民用飞机航电系统升级改装验证与安全性评估

In order to ensure continuous airworthiness of the civil aircraft, meet the customized requirements and special requirements of flight operation, the active aircraftshall be upgraded and modified. Upgrade and modification for the civil aircraft avionics system has become one of the most potential development pointsfor the civil aviation enterprises. The key issue for achieving required airworthinessis to ensure the safe upgrade and modification. At present, the common practice of modification is always constructed according to the scheme supplied by the foreign companies,because the domestic research on core modification technology is far from enough to provide strongtheoretic and technologicalsupport for civil aircraft upgrade and modification, which severely restricts the capability of national civil aircraft avionics system’s upgrade and modification. With the objective of providing a safe solutionforthe civil aircraft avionics system’s upgrade and modification, the project would conduct a further study on: safety mechanism, consistency and completeness analysis, test methods, safety assessment, etc. about avionics system upgrade and modification, to develop a theoretical, methodical and technical system. The project would also verify the safety testing and evaluation methods of civil aircraft avionics upgrade system through the installment of the Aircraft Monitoring System. The establishment of safety fundamentals, testing and evaluation methods of national civil aircraft avionics system’s upgrade and modification is of great significance to enhance the aircraft's flight safety, performance and quality, and to promote the development of China civil aviation aircraft upgrade and modification industry.

为了满足民用飞机持续适航、飞机运行特殊需求以及客户个性化要求，需要对现役飞机进行各种升级改装，其中，民用飞机航电系统的升级改装已成为民航企业最具市场潜力的发展领域之一。为了达到适航要求，升级改装的安全性是必须解决的关键问题。由于国内对改装核心技术的研究还不够深入，缺乏民用飞机升级改装的理论与技术支撑，仅能按国外提供的改装方案作具体的工程施工，严重制约了我国民用飞机航电系统升级改装的能力。本项目以保障民用飞机航电系统升级改装的安全性为目标，针对航电系统升级改装的安全性机理、完备性与一致性分析、测试方法、安全性评估等内容进行深入研究，从而形成一套民用飞机航电系统升级的安全性测试与评估的理论、方法及技术体系，并以加装航空器监测系统为对象，对建立的民用飞机航电系统升级的安全性测试与评估方法进行实验验证。建立我国民用飞机航电系统升级改装的安全性测试与评估基础理论，对于提升飞机的飞行安全、性能和品质，推动我国民航飞机升级改装业务的发展具有重要意义。

为了满足民用飞机持续适航、飞机运行特殊需求以及客户个性化要求，需要对现役飞机进行升级改装，其中，民用飞机航电系统升级改装已成为民航企业最具市场潜力的发展领域之一。但航电系统功能繁多，逻辑密集，状态规模庞大，运行轨迹复杂，如何识别系统涌现危险，保障航电系统安全性成为航电升级改装必须解决的关键问题。围绕该问题，本项目从演化安全机理及推演分析、完备性与一致性分析、安全性测试以及安全性评估等方面开展方法研究和试验工作。.在演化安全机理及推演分析、逻辑完备性与一致性分析方面，结合系统理论过程分析方法STPA和模型检测技术，形成控制逻辑危险涌现识别方法，能够针对特定控制动作证明系统是否满足安全性质，解决用户模型、安全模型以及执行模型之间的语义无缝转换问题，既可以辨识不安全控制动作，又可以给出危险演化形成路径。项目组利用该方法开发了试验工具，已用于发动机控制软件分析与验证，能够发现测试手段难以识别的危险，体现了明显的效率优势。.在安全性测试、安全性评估方法方面，提出了一种利用改进灰狼优化(GWO)算法进行测试点选择问题求解方法；提出了一种基于序列二次规划(SQP）的航电系统测试性指标优化分配方法；提出了一种基于约束的通信调度数据的测试数据自动生成方法；建立了航电系统升级改装多层评估模型，采用区间层次分析法（IAHP）进行安全性评估。.在航电系统升级改装验证与应用方面，试制了VHF、HF、MMR、VOR、ADF、RA、DME等飞机通信导航系统半实物仿真器和飞机航电系统激励器，搭建了能够将真实平视显示器（HUD）加装到全实物仿真平台上并可实现其它航电组件加改装验证的驾驶舱模拟机架，并进行了航电系统升级改装验证与应用。.项目组对比了美国麻省理工大学、德国斯图加特大学、英国南安普敦大学正在开展的工作，展示了项目组控制逻辑危险涌现识别方法的优越性。本项目形成的安全机理和危险识别、安全测试和评估方法，可为我国民用飞机航电系统的升级改装安全性保障工作提供原理和方法支持。