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[摘 要]试飞安全是民用飞机试飞的底线，受到各大制造商的高度重视。本文结合工程经验，针对民用飞机研发阶段构型功能状态存在偏离、飞行包线未完全打开等特点，提出了一套完整的风险评估方法。该方法从飞行包线、系统故障概率、试飞技术三个方面分析研发试飞存在的风险，并给出了详细的分析步骤，以帮助试飞工程人员对试飞风险进行标准化的分析。
[关键词]民用飞机；研發试飞；风险评估
中图分类号：S174 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）08-0270-02
1.引言
国际民航组织要求所有从事民用飞机试飞的组织机构必须进行试飞风险管理，试飞风险管理的基础是风险评估，即识别飞行试验所面临的风险，排除不必要的风险因素，在风险可控的范围内开展试验，保障人身和财产的安全。为此，各大制造商制定了不同的试飞风险评估方法。这些方法大体上可分为两类：定性评估和定量评估。
定性评估是基于试飞工程人员经验基础上的一种评估方法，其代表有FAA发布的指令4040.26B[1]。然而，FAA 4040.26B仅给出了进入适航取证阶段飞机试飞的风险评估方法。其未考虑飞机包线限制和系统偏离带来的风险，所以不适用于研发阶段的试飞风险评估。定量评估则需要建立完整庞大的数据库[2]，对各种影响因素进行打分，但仍需要根据工程经验制定各影响因素的权重和打分标准，且工程实施难度较大。
随着我国民机事业的快速发展，迫切需要建立一套行之有效的研发阶段风险评估方法。
2.民用飞机研发试飞风险评估总体架构
研发试飞阶段试飞风险评估总体架构如图1所示，包含三个步骤。
第一步是任务输入，即准备风险评估所需的材料。材料主要包括：试飞大纲、飞机系统描述文件、飞机系统功能偏离评估报告、飞机临时限制条件及补充操作程序、飞行手册等。
第二步是风险分析，也是试飞风险评估的核心，需要从飞行包线、飞机系统故障、试飞技术三个方面识别试飞所面临的风险，评估风险发生的概率和危害，分别给出这三个方面分析出的风险等级，然后取最高风险等级作为该试验点试飞的风险等级。对各个风险，需要制定风险降低措施和应急处置程序以降低风险发生的概率和危害。
第三步任务安全性判断是指在落实风险降低措施后，再评估该试飞的风险等级是否可接受。若风险等级可接受，则执行该试验点，否则不能执行该试验点。
3.风险分析
民用飞机研发试飞风险因素包括飞机、人员、管理、环境、试飞方法等因素。由于试飞大纲、飞行手册和临时限制文件中已对飞机的飞行环境进行了限制，所以不需要再进行风险分析。管理因素、人员因素在各试飞机构都有相关管理文件进行约束和资质授权，故风险分析的重点是飞机及试飞方法因素。飞机因素又主要包括飞行包线、系统故障两个方面。
a）飞行包线风险分析
研发试飞阶段的飞行包线可分为已验证包线、限制包线、设计包线。各包线内的风险等级如图2所示。
限制包线是指根据计算分析给出的安全试飞限制边界，通常受结构强度、控制律等因素的限制。限制包线内试飞风险等级为中的前提是设计分析的准确性。判断分析计算得准确度可通过前期试飞结果与分析计算结果进行比较，若两者重合度高则表明分析结果是可信的。
若飞机在限制包线内具有良好的操纵响应，且与计算分析一致，则可推广到设计包线内的试飞风险等级为中，否则风险等级为高。
针对飞行包线试飞风险的风险降低措施就是基于准确的设计分析确定试飞限制包线，试飞过程中采用逐步逼近的方法进行试验，发现飞机响应与预期不一致，立即中断试验返回到安全包线内。
b）系统故障风险分析
遵循适航标准设计的民用飞机，其系统安全性是良好的；但在飞机研发阶段，各系统都有可能存在设计偏离，进而导致系统失效概率高于设计指标。为此需要评估系统偏离带来的额外风险。
通过系统安全性分析（System Safety Assessment，SSA）计算当前飞机系统故障的失效概率，再依据功能危害分析（Functionality Hazardous Analysis，FHA）确认试飞中系统发生故障的危害。系统故障风险矩阵如表1所示，若系统故障概率和危害等级满足AC25.1309-1B[3]要求的，则风险等级为低，否则其风险等级逐级递增。
系统故障通常在试飞前的地面试验中就会集中暴漏，必须明确故障发生的原因及其对飞机全机的影响。
系统故障的风险降低措施主要有：全面的故障链路分析，分析故障对全机（上下游系统）的影响；给出合理可行的限制条件或补充操作程序；机上故障模拟试验及应急处理程序训练；风险系统相关参数的实时监控。
