主题：【文摘】ARJ21型支线客机 (1) -- 大漠孤烟远

在CPC平台不断地产生创新动力的时候，在大家快乐的享受着CPC平台给自己的工作带来改变的时候，而FAI计算机中心却无时无刻不在为CPC平台脆弱的 神经而紧张，野蛮施工、地震海啸、数据安全、人为过失……简直难以想象，还会发生什么！但是，不管怎样，FAI正以国际标准全力打造信息化、数字化的高水 平研究院！FAI的美好明天令我们充满期待！为了实现这个梦想,我们还必须拥有更多的标准，更多的与世界协同的共同标准，这样，我们就能够通过标准化的商 业过程与世界范围内的人们一起来研制我们的商用飞机。

自然，虚拟技术的发展并不能完全取代人们面对面的交流，“我们可以从一开始就借助计算机来建造一架全新的飞机，前提是，我们必须对彼此拥有信心。我们需要 合作伙伴深入地了解和学习彼此特殊的习惯，以便于设计出更为优化的流程；我们需要合作者的耐心和知识；更重要的是，我们需要彼此拥有合作的愿望。”正是 1.3万人的共同努力，促成了ARJ21-700飞机引人注目的变化。

也许，ARJ21飞机更具有价值的先进性则在于：这是我们在实现技术成功的同时，更追求商业成功的首次探索，即使这次艰难的探索不得不再以某种原因能被终 止，但是，今天我们的终点也必将成为秉承者的起点；所有我们在探索中遇到的瓶颈都将成为后继者继续前行的路标，因为，我们知道，这是中国航空产业发展的必 由之路。

与过去相比，这些变革是令人激动的，数字化革命推动了全球合作与商业创新。但是，标准不会取代创新，它只会节省人们的精力，当数字化的世界变得更好、更快 捷的时候，人们就能够把精力更专注于高科技的开发和最有价值的工作。在FAI的铁鸟实验室里，设计人员会告诉你：“我们的核心能力与主要工作是不能被数字 化的，这是我们自主知识产权的体现。”

系统集成

关于系统集成，人们从自己的理解出发，会给出不同的解释，事实上，系统集成所具有的多元性特点，决定了其不是能够被一个单一的思想所能囊括的，这有一点像 围棋大师吴清源所讲的“中”的精神：只有发挥出棋盘上所有棋子的效率那一手才是最佳的一手，那就是中和的意思，每一手必须是考虑全盘整体的平衡去下——这 就是“六合之棋”。

系统集成就是要在多者间达成一种平衡，以付出最小的代价而使所有系统的效能得到最佳匹配与发挥，至于说如何评价“一架飞机的系统集成能力”，几乎每位飞机设计师都有自己的理解与诠释，而体现在飞机总设计师身上则是一种技术与哲学中和的境界。

即使ARJ21-700飞机的动力系统是通用电器飞机发动机公司的、航电系统是罗克韦尔柯林斯公司的、飞行控制系统是霍尼维尔宇航公司的、燃油和液压系统 是派克哈尼芬公司的，但是，ARJ21-700飞机的自主知识产权却是中国的！有了自主知识产权，我们才能够做到对市场和客户进行快速反应，及时根据市场 的需求对产品进行改进改型。同时，对于机械系统来说，真正的高科技含量是系统集成，ARJ21飞机的系统集成正是我们拥有自主知识产权的体现。

现代飞机上的一个系统往往完成多个复杂的功能，而另一方面，飞机级的功能往往又是由多个系统共同完成的，如何规划这些功能，把这些功能反映到系统规范中，以综合集成发挥各系统的综合效能，实现1+1>2的效应，成为系统集成的一项重要内容。

FAI副总设计师田剑波为我们举了一个小例子：拿一个小系统——旅客氧气系统为例，系统集成的工作内容主要表现在以下几个方面：

根据飞机级的要求、适航条款的要求，从一个比较高的起点出发：即参考航线和在研的其他机型氧气系统方案，同时考虑安全性、可靠性、维修性、设计难度、制造成本、维护成本等，制订氧气系统技术规范，包括以下主要要求：

应为每个乘客配置氧气面罩，还需考虑怀抱婴儿的氧气需要，增加氧气面罩的配置，在飞机释压时氧气面罩自动放下，同时飞行机组也可人工放下，放下后给机组相 应的指示信号，自动放下控制由氧气系统之外的继电器箱实现，继电器的控制信号由航电的DCU（数据集中装置）提供，而决定自动放下条件的座舱压力高度信号 由综合空气管理系统的IASC（综合空气管理系统控制器）提供。

