民机试飞构型管理概述

刘寒松 / LIU Hansong

(上海飞机设计研究院，上海 201210)

民机试飞构型管理概述

刘寒松 / LIU Hansong

(上海飞机设计研究院，上海 201210)

以民用飞机试飞工作为背景，从民机试飞构型管理的特征和过程出发，论述了试飞构型管理的范围和性质，说明了试飞构型管理本质上属于研制构型管理，由制造商内部控制。并从适航的角度研究了民机试飞构型到位工作的特点及其与试飞计划的关系、给出了试飞构型评估报告编制方法。最后，介绍了试飞构型控制工作的流程，并根据试飞构型管理实践经验，提出了试飞构型控制工作中需关注的重点。对后续民机试飞构型工作具有一定的参考意义。

构型管理；适航；系统工程；试飞；构型评估

0 引言

构型管理的概念是美国军方、美国航空航天局、欧洲太空局等在管理飞机、舰艇、火箭等大型武器装备的研发过程中总结出来的，其本质是以产品结构为组织方式，将各阶段产品数据关联起来，并对其进行管理和控制，从而保证产品数据的一致性、有效性和可追溯性[1-2]。在民机试飞阶段，飞机构型不断完善，构型更改频繁，同时，还需确保数百个试飞科目开展前试飞构型到位，验证试飞科目开展前还要完成制造符合性检查工作，这些都增加了构型管理工作的复杂性。

1 试飞构型管理范围

构型管理贯穿在飞机设计的整个过程中。在系统工程过程中，构型管理属于控制机制，通过建立需求基线、功能基线、分配基线、研制构型和产品基线，进而实现需求的确认和分解及产品的集成和验证，最终完成从需求到产品的实现。

图1中，PDR为初步设计评审，CDR为详细设计评审，FCA为功能构型审核，PCA为物理构型审核。在构型管理工作中，FCA是对飞机功能和性能达标的确认，PCA是对飞机构型完整性和符合性检查的确认。

实际上，在飞机的验证试飞完成之前，功能构型审核和物理构型审核均未结束，产品基线尚未建立。验证试飞完成前，工程发放的设计文件包，如图纸和零件清册等，严格来说并不是“产品”图纸，而是试验机(试验件)图纸和零件清册，此时飞机的构型属于制造商内部控制的“研制构型”。[3]

这点可以在美国民用构型管理标准中得到佐证。美国民用构型管理标准EIA-649中关于构型基线的定义如图2所示，构型基线包括需求基线、设计发放基线和产品基线等，客户主要关注“需求基线”和“产品基线”，在产品基线确定前，“研制构型”由制造商内部控制。[4]

因此，试飞构型管理本质上属于研制构型管理的一部分。但其又有一定的特殊性，在试飞阶段，飞机诸多结构和系统均处在不断更改中：客户需求、市场目标、设计模式、材料和工艺以及制造水平在产品整个研制周期中都在不断变化；随着研制的进展飞机控制律、飞行特性、包线等也在不断迭代优化；在试飞过程中，还会出现不满足设计要求和适航要求，需要设计更改的情况。这些都使飞机的构型不断的更改，由于飞机产品零部件数量巨大，频繁的更改导致试飞构型控制非常复杂。据统计，某型飞机试飞期间在试飞机上实施的EO累计达到6万多份，构型更改工作量可见一斑。

2 构型到位与试飞计划

民机试飞按目的可分为研发试飞、表明符合性试飞和审定试飞，研发试飞主要用来调整飞机状态、摸清系统性能参数、验证飞机是否满足设计需求，表明符合性试飞和审定试飞用来表明飞机符合适航规章和环境保护要求。无论哪种类型的试飞，均需在特定的构型下进行。

研发试飞由主制造商根据自己的研发目的确定构型是否满足试飞的要求。而表明符合性试飞和审定试飞在《航空器型号合格审定程序》(AP21-03)中，规定“制造符合性检查代表在地面试验和飞行试验前对原型机进行制造符合性检查，以确认原型机满足了最低的质量要求、符合型号设计，并可安全地进行预期的地面和飞行试验”，在CCAR21.33中，要求“申请人应当进行检验和试验”，以确定“零部件符合型号设计的图纸”以及“制造工艺、构造和装配符合型号设计的规定。”

因此，在表明符合性试飞和审定试飞前，需确认飞机构型到位，并对飞机进行制造符合性检查，以表明当前构型符合规定，能够代表取证构型进行适航验证活动。

如图3所示，试飞科目与试飞构型构成了矩阵[5]。在试飞计划编制时可考虑对试飞科目按构型要求分类和组合。

在图3中，从左到右为试飞进程，表示试飞在时间轴上的进展，随着试飞科目的逐个开展，试飞构型也需逐步到位，如试飞科目1、2、3需要试飞构型1到位，试飞科目4进一步需要试飞构型2到位等。

事实上，如果说图3的横向(由左到右)代表试飞计划，那么纵向(从上往下)就代表了构型到位计划，在试飞阶段中，两份计划均要制定，且需相互匹配。首先明确科目试飞时相关系统需要具备的功能和性能，进而确定试飞构型，结合初步试飞计划制定初步构型到位计划，最终制定可实施的试飞计划和构型到位计划。

