李 進(jìn)，劉 淼

(1.南京航空航天大學(xué)，江蘇 南京 210016；2.中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

0 引言

中國民用航空局于2005年3月7日公布了《飛行模擬設(shè)備的鑒定和使用規(guī)則》，即CCAR60部。美國聯(lián)邦政府于2018年4月頒布實(shí)施了美國聯(lián)邦法規(guī)電子法典，其中第14章第一節(jié)D小節(jié)第60部——《飛行模擬訓(xùn)練器初期、定期鑒定標(biāo)準(zhǔn)及使用規(guī)范》，即CFR 60部，是為飛行模擬訓(xùn)練器所制定的。所有使用飛行模擬設(shè)備或?yàn)轱w行機(jī)組成員提供飛行模擬設(shè)備進(jìn)行滿足規(guī)章要求的訓(xùn)練、檢查和獲取近期飛行經(jīng)歷的人都應(yīng)當(dāng)遵守本規(guī)則的規(guī)定。二者在本國都具有非常高的權(quán)威性，是飛行訓(xùn)練模擬器眾規(guī)范之中較重要者之一?，F(xiàn)將二者對(duì)比分析，并將有關(guān)情況作一介紹和評(píng)述。

1 規(guī)范編制的背景

近年來，隨著飛行訓(xùn)練的飛速發(fā)展，根據(jù)國際民航組織的標(biāo)準(zhǔn)、行政許可法的規(guī)定以及國際標(biāo)準(zhǔn)變化的需要，為了規(guī)范對(duì)飛行模擬設(shè)備的鑒定和持續(xù)監(jiān)督檢查，規(guī)范飛行模擬設(shè)備營(yíng)運(yùn)人對(duì)其飛行模擬設(shè)備的管理和使用，保證其達(dá)到并持續(xù)保持規(guī)定的等級(jí)和相應(yīng)飛行模擬設(shè)備鑒定性能標(biāo)準(zhǔn)，確保飛行模擬設(shè)備在飛行機(jī)組成員進(jìn)行滿足規(guī)章要求的訓(xùn)練、檢查或獲取飛行經(jīng)歷中發(fā)揮重要的作用，各國根據(jù)自己的國情分別制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。典型的直升機(jī)模擬器如圖1所示。

CCAR60部共分為A-F六章以及A-E五個(gè)附錄，從對(duì)飛行模擬設(shè)備的申請(qǐng)、鑒定、運(yùn)行要求，到對(duì)飛行模擬設(shè)備運(yùn)營(yíng)人的要求和罰則都進(jìn)行了詳細(xì)而明確的規(guī)定。在附錄中，CCAR60部對(duì)飛機(jī)/直升機(jī)飛行模擬機(jī)/飛行訓(xùn)練器性能鑒定提出了詳細(xì)、明確的要求，并對(duì)一些特殊情況(如地面效應(yīng)、風(fēng)切變等)下的模擬機(jī)的鑒定要求進(jìn)行了單獨(dú)說明。

CFR60部全文分正文24章及6附錄。正文為總體規(guī)范，同樣在申請(qǐng)、鑒定、運(yùn)營(yíng)要求及對(duì)飛行模擬器運(yùn)營(yíng)人的要求、罰則等方面進(jìn)行了規(guī)定，而且相比于CCAR60更加詳細(xì)而明確。附錄為鑒定性能標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)飛行器類型的結(jié)構(gòu)及用途可以劃分為飛機(jī)全飛行模擬器、飛機(jī)飛行訓(xùn)練器、直升機(jī)全飛行模擬器和直升機(jī)飛行訓(xùn)練器。章節(jié)劃分上與CCAR60部基本一致。

圖1 科威特空軍裝備的飛行模擬器

2 兩部規(guī)范的對(duì)比分析

本文在CCAR60部的基礎(chǔ)上，對(duì)CFR60部進(jìn)行重點(diǎn)分析。CFR60部中很多的鑒定使用規(guī)則條目和CCAR60部一一對(duì)應(yīng)，章節(jié)順序略有不同，并增加了以下章節(jié)：

第60.2條：對(duì)非運(yùn)營(yíng)人以及在某些未獲授權(quán)的機(jī)構(gòu)工作的申請(qǐng)人，運(yùn)營(yíng)人規(guī)則的適用性