如何实现旅客氧气系统的功能，协调与相关系统和设备的关系，找到一个可满足各方面要求的，最合理的方案是系统集成的主要工作之一。

各阶段需进行的系统安全性评估也是系统集成的重要工作，飞机级FHA（功能危险性评估）给出了飞机级各项功能失效的危险等级，旅客氧气系统根据与已相关的 失效条件，如“座舱释压时不能为旅客提供氧气”等，进行系统级的FHA，明确系统各种失效模式应满足的失效率要求，从而决定系统的构架——是否需余度配 置，失效时是否要警告，如何监控和自检测等。在进行安全性分析时，旅客氧气系统从飞机级和系统级的功能出发，不仅仅分析本系统的设备，还要包括IASC、 DCU、继电器、电缆等。在进行软件和复杂硬件DAL（设计保证等级）需求分析时，也同样包括这些设备。

同时与其他系统设备的关系可分为两条线：一条是设计要求和要求的实现，即向其他系统设备提出设计要求，包括功能、性能和失效率等方面的要求；第二条线是设计实现的验证，即用设计实现的功能、性能和失效率进行系统对规范符合性的分析、综合试验、试飞等。

“总之，系统集成的工作主要包括系统规范的编制、设计要求的确认、系统设计要求的分解、以及集成系统的分析和试验验证……你听懂了吗？”

噢！这些确实有点复杂！

ARJ21-700飞机与国外先进的商用飞机一样，系统集成度高，航电、飞控、发动机、起落架等系统之间进行功能交联，实现飞行管理、性能优化、综合控 制；所有机载系统采用全机综合显示、集中告警、综合数据记录；系统之间最大可能的共用信号源，系统之间数据交换采用总线技术。

在驾驶室里，让人印象深刻的是大量航空电子系统与机械设备挤在一个狭小的区域空间里，而高度综合化正是ARJ21飞机航空电子的灵魂与核心。

在FAI大场实验室里，ARJ21-700飞机航电综合试验室是经常被人参观的地方，实验室的技术人员已经习惯了这种络绎不绝的参观，事实上，他们也不知 道这些参观者在看什么，想了解些什么，但是，每次他们都会认真的向参观者进行讲解：“ARJ21飞机的航电系统由世界著名的航电系统集成商罗克韦尔柯林斯 公司研制的，这套航电系统属于世界先进水平。它采用一台双通道的内部装有3块通用的外场可更换模块的综合处理计算机，该综合处理计算机综合了ARJ21飞 机的飞行管理计算、导航、驾驶舱通信、主飞行显示计算、多功能显示计算、数字飞行数据采集、快速存取记录器、飞机状态监视、推力管理计算、中央维护计算、 数据转换网等多项功能。”

他们一直不知道应该如何向参观者展示那些重要的，但却不能让人产生直观感受到的系统功能，他们尽量能够用语言描述清楚：“模块化是ARJ21飞机航电系统 的又一重要特征，模块化是实现结构简化和综合化的基础，也是实现系统重构的基础。集成电路和电子技术的高速发展已经能够使各种完整的功能‘浓缩’于一个标 准电子模块之中。全面采用通用的、标准的外场可更换模块，可以使整个航电系统由三级维修变成二级维修，简化了系统维修，减少维修人员和地面维修设备，实现 延期的维修或定期维修，从而大大减少了后勤保障费用。”他们知道参观者依然很难理解这些变化对于一架先进飞机来讲，究竟意味着什么。

他们经常会听见参观者的感叹“哎呀”！但是，却很少有人能提出问题，于是，他们只能继续介绍：“ARJ21飞机航电系统具有开放式的系统结构，它的优点是 便于构成分布式系统；便于不同厂家生产的、不同型号的计算机或其他硬件之间的互连、互通和互操作；也便于硬件、软件的移植；便于系统功能的增强和扩充。此 外，开放式系统结构还支持系统可变规模，有利于缩短研制开发周期，在计划开发、采购、维修及更新时能降低成本。”

当参观者发着此起彼伏的感叹声，离开航电综合试验室的时候，航电综合试验室的小伙子们依然不知道，人们是怎样看待ARJ21-700飞机的，也不知道人们是怎样看待他们所做的工作的。

“根据航电试验的任务分工，ARJ21飞机的航电综合试验台由供应商负责研制，在航电综合试验台上进行的航电系统功能试验、航电系统与非航电系统交联试验 等由中方承担。”FAI航电综合试验室主任刘永超介绍说：“这就是我们的工作，我们需要验证将这套先进的系统装到飞机上以后，这些让我们青睐的功能是否都 能够实现，以及它与12个非航电系统的交联功能，不解决这些问题，这套处于世界先进水平的航电系统就变得毫无价值。”