图4说明了试飞计划与构型到位计划之间的关系。

3 构型评估报告编制

在局方正式签发TIA( 型号检查核准书)前，相关试验件及其所含的软硬件构型状态应接近最终冻结状态，才允许进行相应的试飞科目。但实际研制过程中的飞机构型不可能完全达到冻结状态，实际制造中也存在一些偏差，需要编制针对科目的构型评估报告来表明目前飞机的状态能够代表取证构型进行适航验证活动。

在某民机项目中，申请人在发出制造符合性声明前，通过编制“试飞构型评估报告”文件，向局方说明试飞科目对构型的要求以及飞机的当前实际状态，如有偏离，评估偏离对试飞结果和试飞安全性的影响。

构型评估报告至少应包括以下内容：

1)试飞目的

2)试验飞机/试验件的概述

3)科目最低构型要求

4)试验件构型状态评估

(1)描述与本试验试飞项目相关的生产图纸，以及构型偏离情况，偏离一般包括单机更改图纸、代料单、故障拒收单等。从偏离对功能、性能等方面的影响进行分析，评估对试飞有效性的影响和试飞安全性影响；

(2)描述系统中与试飞科目相关的设备，以及构型偏离情况，从偏离对功能、性能等方面的影响进行分析，评估对试飞有效性的影响和试飞安全性影响；

(3)描述系统中与试飞科目相关的软件，以及构型偏离情况，从偏离对功能、性能等方面的影响进行分析，评估对试飞有效性的影响和试飞安全性影响；

(4)机体结构构型评估，评估外形、重量重心、强度、功能、性能等方面的偏离的影响；

(5)评估已实施的、非试飞科目要求的测试改装的影响；

(6)评估试飞科目所需的、但未实施的测试改装项的影响；

(7)评估前期试飞过程中出现的与试飞科目相关的、未关闭的试飞问题的影响。

5)给出当前构型下开展试飞的有效性和安全性的结论

构型评估报告编制时应注意，报告描述内容应全面且有针对性。与科目直接相关的图纸、装机设备、系统零部件、机载软件以及加改装情况都需评估，同时，与试验试飞无直接关系的飞机其它部分构型无需评估，对试验试飞执行的基本前提、飞机应具备的基本功能(如电源、液压、动力系统等)不需特别提出要求其工作正常。

4 试飞构型控制

实施构型管理可以有效地控制飞机及其零组件的研制和更改过程，构型管理的工作主要包括构型管理计划编制(Plan)、构型项标识(Identification)、构型控制(Control)、状态纪实(Accounting)和验证与审核(Audit)五部分内容。其中，构型控制是进行构型管理的重点和难点。

4.1 构型控制的流程

构型控制就是指在构型生成过程中，为控制构型项的更改所进行的活动。各主制造商对自己公司的工程更改也就是构型更改都有一套严格的构型控制流程，目的就是严格把控构型状态，使每一次的更改都能够有效且纳入管理，如图5所示。

对设计数据进行工程更改，工程首先需要启动ECP，ECP是工程更改的有效输入依据，在获得批准后，才能进行工程指令的具体实施(EO或DEO的发出)，EO或DEO中通常会规定此次更改的实施范围，如果该EO或DEO需要对试飞机的构型进行更改，则在发出后，需再发出外场技术通知单，对试飞机进行更改，试飞机构型管理人员会根据试飞机执行任务的实际情况及EO/DEO的等级决定试飞机的贯彻日期，贯彻后该构型则纳入试飞机构型。

工程更改需详细评估对其它专业的影响，给出受影响的图样/零件/技术文件(规范)清单，若更改对飞机安全性、验证试验结果、飞机重要特性有影响时，需要在ECP和外场技术通知单中详细说明。相关专业将据此评估是否需要进行补充试飞，以及更新试飞限制条件和补充操作程序等文件。

4.2 试飞构型控制的几个重点

4.2.1 减少构型更改工作量

试飞机频繁的构型更改会严重影响试飞进度，如某型号民机试飞期间各架试飞机累计处理的外场技术通知单数以千计，累计贯彻的EO数以万计。这些更改占用了较多的现场资源和试飞时间，影响了试飞的实施进程。

这些更改除了部分软件版本正常迭代进化等计划内工作，还有一些因早期设计时考虑不周、前期系统接口存在开口项及用户需求变更等原因造成的失误，这些前期的不成熟设计数据到试飞阶段解决成本几何级增长，应尽量避免。在进行详细设计时应尽可能的进行充分的分析、评估，按照系统工程的要素进行全面的工作，对于飞机本体应进行详细的性能、操稳、强度等计算分析，开展全面的风洞试验、强度试验，减少试飞期间的结构构型更改问题；对于飞机的系统，按照目前的传统做法都由各专业系统供应商提供，这就要求我们主制造商提高供应商的管控能力，系统的研发要求要详细、具体、接口明确，并对系统的整个研发过程进行管控，进行尽可能多的测试，完成好相关的试验室试验和机上地面试验，确保供应商研发的系统满足飞机的需求，且可靠性较高；同时在试飞机构型控制时对于一些不影响飞行安全和试飞结果有效性的更改，可以考虑暂时不在试飞机上贯彻。

