0 引言

随着“多电飞机”向“全电飞机”的发展，飞机电滑行系统的应用越来越广泛^[1-4]。当前民用飞机从停机坪滑行至起飞线并从跑道滑行至停机坪和廊桥都是由主发动机提供动力，此时的发动机处于慢车位，其燃油消耗和尾气排放较大，导致飞机经济性和环保性降低^[5]。电滑行系统技术作为一种民用飞机滑行领域出现的新兴技术，开展民用飞机地面自主驱动、电驱动技术研究，对于提高飞机运营效率、延长发动机使用寿命、降低能源消耗、降低环境污染等方面具有较为重要的现实意义和潜在应用价值。

目前，国内外对飞机电滑行系统的研究主要集中在燃油消耗、功率消耗、成本分析和环保效益方面^[4-6]，而对于电驱动系统适航技术研究较少。因此随着我国大型客机项目的开展，为满足飞机电驱动系统适航技术方面的需要，本文对飞机电驱动系统适航技术进行分析和研究，并结合有关的适航规章等文件，对适航需求进行设计追溯，利用系统工程“V”模型确定飞机电滑行系统的适航性要求、验证方法，保证研制过程中适航性工作的全面落实，从而提高飞机电滑行系统的适航安全性。

1 电驱动系统组成

系统的组成是识别审定基础、开展适航工程活动的前提。电驱动系统主要由辅助动力装置（auxiliary power unit，简称APU）、综合控制器、电机控制器、电驱动装置、控制操纵手柄、机轮数据集中器等组成^[7-8]。

飞行员打开驾驶舱内APU发电机，将控制操纵手柄放置于前进挡位或者后退档位，综合控制器接受到控制操纵手柄发出的指令后，转换为电控制信号，发送到电机控制器控制电驱动装置带动齿轮运动，以实现飞机方向和速度的功能控制^[9]。

2 适航审定基础研究

依据飞机电滑行系统架构，以及CCAR-25-R4《运输类飞机适航标准》和CTSO-C135a《运输类飞机机轮和机轮刹车装置》规定的功能、性能、强度、电气、电子设备、电磁兼容性、EWIS系统、环境适应性、安全性等适航性要求，对飞机电滑行系统的审定基础进行识别和确认，分为系统级审定基础和机轮刹车驱动装置的审定基础。

CCAR-25-R4是运输类飞机研制中必须满足的最低安全标准，对飞机电滑行系统级审定基础进行识别和确认，对系统的操作性、功能、安装及安全性提出了通用的要求。CTSO-C135a是专门针对民用运输类飞机和刹车装置组件所必须满足CTSO标记的最低性能标准。

本文对CCAR-25-R4中机轮刹车驱动装置适航审定基础和验证方法相关条款进行详细叙述，如表1所示。

3 适航符合性验证方法

3.1 符合性验证思路

以审定基础为研究对象，遵循系统工程思想，用“V”模型梳理飞机电滑行系统研制过程，如图1所示，对系统级和机轮刹车级适航要求逐层分解、逐层确认、逐层验证：从需求定义到设计贯彻的确认，从设计贯彻到适航性审查的验证^[10]。对飞机电滑行系统研制流程中的关键点进行控制，形成飞机电滑行系统的适航符合性设计与验证流程、设计准则、设计方法，构建飞机电滑行系统适用的符合性验证方法，有效保证了整个适航符合性验证过程全面可靠。

3.1.1 需求定义阶段

“V”模型左侧表示自上向下的设计过程，对应需求的分解和定义过程^[11]。识别、分配、传递、确认飞机级适航条款级需求至系统、机轮刹车级适航需求，确保适航条款要求在研制总要求和系统、部件级设计要求中得到正确、完整地落实，确定系统的架构模型，将系统的各项功能分配到负责实现该功能的系统、子系统、部件，建立系统的功能架构。

通过编制合格审定基础和合格审定支持计划（certification support plan，简称CSP）对适航验证项目进行确定，开展各阶段设计评审，完成各阶段设计保证大纲、产品规范等资料编制。

此阶段通过对民用飞机电滑行系统开展安全性、维修性、经济性、安装布置、重量边界等设计要素的分析，完成顶层设计需求捕获和需求确认，最终完成了民用飞机电滑行系统的飞机级需求分析。

3.1.2 需求验证阶段

“V”模型右侧表示自下向上的整合过程，对应于系统的综合和验证过程^[10]。此过程的作用是确保需求的正确性和完整性，保证各层需求与产品之间的一致性。对适航需求的验证与确认是为了满足适航法规提出的对民用航空产品安全性的要求。验证与确认通常是贯穿整个研制周期的阶段性过程。在每个阶段，验证和确认活动使得需求的完整性和正确性的置信度不断提升^[11]。

主要验证方法包括:评审、分析、试验及使用经验等，结构化记录的验证程序和验证结果用以表明追溯验证过程的状态，逐步形成完整的技术需求集，成为相应的解决方案的输入和约束^[12]，形成飞机/系统/设备级设计描述文档、详细的接口描述文档、系统级安全性分析报告、PASA/PSSA安全性评估报告、各研制阶段评审报告、鉴定试验大纲、试验报告等。

开展特种工艺鉴定对材料规范和工艺规范进行验证，进行制造符合性检查，目击试验，确定适航符合性验证工作，并在右侧适航验证试验中一一验证，最终形成需求关闭及设计闭环。

3.2 符合性验证

针对审定基础，根据适航条款的具体要求可选择其中的一种或多种符合性方法的组合方式来满足适航条款的要求。以CCAR25.307结构符合性的证明条款为例，适航条款要求结构设计以及在各工况临界载荷下的强度和刚度的符合性证明，满足强度和刚度的变形要求。对机轮刹车装置进行径向载荷试验、径-侧向联合载荷试验、机轮过压试验、刹车装置屈服和过压试验，考核其在各种工况下的结构符合性。

本文选取驱动装置齿圈这一结构，齿圈在机轮交变载荷作用下发生弹性变形，影响齿轮啮合精度和传动效率，因此对驱动装置齿圈进行结构分析及强度、刚度仿真和计算是非常关键的。齿圈材料选用TM210A，硬度为HRC=51，σ_0.2 =1 940 MPa，σ_b =2 040 MPa。

通过有限元分析，在各工况中选取最严酷工作工况，对该工况下进行强度、刚度分析，齿圈工作应力云图、应力位移云图如图2和图3所示。从云图中可看出最严酷工况下，齿尖部位最大变形为0.314 6 mm，小于设计最大要求值；齿圈疲劳最大应力位于齿尖处816.6 MPa，小于材料许用应力，满足刚度和强度要求，不影响齿轮啮合精度和传动效率。

4 结论

本文通过对电滑行系统研制过程适航符合性验证技术的研究，阐述了飞机电滑行系统的组成和工作原理等。以CCAR25.307结构符合性的证明为例，系统说明了关于条款、符合性验证方法、符合性思路、符合性文件的需求矩阵研究方法。确保适航需求落实到设计中，最终形成需求关闭及设计闭环，并利用系统工程“V”模型提出了适用于飞机电滑行系统的验证流程，详细说明了飞机电滑行系统研制各阶段所开展的工作，形成了适用于飞机电滑行系统的适航符合性试验验证方法和验证思路，本文可为民用绿色电滑行系统适航取证工作提供指导。

参考文献