例，其中一條適航條款要求為CCAR25.607“緊固件”，研制單位策劃了以下適航性設計方案：

● 緊固件的數量保證為最小，不得使用開槽頭螺釘；

● 用在鋁或不同金屬結構件上的鈦合金緊固件需要是離子氣相沉積法鍍鋁或類似工藝，有過盈配合情況除外。不得使用鍍鎘的鈦合金、鍍鎘或鍍鋅的緊固件。緊固件不能選用與其相連結構材料發生腐蝕的材料，除非有合適的保護措施；

● 緊固件螺紋應滿足MIL-S-8879A《增加內徑牙底半徑的統一螺紋規范》3A和3B級標準，不能使用馬氏體不銹鋼、低碳鋼或者17-4PH沉淀硬化不銹鋼；

● 螺紋緊固件具備可靠的二次鎖緊功能，要求有適當的預緊力。樂泰或其他螺紋鎖緊化合物，未經用戶同意不得使用；

● 未經用戶同意，不得使用彈性墊圈、保險絲，等等。

這些針對適航性策劃的設計方案首先基于設備適航性標準條款，結合設備技術方案和構型分析提出，要求詳實，有根有據，同時也滿足了客戶的一些特殊要求，并且在設備設計方案中都能夠得到很好的實施。最終適航審查組認為其設計策劃充分滿足了設備的適航性要求。

設計人員對條款識別、選擇、分析能力的培養，需要長期不斷的學習、運用與積累。研制單位應組織對條款進行分析，形成有理、有據的設計適航分析報告，為適航條款的落實提供有說服力的證據。如果能將這些經驗進行匯總、歸納，形成企業設計準則，將更有利于提高研發水平，促進設備的初始適航性。

2.2.2 確定符合性驗證方法，落實適航設計

要保證適航條款能夠切實落實到設計工作中，還需要通過必要的手段進行符合性驗證，因此設備研制單位在明確適航條款的基礎上，接下來的一項關鍵工作就是參照AP-21-AA-2011-03-R4《航空器型號合格審定程序》確定每一項條款的符合性驗證方法。

符合性驗證方法[3]包括：MC0：簡述 ；MC1：說明性文件；MC2：分析/計算；MC3：安全評估；MC4：試驗室試驗；MC5：地面試驗；MC6：飛行試驗；MC7：飛機檢查；MC8：模擬器試驗；MC9：設備鑒定。

隨機審定的機載設備，經常用到的符合性方法一般有MC1、MC2、MC3、MC4、MC6、MC7等，其所對應的符合性驗證文件一般為：

● MC1：方案設計報告、產品圖樣、選用材料清單、產品規范、驗證試驗大綱、技術說明書、產品維修手冊等；

● MC2：結構分析報告、強度計算報告、性能計劃報告、應力分析報告、載荷分析報告、動態仿真報告等。

● MC3：功能危害性分析、初步系統安全性分析、區域危險性分析、特定風險分析、故障樹分析、故障模式及影響分析、共模分析、共因分析等。

● MC4：機載設備性能、功能試驗、自然環境試驗、機械環境試驗、耐久試驗、疲勞試驗報告等。

● MC6：需在機上采集試驗數據的系統操縱性能、電子類產品的試飛結論等，隨飛機試飛完成。

● MC7：飛機在地面安裝、聯試時，對機載設備與飛機的機械接口、液壓接口、電氣接口、干涉情況、維修可達性等進行檢查并給出結論。

同一適航條款，其所對應的符合性方法不是一成不變的，往往由于設備結構特性的不同、研制保證級別的不同、各研制單位技術能力的差異等，其所對應的符合性方法有可能也是不同的。例如：某高升力系統萬向節扭力桿組件和支撐軸承都選擇了條款CCAR25.607“緊固件”，萬向節扭力桿組件對應的符合性方法為MC1、 MC4，而支撐軸承由于無緊固件，故可以只選擇MC1，并且在產品圖樣中體現接口設計即可，不需通過試驗室驗證。

適航條款對應的符合性方法的確定，來源于研發人員的經驗、相關的適航咨詢通告的建議，以及客戶、行業專家對符合性方法的綜合性評審意見。但任何符合性方法的確定，都最終要和適航審查組達成一致意見。

2.3 通過安全性評估保證設備安全性要求達標

適航審查重點關注的是航空器的飛行安全性。機載設備的初始適航過程，即要通過必要的方式、方法，保證將產品的安全性要求落實到設計、制造和驗證過程中。為了保證設備的安全性要求達到最低標準或更高，必須有效開展安全性評估。