4.2.2 “合并更改”

在生产阶段，为稳定飞机的生产构型，波音公司提出了合并点(blockpoint)的概念，合并点表示将更改作一定积累后再实施，而不是一有更改就马上实施。

试飞期间的工程更改量十分庞大，远超生产阶段，在生产阶段，为稳定飞机的生产构型，构型状态相对清晰且易于管理，而试飞机情况极为复杂，构型由于设计更改等一直在不断变化，处在一种动态的管控中。而外场时间紧，尤其有些科目依赖于自然环境影响，一旦错过了时间窗口将需要等待一年甚至两年的时间周期，且外场的人力物力资源有限，一些特殊工装可能在现场没有配备，有一些更改可能只有回到主制造商的总装车间才能进行，因此如何合理的安排试飞机的构型更改非常重要。针对这个问题，对于不影响试飞安全性、后续试飞结果有效性或造成重大操作限制的更改，可以借鉴波音的做法，在积累到一定量后择机合并更改。

4.2.4 关注构型冻结时间点

根据试飞机试飞任务的特点及局方对试飞任务构型的管控要求，为加快审批检查及试飞，在以下三个时间点，试飞机构型建议临时冻结。

一是试飞科目构型准备完毕，已完成构型评估报告编制或已提交制造符合性声明，在试飞完成前冻结相关系统构型。CCAR21.33中要求，“除局方另行批准外，民用航空产品或其零部件……提交局方进行试验的期间内，不得作任何更改。”

二是申请人已确认和更新飞机当前全机构型文件，并以此向审查方申请特许飞行证，从文件更新到特许飞行证制造符合性检查完成、并获得特许飞行证前，应冻结飞机构型。

三是局方升版或新发TIA阶段，由于TIA通过引用构型文件描述了飞机的单机构型文件，从构型文件更新完成到TIA正式颁发前，应冻结相关构型。

4.2.5 建立信息平台

试飞期间飞机的构型变化频繁，如没有数字化的信息平台，仅通过文档、表格对构型状态进行记录、控制，会导致信息在传递过程中失真和滞后。单机构型状态如不能及时传递到相关人员，会影响试飞飞机单机构型文件、试飞构型评估报告等文件的准确性。因此，民机试飞中必须搭建试飞机构型管理的数字化平台，使试飞机的实际构型状态能够在平台上实现工程、制造和试飞人员实时共享。以此避免试飞构型管理工作停留在“文档管理”阶段，实现真正意义的构型管理。

5 结论

本文阐述了试飞构型管理工作的性质、特点，以及需要关注的重要方面。

(1)试飞构型管理本质上属于研制构型管理，由飞机制造商内部控制；

(2)无论哪种类型的试飞，均需在特定的构型下进行。试飞构型到位计划需与试飞计划相互协调；

(3)编制试飞构型评估报告是说明飞机构型偏离对试飞影响的有效手段；

(4)试飞构型控制必须严格按照构型管理流程进行，在试飞构型控制中，应通过减少构型更改工作量、对于非重要更改可合并进行、建立信息化平台的方式，减少构型更改工作对试飞的影响。

[1] 于勇，范玉青. 飞机构型管理研究与应用[J]. 北京航空航天大学学报，2005， 26(3): 357-360.

[2] 于勇，卢鹄，范玉青，等. 飞机构型控制技术研究与应用[J]. 航空制造技术，2009 (23): 78-82.

[3] 王庆林. 飞机构型管理[M]. 上海: 上海科学技术出版社，2012: 224-226，383-385.

[4] ALAN lager, BILL Brummer, DON Noble, et al. EIA-649-A National Consensus Standard for Configuration Management[S]. 2500 Wilson Boulevard Arlington, VA 22201 in USA: Government Electronic and Information Technology Association-Standards & Technology Department. 2004.

[5] 周亮，孟庆堂，周昌明，等. 民用飞机系统级飞行试验的构型评估方法研究[J]. 航空科学技术，2012(5): 49-51.

Configuration Management of Flight Test for Civil Aircraft

(Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai 201210, China)

Based on the characteristics and process of civil aircraft flight test, this paper discusses the scope and nature of flight test configuration management. The management of test flight is essentially development configuration management which is controlled by manufacturer. From the perspective of airworthiness, the characteristics of civil aircraft flight test configuration to be in place were studied and its relationship with the flight test plan. And the flight test configuration evaluation report preparation method was given. Finally, the flow of flight test configuration control is introduced, and the focus of attention control is put forward based on the experience of flight test configuration management, which has certain reference to the follow-up civil aircraft flight test.

configuration management; airworthiness; systems engineering; flight test ; configuration evaluation

V217

A

10.19416/j.cnki.1674-9804.2017.04.024

刘寒松男，硕士，工程师。主要研究方向：试飞管理、项目管理；E-mail: liuhansong@comac.cc