第60.9條：運(yùn)營(yíng)人的附加責(zé)任

第60.13條：飛行模擬訓(xùn)練器(以下簡(jiǎn)稱FSTD)客觀數(shù)據(jù)要求

第60.14條：FSTD鑒定的特殊設(shè)備和人員要求

第60.16條：當(dāng)前鑒定過的FSTD的附加鑒定

第60.33條：申請(qǐng)、履歷本、報(bào)告和記錄：欺騙、偽造或錯(cuò)誤聲明

第60.35條：特定的全飛行模擬器符合性要求

第60.37條：基于雙邊航空安全協(xié)議(BASA)的FSTD鑒定

以上部分適用于所有四個(gè)類型的飛行模擬訓(xùn)練器，屬于綱領(lǐng)性文件。除了正文部分的改動(dòng)，CFR60部在附錄中還增加了對(duì)飛行模擬訓(xùn)練器質(zhì)量管理系統(tǒng)的鑒定性能標(biāo)準(zhǔn)。

3 直升機(jī)全飛行模擬器鑒定性能標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比分析

研究重點(diǎn)為直升機(jī)全飛行模擬器(以下簡(jiǎn)稱FFS)的一般要求、客觀測(cè)試和主觀測(cè)試。也就是表C1A、C2A和C3A。并在具體鑒定細(xì)則中取消了A級(jí)模擬器的鑒定要求，不再作考慮。

3.1 針對(duì)性鑒定使用規(guī)則

CFR60部除了正文部分的鑒定使用規(guī)則外，還有一些僅針對(duì)直升機(jī)全飛行模擬器的附加鑒定使用規(guī)則。這是CCAR60部所不具備的。特別是在運(yùn)營(yíng)人鑒定要求、FFS客觀數(shù)據(jù)要求、初始(和升級(jí))鑒定要求、本規(guī)則生效日期前鑒定合格的FFS、檢查持續(xù)鑒定檢查和維護(hù)要求這幾個(gè)方面，進(jìn)行了著重體現(xiàn)。

3.2 直升機(jī)全飛行模擬器一般要求

CCAR60部對(duì)直升機(jī)FFS的一般要求分為以下幾個(gè)部分：駕駛艙一般構(gòu)型，模擬機(jī)編程，設(shè)備操作，教員或檢查人員使用的設(shè)備，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，視景系統(tǒng)，聲音系統(tǒng)。這一點(diǎn)上，CFR60部與之相同。

3.2.1 概述

在駕駛艙一般構(gòu)型、模擬機(jī)編程、設(shè)備操作、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、聲音幾個(gè)部分，兩部規(guī)范的一般要求基本一致；在教員或檢查人員使用設(shè)備部分，CFR60部豐富了教員的操作內(nèi)容，模擬器必須在儀表操作臺(tái)設(shè)置教員操作以控制所有環(huán)境效果，例如云層、能見度、結(jié)冰、冰雹、溫度、沙暴以及風(fēng)速風(fēng)向，同時(shí)，作為旋翼下洗的影響，模擬器須能讓教員、檢查員呈現(xiàn)回旋風(fēng)、水霧或雪景。

在視景系統(tǒng)部分，CFR60部共提出了25條最低要求，CCAR60部共提出了22條要求。通過對(duì)比兩部規(guī)范我們可以發(fā)現(xiàn)，CFR60部對(duì)天氣、跑道、著陸構(gòu)型等機(jī)場(chǎng)或著陸區(qū)模型的要求部分進(jìn)行了刪減，轉(zhuǎn)為在表-C3B中進(jìn)行更為詳盡的表達(dá)。CFR60部?jī)H對(duì)視景系統(tǒng)核心部分的要求進(jìn)行了細(xì)化和更新。

3.2.2 視景系統(tǒng)

對(duì)于視景系統(tǒng)里面最為重要的最小連續(xù)視場(chǎng)，如表1所示，我們可以對(duì)比發(fā)現(xiàn)，CFR60部在視場(chǎng)優(yōu)化方面，充分考慮了人體工學(xué)最大視場(chǎng)的影響結(jié)果，并做出了適應(yīng)性調(diào)整，縮減了C/D級(jí)模擬器的水平和垂直最小連續(xù)視角，使結(jié)果更加科學(xué)。如圖2、圖3所示。