c）试飞技术风险分析
试飞技术包括飞行机动、试验允差、飞行员操作等内容。试飞技术风险识别通常是基于大量的飞行经验，尤其是飞行员的经验。同样的试飞动作，对于不同阶段的飞机和不同的飞行员其风险等级可能是不同的。所以，需要对试飞技术的难度、工作负荷、机动幅度、操作精度、飞行员训练程度等进行综合评估。
试飞技术风险分析矩阵如表2所示。
试飞技术风险源识别可从以下角度进行分析：
试飞技术是否已经经过验证及训练；
试飞技术对每一步操作精度的要求，若超出试验允差将带来什么危害；
执行试飞技术时，飞机及其系统是否处于安全包线内或设计包线内；
试飞技术执行过程中，若中断或改出是否有不安全情况；
气象条件等飞行环境因素对试飞技术的影响，是否有不安全情况。
试飞技术的风险降低措施主要有：采用逐步逼近的方法开展试验；通过地面模拟器训练试飞技术、中断程序、改出机动、应急操作程序等。
d）风险分析的综合
试验点的风险等级是试飞包线风险、系统故障风险、试飞技术风险等级中取大者。试验点的风险降低措施和应急处理程序就是综合三个风险面各自的风险降低措施和应急处理程序。
4.任务安全性判断
通过以下问题判断落实试飞风险降低措施后的试飞安全性。
1）在限制的飞行环境下，飞机预期气动响应是否明确？
2）使用到的系统是否安全、可靠？
3）限制类文件及操作类文件是否完整、正确？
4）适当的操作精度下，飞机机动的安全裕度是否足够？
5）即使飞机进入不安全状态，飞机是否能受控恢复到安全状态？
6）应急处理程序是否正确、完整？
7）飞行机组是否已完全掌握上述问题？
若上述问题的答案都是肯定的，则执行该试验点是安全。
5.总结
上述民用飞机研发试飞风险评估方法综合考虑了飞机包线扩展、系统故障、试飞技术三个方面的风险分析，给出了详细的分析思路、步骤和示例，试飞工程人员可以按步进行分析，操作性强，是一种有效的分析工具。
参考文献
[1] FAA Order 4040.26B.Aircraft Certification Service Flight Test Risk Management Program[S].FAA National Policy，2013.
[2] 望佳，郭政波，肖文富.航空装备试飞风险评价方法及软件开发[J].工程与试验 2016（01）
[3] AC 25.1329-1B.APPROVAL OF FLIGHT GUIDANCE SYSTEMS[S].FAA，2006.
[关键词]民用飞机；研發试飞；风险评估
中图分类号：S174 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）08-0270-02
1.引言
国际民航组织要求所有从事民用飞机试飞的组织机构必须进行试飞风险管理，试飞风险管理的基础是风险评估，即识别飞行试验所面临的风险，排除不必要的风险因素，在风险可控的范围内开展试验，保障人身和财产的安全。为此，各大制造商制定了不同的试飞风险评估方法。这些方法大体上可分为两类：定性评估和定量评估。
定性评估是基于试飞工程人员经验基础上的一种评估方法，其代表有FAA发布的指令4040.26B[1]。然而，FAA 4040.26B仅给出了进入适航取证阶段飞机试飞的风险评估方法。其未考虑飞机包线限制和系统偏离带来的风险，所以不适用于研发阶段的试飞风险评估。定量评估则需要建立完整庞大的数据库[2]，对各种影响因素进行打分，但仍需要根据工程经验制定各影响因素的权重和打分标准，且工程实施难度较大。
随着我国民机事业的快速发展，迫切需要建立一套行之有效的研发阶段风险评估方法。
2.民用飞机研发试飞风险评估总体架构
研发试飞阶段试飞风险评估总体架构如图1所示，包含三个步骤。
第一步是任务输入，即准备风险评估所需的材料。材料主要包括：试飞大纲、飞机系统描述文件、飞机系统功能偏离评估报告、飞机临时限制条件及补充操作程序、飞行手册等。
第二步是风险分析，也是试飞风险评估的核心，需要从飞行包线、飞机系统故障、试飞技术三个方面识别试飞所面临的风险，评估风险发生的概率和危害，分别给出这三个方面分析出的风险等级，然后取最高风险等级作为该试验点试飞的风险等级。对各个风险，需要制定风险降低措施和应急处置程序以降低风险发生的概率和危害。
第三步任务安全性判断是指在落实风险降低措施后，再评估该试飞的风险等级是否可接受。若风险等级可接受，则执行该试验点，否则不能执行该试验点。
3.风险分析