航电系统与12个非航电系统的交联功能都将在铁鸟试验台上进行试验。在FAI大场飞控系统地面模拟试验室里，最引人注目的就是飞控铁鸟试验台，它是ARJ21飞机研制过程中进行飞控系统及其相关系统地面综合试验，并支持飞机飞行试验和产品支援必不可少的地面试验设施。

飞控铁鸟试验台都是针对特定型号设计的，为此，国外一些飞机制造公司甚至同一型号的新机种要建有两个铁鸟试验台以供研制使用。铁鸟试验台的使用周期很长， 从详细设计的综合试验阶段开始，贯穿研制、生产、飞行试验、适航审定整个过程，并在整个型号生命期内的售后服务、改进改型和事故分析中发挥不可替代的作 用。

目前，国外主要航空国家像美国、英国、法国、德国、俄罗斯和日本等国的航空研究单位、飞机制造公司等都拥有自己的多套、多功能和多任务的固定基座和活动基 座舱的工程模拟器和飞控铁鸟系统。其中著名的有：美国NASADryden飞行研究中心的综合试验设施ITF；美国的航空电子试验地面支持设施GSF；美 国空军EdwardsAFB开发的IFAST及各种专用的综合试验设施；美国海军的F/A-18专用的综合试验设施；A-8B专用的综合试验设施；美国空 军在Warner-Robin AFB的F-15专用的综合试验设施和在OgdenAFB的F-16专用的综合试验设施；法国Aerospatiale公司的Toulouse航空试验中 心（CEAT），建造的A320和A330/A340的两台铁鸟，各自与具有完备人机界面及全部机载计算机真件的工程模拟器和供电网络试验设备共同布置在 一个大厂房内，颇为壮观；意大利的Alenia公司工程部在Torino的系统试验设施；瑞典宇航JAS集团（IGJAS）组建了一个综合模拟试验设施； 德国道尼尔公司为DO728建立的系统综合试验室。

国内各飞机设计研究单位都建设了针对他们各自研制型号的飞控铁鸟试验台，积累了相当的经验，但国内目前尚无一个适应新一代先进商用支线飞机研制要求的飞行控制系统综合模拟试验室。

随着自动控制和计算机等先进技术迅猛发展，特别是数字化技术的发展和应用范围的扩大，有人驾驶飞机飞行控制系统综合化的程度越来越高。在ARJ21飞机研 制过程中，为了安全迅速地确定和验证飞机飞控系统的各项性能，提高研制效率，必须对飞控系统进行地面模拟试验。飞控系统综合化设计使系统的交联关系变得十 分复杂，仅按分系统进行飞行试验将不能满足新一代支线飞机的验证要求。国外普遍采用地面模拟试验与飞行试验相结合的方法，以缩短研制周期和确保飞行试验的 安全。因此，在飞机研制过程中建设飞控综合试验室已是非常普遍并且已成为设计中不可缺少的。

飞控系统地面模拟试验室以飞控铁鸟试验台为主要试验手段，对真实的飞控系统，包括尽可能真实的液压、供配电系统进行单项和综合试验，并与航电系统进行交联 试验，以验证、校核系统的性能，检验部分飞机飞行品质，检查各系统间的接口交联与协调关系，以实现对飞控系统及其相关系统进行较高层次的综合检查和验证。

在飞机首飞之前，通过系统综合试验验证系统功能和综合性能，可以尽可能地暴露和排除潜在的系统故障，使试验驾驶员熟悉飞控系统的性能和操纵特点，了解系统 故障模式和处理办法。系统综合试验还可再现和研究在飞行试验中遇到的各种故障和问题并最后加以排除。总之，通过试验，可对各系统功能、性能、可靠性和安全 性进行验证，确保飞控系统的性能和飞机的飞行安全。

对于商用飞机来说安全是最重要的，因此飞控铁鸟试验必须支持飞机的适航。按照CCAR25/FAR25相应条款的规定和要求，并根据确定的验证方法，在铁鸟试验台上进行部分飞控系统的适航验证试验，验证飞控系统适航符合性。

在新机飞行试验和随后的全寿命运营中，铁鸟起着极其关键的作用。首先，飞行试验中和运营飞行中会进一步发生或发现飞行控制系统存在的问题和故障，在飞控铁 鸟上复现系统故障，查明故障原因，寻求排除故障的方法并最后予以排除。其次，随着飞行试验的进展，飞机飞控系统及其机载设备可能会进行更改，更改后的系统 和设备必须在飞控铁鸟上进行验证和确认。