表1 FFS客觀測(cè)試視景系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照表

圖2 兩部規(guī)范中最小水平連續(xù)視場(chǎng)對(duì)比

圖3 兩部規(guī)范中最小垂直連續(xù)視場(chǎng)對(duì)比

與此同時(shí)，CFR60部還針對(duì)性地提出了左右最小水平視場(chǎng)覆蓋范圍必須為最低連續(xù)視場(chǎng)要求大小的1/2。符合性聲明(SOC)必須說明安裝的幾何布置。C 級(jí)認(rèn)證不要求視場(chǎng)角超出最低要求。然而, 如果特定的任務(wù)需要超出146°×36°以外的擴(kuò)展視場(chǎng) (例如,為了適應(yīng)“下視窗口”的使用,擴(kuò)展視場(chǎng)可以與主視景系統(tǒng)顯示成為一個(gè)整體，也可以是獨(dú)立部分),那么就必須提供擴(kuò)展視場(chǎng)。在考慮安裝和使用擴(kuò)展視場(chǎng)時(shí)，運(yùn)營(yíng)人必須與國家模擬器項(xiàng)目經(jīng)理(NSPM)會(huì)面，以確定可能需要擴(kuò)展視場(chǎng)的訓(xùn)練、測(cè)試、檢查和體驗(yàn)科目。CFR60部對(duì)于C、D級(jí)FFS，在備注中還提及，對(duì)于特定的直升機(jī)駕駛艙截?cái)嘟堑?，可以考慮垂直視場(chǎng)優(yōu)化。運(yùn)營(yíng)人可要求NSPM對(duì)FFS以下特定內(nèi)容進(jìn)行評(píng)估：(1)數(shù)據(jù)庫內(nèi)需要更高分辨率特定區(qū)域，用于支持著陸、起飛、地面緩沖練習(xí)，以及支持遠(yuǎn)離直升機(jī)機(jī)場(chǎng)的訓(xùn)練，包括高架直升機(jī)場(chǎng)、直升機(jī)平臺(tái)和受限區(qū)域。(2)對(duì)于越野飛行，需要充分的地面場(chǎng)景細(xì)節(jié)，以便在平均巡航速度下，在30分鐘的飛行距離上與導(dǎo)航進(jìn)行匹配。(3)對(duì)于離岸機(jī)載雷達(dá)進(jìn)場(chǎng)(ARA)，要安裝配套的視覺/雷達(dá)指示。

CFR60部豐富了視覺場(chǎng)景的內(nèi)容，不再把黎明、黃昏、夜間三個(gè)視景集中要求，轉(zhuǎn)為分別提出一般最低要求。要求模擬器必須具有場(chǎng)景內(nèi)容充足的視覺場(chǎng)景，以識(shí)別機(jī)場(chǎng)、地形和機(jī)場(chǎng)周圍的主要地標(biāo)。場(chǎng)景內(nèi)容必須允許飛行員成功完成目視著陸，對(duì)不同的視覺場(chǎng)景提出各自場(chǎng)景里的針對(duì)性要求，并把B級(jí)FFS收錄到最低要求的范圍內(nèi)。

除了直升機(jī)FFS一般要求之外，CFR60部相比于CCAR60部編寫了表C1B，增加了運(yùn)營(yíng)商的檢查任務(wù)，以確定FFS是否完全符合飛行機(jī)組人員的培訓(xùn)、測(cè)試和經(jīng)驗(yàn)要求，并提供模擬器的鑒定任務(wù)，客觀上保證了FFS運(yùn)營(yíng)的安全性和有效性。同時(shí)還編寫了表C1C，在表中進(jìn)一步明確了教員/檢查員在模擬器中必須能夠控制的功能，保證了FFS在運(yùn)行中的效用。

3.3 直升機(jī)全飛行模擬器的客觀測(cè)試

在模擬器客觀測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中，CCAR60部?jī)H分為性能、操縱品質(zhì)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)三個(gè)部分。CFR60部相比于CCAR60部補(bǔ)充了很多內(nèi)容，并新加了視景系統(tǒng)和音響系統(tǒng)的客觀測(cè)試內(nèi)容、持續(xù)合格頻率響應(yīng)容差示例、為新型或衍生型直升機(jī)的飛行模擬器賦予資格的附加資料、工程模擬器——批準(zhǔn)數(shù)據(jù)、批準(zhǔn)測(cè)試的容差、備用發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)的包容性方針、備用航電系統(tǒng)的包容性方針、運(yùn)輸延遲測(cè)試、后續(xù)資格評(píng)估——批準(zhǔn)測(cè)試數(shù)據(jù)的陳述等。其中較為重要的補(bǔ)充為對(duì)視景系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和音響系統(tǒng)的補(bǔ)充。