安全性評估過程是研制過程中必不可少的一部分，在概念設計階段得出安全性要求，隨著設計的推進不斷持續進行評估，直到驗證表明設計已滿足安全性要求為止。

雖然目前各國適航當局尚沒有為安全性設計的方法和流程制定并頒布統一的法律法規，但長久以來，SAE ARP4761《民用飛機機載系統和設備安全性評估過程的指南和方法》和SAE ARP4754《關于高集成度或復雜飛機的適航合格審定考慮》及其相關的文件體系一直為歐美的飛機制造商和適航當局當作民機中高度復雜和高度綜合的系統的安全性設計和適航合格審定的指導性文件。因而，盡管這2份文件不具有法律效力，但其方法和流程卻為各國飛機制造商和適航當局普遍接受。

系統安全性分析的流程一般為：功能危害性分析——初步系統安全性分析——設備故障模式及影響分析——系統安全性分析，研制單位在充分理解系統適航要求的基礎上，結合系統功能失效的分類、系統安全性要求等，選擇運用軟件平臺，對系統初步架構進行安全性評估，將系統的安全性指標分配到設備。

設備的安全性分析方法一般包括故障樹分析（FTA）、故障模式及影響分析（FMEA）、故障模式及影響總結（FMES）。在研制的初步設計階段就需對設備進行FTA、FMEA分析，并結合下一級設備或組件的安全性落實結果，給出安全性分析的措施，并將這些措施逐條落實到設計中去。在初步設計評審過程時，體現在方案設計報告中，明確展現對安全性要求的分析結果和落實情況，說明安全性要求對設計方案的選擇有什么樣的影響。而這些措施是否滿足了安全性要求，則需要策劃合適的驗證過程并完成FMES報告，并反饋到系統安全性分性評估過程。

總之，安全性過程是一個連續迭代的過程，在整個飛機/系統研制過程中，安全性分析可以自上而下和自下而上來回循環執行很多次。安全性評估過程包括要求的產生和生效過程（自上而下）、假設及安全性要求得到滿足的驗證過程（自下而上）。

2.4 通過過程管控保證制造對設計的符合性

2.4.1 監控制造過程，保證制造符合性

在設備的研制過程中，用于符合性驗證試驗的所有試驗件的制造過程必須受控，包括材料、零件和裝配件的關鍵特性和重要特性、特種工藝的符合性等等，以保證始終生產出一致的產品。為了提高設備制造符合性檢查的通過率，設備制造單位應根據相關的適航規章如AP-21-04R3《生產許可審定和監督程序》的要求，從組織管理、設計控制、制造控制、供應商控制等方面對本單位的質量管理體系文件進行完善，納入適航要求，而且在生產過程中要嚴格執行。同時制造過程中產生的所有偏離、代料、超差、讓步使用等，必須按照與審查組約定的方式提交工程代表進行批準。

設備研制單位應在適航審查組的制造符合性檢查之前，組織內部的預檢查。預檢查應在設備交檢驗收完成后，由適航管理部門組織相關專家實施，并填寫自己編制的《產品制造符合性預檢查單》。制造符合性內部預檢查的內容應包括對設計資料、工藝資料的現行有效性，工序過程卡、檢驗記錄的記實性、正確性、完整性，以及工裝、設備的有效性，操作人員、檢驗人員的資質等，還涉及對設備的重要功能、性能參數的現場抽查。對制造符合性預檢查中發現的問題，在審查組正式檢查之前必須組織整改到位。

2.4.2 規范管理，落實對二次配套成品的適航監控

對設備中選用或專門研制的無CTSO標準的二次配套成品，應由機載設備研制單位對成品供應商進行質量及適航監控。根據二次配套成品的重要程度（一般根據其適航性、安全性對上一級設備的影響），需將其分級分類，并根據分類情況進行適航管理。

為了規范對二次配套成品的適航管理，設備研制單位應按適航規章要求、結合體系文件，單獨編制對二次配套成品的適航管理文件。首先要將客戶的適航性管理要求傳遞到供應商；其次對于不同二次配套成品，要應按設備適航條款的分解和分配，對其提出不同的功能、性能要求，將適航性技術要求擴展到下一級產品；還要按照二次配套成品分類，明確設備研制單位對其不同階段的具體適航審查、監控要求；而且要針對不同層次的供應商，制定適航培訓計劃、適航管理審查計劃、工程資料檢查計劃、試驗件抽查計劃、試驗項目抽查計劃等，培養、督促供應商提高適航管理水平，保證二次配套產品的適航性得到落實。

2.5 通過驗證試驗展示適航要求的落實

2.5.1 制定驗證試驗計劃，策劃合理、有效的風險降低試驗

機載設備研制過程中應對驗證試驗統一規劃，形成《驗證試驗計劃》以及各種專項試驗大綱，指導驗證試驗的開展?！厄炞C試驗計劃》應在產品初步設計階段策劃并完成，對產品的交收檢驗、環境和耐久性測試、功能測試等進行充分的規劃和合理的安排。試驗計劃應對試驗項目、試驗件數量、試驗設備、試驗節點等內容進行充分明確，以指導試驗件投產、試驗設備研制、審查計劃的協調等工作。同時這些試驗計劃要及時與適航審查部門進行溝通和協調，得到適航審查組的認可，按需要提前請審查組介入對試驗過程的監控。