ARJ21-700飞机共有104个研发类试验项目，航电系统试验、飞行控制系统试验、液压能源系统试验和供配电系统试验构成了ARJ21-700飞机的 4大系统综合试验。航电系统的试验是ARJ21-700项目中进展速度最快的，由此，柯林斯公司已经连续三年成为了中航商飞公司的优秀供应商。

工作就是最好的学习！新技术的一个主要推动力就是能够形成一支不断接受新思想的科学家和工程技术人员群体。

FAI航电综合试验室主任刘永超说：“ARJ21-700飞机的航电系统可以说代表了全球支线客机的先进水平，通过与供应商之间的共同工作，我们在认识水 平上得到了极大的扩展与提升。学习到了国外先进的航空电子系统集成的管理流程以及开发的方法，并使我们对‘系统设计-设计验证-返回设计迭代-产品开发- 系统综合测试-返回迭代’的V字流程从感性认识上升到理性认识，有了切身的感受；我们自己也建立起了完备的测试体系，更为重要的是，我们在航电系统综合方 面有了一定的提高，尤其是通过对航电系统综合处理机、数据集中单元、无线电接口单元等的研究，提升了模块化航电的集成能力，并通过和全机12个非航电系统 的飞机级综合，进一步加强了全机电子控制系统的集成能力，这些都是我们在以往的军机研制中没有的经验。”

而在柯林斯公司现场工程师杨光宇眼里，航电综合试验室的小伙子们是一群讲着流利英语的年轻设计师，他们怀有强烈的进取心、动手能力强、可塑性大，在解决与协调工程中出现的各种难题的过程中，他们能够快速而灵活地学习到一切他们想要得到的知识。

虽然在与供应商的共同工作中，FAI的工程人员开阔了眼界，掌握了很多东西，但是，核心技术是不可能获得的，甚至是敏感的“军民两用技术”也被严格限制。 FAI副总设计师田剑波说：“我们对供应商的设备缺乏支配权和知情权，如果是国内供应商，我们认为ARJ21-700飞机的系统集成就已经是非常成功了， 但现在都是国外的，深入的核心技术，如软件，都是封锁的。在JDP阶段，我们想尽量了解多一点，但有供应商会毫不不客气的对我们说，‘我卖给你们的是设 备，是系统，而不是技术！’”

刘永超也坦言：“商用飞机航电系统有其自身的特点，除了综合化显示、控制、处理技术外，满足适航取证的要求是我们的最大薄弱点，我们对航空公司的使用要求、发展趋势也需要更多了解和深入研究。”

这个愿望在工程模拟器专业的技术人员那里表现的更为强烈，似乎有点让人难以相信，但是，工程模拟器专业的技术人员的确没有见过国外先进飞机的飞行模拟器， 试飞员认为这不应该是一件很难办到的事情，每家航空公司都有用于飞行员培训的飞行模拟器。由于工程模拟器是个特殊的研发工具，技术人员不仅要为飞控专业、 操稳性能等专业提供一个比较真实的仿真环境，还必须在飞行员没有到场的情况下完成很多试验任务，按照专业的要求飞出很多数据来供相关专业分析研究，这就要 求技术人员本身要掌握一定的飞行技巧。

从虚拟世界里的全机电子协调样机到仿真世界的铁鸟试验台架，再到工程模拟器，飞行模拟器，ARJ21-700飞机正在一步一步从虚拟空间走向真实的世界，但是现在，它仍然是没有生命的，直道它飞上蓝天的时候，它才真正拥有了生命！它才真正的活了！

“我们最关心的是系统集成和所有功能的验证”，吴光辉说：“与此同时，我们还有许多设计、制造和试验项目同时进行，这就存在着潜在的风险，然而，试验中所有的项目都比预计的好，虽然我们仍有很多问题，但到目前为止，我们的运气不错。”

第五章：璀璨明珠

一直以来，飞机设计与飞机制造就像一对永远无法分开的冤家一样争吵不停，设计部门会说：“他们根本无法满足设计的要求”；而制造部门会说：“他们设计的是 一架无法制造的飞机”。这样的争论无论是波音公司、空客公司还是中国，在飞机研发的过程中，始终伴随着彼此的指责与埋怨，但是，每一架商用飞机恰恰也是在 这样的声音中一点点诞生的，而最终没有成为“巴别塔”。或许是博弈、或许是认知、或许是理解，总之，庞大的系统工程，需要的就是参与其中的每一个人，在共 同的意愿之下而展开通力合作，小到一次试验，大到一个国家产业链的形成。

如果说，飞机设计更多体现的是一个国家在基础科学与应用科学领域的认知与智慧，那么，飞机的制造与试验，也不啻象征着先进工业上那颗璀璨明珠，是真正对一个国家航空工业制造力、创造力和协作能力的综合检验。