3.3.1 視景系統(tǒng)

在CFR60部中，視景系統(tǒng)從響應(yīng)時(shí)間、視場(chǎng)、表面對(duì)比度、高亮度、表面分辨率、光點(diǎn)大小、光點(diǎn)對(duì)比度和可視地面區(qū)段幾個(gè)方面進(jìn)行了測(cè)試規(guī)范。視景系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間的測(cè)試目標(biāo)為滯后時(shí)間或傳輸延遲，在起飛條件為起飛、巡航、進(jìn)場(chǎng)或著陸時(shí)，對(duì)俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航三個(gè)軸分別進(jìn)行獨(dú)立測(cè)試。B級(jí)模擬器要求在直升機(jī)響應(yīng)之后150 ms以內(nèi)，CD級(jí)模擬器要求在直升機(jī)響應(yīng)之后100 ms以內(nèi)。表面分辨率、光點(diǎn)大小、光點(diǎn)對(duì)比度的測(cè)試規(guī)范是由CCAR60部的模擬器最低一般要求中改動(dòng)而來，并結(jié)合現(xiàn)有科技條件進(jìn)行了完善。表面分辨由視角不應(yīng)超過3弧分降為2弧分，光點(diǎn)大小由不應(yīng)超過6弧分降為5弧分。以上兩項(xiàng)的要求范圍仍為C/D級(jí)模擬器。對(duì)于B級(jí)模擬器提出光點(diǎn)對(duì)比度不得低于25:1的要求，CD級(jí)模擬器的光點(diǎn)對(duì)比度不得低于10:1，如表1所示。

3.3.2 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)

CFR60部對(duì)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)部分的頻率響應(yīng)、支柱協(xié)調(diào)性取消了具體容差要求，增加了運(yùn)動(dòng)感示性能信號(hào)、特征運(yùn)動(dòng)(振動(dòng))感示的客觀測(cè)試要求等。其中增加運(yùn)動(dòng)感示性能信號(hào)的目的是提供初始鑒定期間，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)選擇的一系列自動(dòng)QTG機(jī)動(dòng)的響應(yīng)的量化時(shí)間歷程記錄，而不是為了進(jìn)行運(yùn)動(dòng)平臺(tái)加速度和試飛記錄加速度的對(duì)比。若初始鑒定的運(yùn)動(dòng)軟件或運(yùn)動(dòng)硬件更改，則需建立新的基準(zhǔn)線。

3.3.3 音響系統(tǒng)

CFR60部對(duì)音響系統(tǒng)的客觀測(cè)試要求，如果頻率響應(yīng)和背景噪聲測(cè)試結(jié)果與初始認(rèn)證評(píng)估相比在容差之內(nèi)，則在持續(xù)認(rèn)證評(píng)估期間，不要求運(yùn)營(yíng)人重復(fù)直升機(jī)測(cè)試，并且運(yùn)營(yíng)人表明沒有產(chǎn)生影響直升機(jī)測(cè)試結(jié)果的軟件更改。如果選擇頻率響應(yīng)測(cè)試方法但測(cè)試失敗，運(yùn)營(yíng)人可以選擇解決頻率響應(yīng)問題并重復(fù)該測(cè)試，或重復(fù)直升機(jī)測(cè)試。若在持續(xù)認(rèn)證評(píng)估期間重復(fù)直升機(jī)測(cè)試，結(jié)果可與初始認(rèn)證評(píng)估結(jié)果或直升機(jī)主要數(shù)據(jù)對(duì)比。本部分所有測(cè)試必須使用未加權(quán)的1/3倍頻帶格式，帶寬從17到42(50Hz到16kHz)。在對(duì)應(yīng)直升機(jī)數(shù)據(jù)集的位置必須至少采集20s的平均時(shí)間。必須使用可對(duì)比的數(shù)據(jù)分析技術(shù)生成直升機(jī)和飛行模擬器結(jié)果。