民用飞机研发试飞风险因素包括飞机、人员、管理、环境、试飞方法等因素。由于试飞大纲、飞行手册和临时限制文件中已对飞机的飞行环境进行了限制，所以不需要再进行风险分析。管理因素、人员因素在各试飞机构都有相关管理文件进行约束和资质授权，故风险分析的重点是飞机及试飞方法因素。飞机因素又主要包括飞行包线、系统故障两个方面。
a）飞行包线风险分析
研发试飞阶段的飞行包线可分为已验证包线、限制包线、设计包线。各包线内的风险等级如图2所示。
限制包线是指根据计算分析给出的安全试飞限制边界，通常受结构强度、控制律等因素的限制。限制包线内试飞风险等级为中的前提是设计分析的准确性。判断分析计算得准确度可通过前期试飞结果与分析计算结果进行比较，若两者重合度高则表明分析结果是可信的。
若飞机在限制包线内具有良好的操纵响应，且与计算分析一致，则可推广到设计包线内的试飞风险等级为中，否则风险等级为高。
针对飞行包线试飞风险的风险降低措施就是基于准确的设计分析确定试飞限制包线，试飞过程中采用逐步逼近的方法进行试验，发现飞机响应与预期不一致，立即中断试验返回到安全包线内。
b）系统故障风险分析
遵循适航标准设计的民用飞机，其系统安全性是良好的；但在飞机研发阶段，各系统都有可能存在设计偏离，进而导致系统失效概率高于设计指标。为此需要评估系统偏离带来的额外风险。
通过系统安全性分析（System Safety Assessment，SSA）计算当前飞机系统故障的失效概率，再依据功能危害分析（Functionality Hazardous Analysis，FHA）确认试飞中系统发生故障的危害。系统故障风险矩阵如表1所示，若系统故障概率和危害等级满足AC25.1309-1B[3]要求的，则风险等级为低，否则其风险等级逐级递增。
系统故障通常在试飞前的地面试验中就会集中暴漏，必须明确故障发生的原因及其对飞机全机的影响。
系统故障的风险降低措施主要有：全面的故障链路分析，分析故障对全机（上下游系统）的影响；给出合理可行的限制条件或补充操作程序；机上故障模拟试验及应急处理程序训练；风险系统相关参数的实时监控。
c）试飞技术风险分析
试飞技术包括飞行机动、试验允差、飞行员操作等内容。试飞技术风险识别通常是基于大量的飞行经验，尤其是飞行员的经验。同样的试飞动作，对于不同阶段的飞机和不同的飞行员其风险等级可能是不同的。所以，需要对试飞技术的难度、工作负荷、机动幅度、操作精度、飞行员训练程度等进行综合评估。
试飞技术风险分析矩阵如表2所示。
试飞技术风险源识别可从以下角度进行分析：
试飞技术是否已经经过验证及训练；
试飞技术对每一步操作精度的要求，若超出试验允差将带来什么危害；
执行试飞技术时，飞机及其系统是否处于安全包线内或设计包线内；
试飞技术执行过程中，若中断或改出是否有不安全情况；
气象条件等飞行环境因素对试飞技术的影响，是否有不安全情况。
试飞技术的风险降低措施主要有：采用逐步逼近的方法开展试验；通过地面模拟器训练试飞技术、中断程序、改出机动、应急操作程序等。
d）风险分析的综合
试验点的风险等级是试飞包线风险、系统故障风险、试飞技术风险等级中取大者。试验点的风险降低措施和应急处理程序就是综合三个风险面各自的风险降低措施和应急处理程序。
4.任务安全性判断
通过以下问题判断落实试飞风险降低措施后的试飞安全性。
1）在限制的飞行环境下，飞机预期气动响应是否明确？
2）使用到的系统是否安全、可靠？
3）限制类文件及操作类文件是否完整、正确？
4）适当的操作精度下，飞机机动的安全裕度是否足够？
5）即使飞机进入不安全状态，飞机是否能受控恢复到安全状态？
6）应急处理程序是否正确、完整？
7）飞行机组是否已完全掌握上述问题？
若上述问题的答案都是肯定的，则执行该试验点是安全。
5.总结
上述民用飞机研发试飞风险评估方法综合考虑了飞机包线扩展、系统故障、试飞技术三个方面的风险分析，给出了详细的分析思路、步骤和示例，试飞工程人员可以按步进行分析，操作性强，是一种有效的分析工具。
参考文献
[1] FAA Order 4040.26B.Aircraft Certification Service Flight Test Risk Management Program[S].FAA National Policy，2013.
[2] 望佳，郭政波，肖文富.航空装备试飞风险评价方法及软件开发[J].工程与试验 2016（01）
[3] AC 25.1329-1B.APPROVAL OF FLIGHT GUIDANCE SYSTEMS[S].FAA，2006.