在正式的符合性驗證試驗過程中，審查組對試驗準備、過程和結果的符合性都有非常嚴格的監控，一旦試驗過程發生任何問題，對產品的更改可能會顛覆整個設計方案，使研制單位付出較大的代價，導致審定部門對研制單位的能力產生懷疑。因此，做好風險降低試驗的策劃和實施，對提高設備的適航符合性、向審查組展現一個有信心的產品、保證適航要求的充分滿足是十分重要的。也就是說，風險降低試驗的開展，會為科學制定驗證試驗計劃打下良好的基礎。所以研制單位要重點關注、合理策劃風險降低試驗項目。

風險降低試驗一般由研制單位根據對此類產品設計的經驗、試驗數據的積累、技術成熟度的把握以及對環境適應度的信心，并按照仿真分析、應力分析、強度計算、安全性分析等結果，從對材料的選擇、熱表處理的運用、產品密封結構的設計、接口方式的選擇等方面綜合考慮后確定。風險降低試驗項目中的重大項目（如靜力試驗）也可提前與適航審查組進行溝通，請其參與審查，才能提高其對于產品驗證試驗項目、內容以及試驗結果的認同度。

2.5.2 配合目擊試驗審查，確保試驗結果的有效性

機載設備《驗證試驗大綱》的適航批準一般要在試驗開始前一月完成，而且適航審查組會對需要現場審查的試驗進行明確，以書面或口頭方式通知設備研制單位，確定目擊試驗項目。

研制單位應保證在目擊試驗項目開始前至少一周，按AP-21-AA-2011-03-R4要求向審查組提交試驗的《制造符合性聲明》，提請現場目擊試驗審查。對由于各種原因發生的計劃的臨時更改，應及時通知適航審查部門并協調達成一致意見。并在審查組到場之前，完成所有準備工作，包括現場有效工程資料、已通過制造符合性檢查的試驗件、合格試驗臺架、合格工裝、儀表、現場環境準備、有資質的試驗操作人員、有資質的檢驗人員及其它協助人員等。在試驗展示過程中，應嚴格按照操作規程執行操作和記錄，并接受審查人員口令開始或中止試驗，保證與審查組建立良好的溝通。

適航審查組對企業的信心建立在互相信任的基礎上，即便是非目擊試驗項目，在設備進行符合性驗證試驗過程中，研制單位也應該與審查組保持暢通的聯系渠道，將在試驗中發生的問題及時向審查組匯報、溝通，雙方對故障原因分析、措施達成一致意見方可進行下一步工作。

總之，積極配合審查組目擊試驗的審查，及時溝通試驗中出現的問題及措施，才能保證試驗過程的有效性和試驗結果的可信度，會對適航審查工作起到極大的推進。

3 總結

機載設備初始適航管理與研制管理緊密結合、貫穿始終。研制單位要做好設備的初始適航管理，應結合設備的適航審查流程，根據民用航空規章制定本單位適航管理文件，將設備的適航性要求納入機載設備研制策劃中。重點關注設備研制過程中的實施和進展，使設備的適航性要求、安全性要求在設計、制造、驗證等工作中逐步得到落實，同時要與適航審查部門建立有效、充分的溝通與協調，確保對設備的適航性、安全性要求理解到位、落實到位，才能充分保證機載設備對初始適航要求的符合性。

[1] CCAR-21-R3 民用航空產品和零部件合格審定規定［S］.

[2] AP-21-AA-2011-03-R4 航空器型號合格審定程序［S］.

[3] SAE ARP 4754 關于高集成度或復雜飛機系統的適航合格審定考慮［S］.

（編輯：勞邊）

圖7 零件的常規調用方法

5 發動機標準件數據庫的權限和維護

標準件數據庫的用戶權限主要分為管理員權限和普通用戶權限兩種。管理員主要是定制、創建、維護標準件庫，并給普通用戶分配權限；普通用戶主要是查找、檢索、使用標準件庫中的標準件信息。

6 結束語

雖然我們是以型號需要為主而逐步建立發動機標準件全三維數字化設計體系的，但它不僅已成功地應用于某型發動機驗證機上，保證了發動機全三維數字化設計工作的需要，而且該系統強大的擴展性和繼續定制開發的能力，成熟的應用框架和前后端擴展開發能力，可以在未來滿足以模型文件為核心的數據管理的更多、更高需求?！?/p>

（編輯：雨晴）

V241

C

1003-6660（2015）01-0039-05

10.13237/j.cnki.asq.2015.01.011

[收修訂稿日期] 2014-11-17