由以上測(cè)試要求的更改可以看出，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和測(cè)量精度的改善，可測(cè)試的內(nèi)容逐漸得到完善與充實(shí)，測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)也得到了提升，且CCAR60部中并無對(duì)音響系統(tǒng)的客觀規(guī)范，在主觀測(cè)試中也即為粗略，所以CFR60部對(duì)音響系統(tǒng)的規(guī)范對(duì)中國民航局制定新的模擬器規(guī)范有很強(qiáng)的參考意義。

3.4 直升機(jī)全飛行模擬器的主觀測(cè)試

主觀測(cè)試為直升機(jī)FFS的鑒定提供了依據(jù)，用于評(píng)估FFS在典型應(yīng)用期間的表現(xiàn)能力，確定FFS能夠滿足相應(yīng)的訓(xùn)練、考試和檢查的要求，能夠成功地模擬每一個(gè)要求的機(jī)動(dòng)飛行、程序或科目，以及驗(yàn)證FFS操縱裝置、儀表和各系統(tǒng)能夠正確運(yùn)轉(zhuǎn)。CFR60部相比于CCAR60部，增加了很多操作任務(wù)，包括地面滑行、空中滑行、平飛，并且把起飛中的斜坡起飛、平臺(tái)起飛，著陸中的自轉(zhuǎn)著陸等特殊情況納入到主觀測(cè)試當(dāng)中。同時(shí),在主觀測(cè)試中，對(duì)機(jī)場(chǎng)和著陸區(qū)模型的鑒定也提出了視景要求，且按照機(jī)場(chǎng)級(jí)別區(qū)分開來，并對(duì)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(含特殊氣動(dòng)模型)影響、聲音系統(tǒng)、特殊影響都分別提出了主觀測(cè)試要求。

4 評(píng)述

1)新中國成立60多年來，伴隨著航空航天事業(yè)的飛速發(fā)展，我國的民用航空航天技術(shù)也在不斷推陳出新。自中國民用航空局2005年3月發(fā)布新版的CCAR60以來，歷經(jīng)10多年的發(fā)展，國內(nèi)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)稍顯陳舊，漸漸不能完全承擔(dān)其既定任務(wù)，不能適應(yīng)現(xiàn)在的模擬訓(xùn)練器的鑒定要求。美國聯(lián)邦政府于2018年4月發(fā)布的CFR60部，相對(duì)于2005年發(fā)布的CCAR60,有刪減、有補(bǔ)充、有改進(jìn)，二者具有一致性和連續(xù)性。鑒定規(guī)范的修改周期約為10～20年，在制定修改新規(guī)范時(shí)，可以將CFR60部作為中國民航局發(fā)布新版飛行模擬設(shè)備的鑒定和使用規(guī)則的參考。

2)設(shè)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其目的是為了規(guī)范行業(yè)發(fā)展，為后續(xù)的研究設(shè)定規(guī)則，以提高工效、改進(jìn)質(zhì)量，更好地完成行業(yè)所承擔(dān)的社會(huì)任務(wù)。CFR60部對(duì)CCAR60中若干條文的內(nèi)容有所補(bǔ)充和修改，有的是刪除了一些老舊、已經(jīng)不適用于現(xiàn)代模擬器的條文，簡(jiǎn)化某些程序；有的是在現(xiàn)有研究環(huán)境的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)一些對(duì)質(zhì)量有重要影響的條文；有的則是根據(jù)實(shí)踐結(jié)論反推回頂層規(guī)范，改進(jìn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其宗旨正是體現(xiàn)這一追求。

3)飛行模擬訓(xùn)練器作為飛行器的衍生產(chǎn)品，其規(guī)范的制定需要以往的經(jīng)驗(yàn)，更需要針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的革新和對(duì)老舊技術(shù)的淘汰，做出相應(yīng)的發(fā)揮和創(chuàng)造。由于飛行器本身的差異性，沒有一模一樣的飛行模擬訓(xùn)練器的技術(shù)要求，因此不能企求一個(gè)可以涵蓋各種情況的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也不能規(guī)定一項(xiàng)工程必須完全照搬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)條文。本規(guī)范作為一個(gè)推薦性的標(biāo)準(zhǔn)，各工程的工程師完全可以依據(jù)各自的具體情況制定本工程的施工技術(shù)要求，條文或?qū)捇驀?yán)，只要有依據(jù)，有把握，都是可以的。同時(shí)我們也要與時(shí)俱進(jìn)，吸取國外的先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合我國飛行訓(xùn)練模擬器行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，研究制定更為科學(xué)合理的新規(guī)范。