民用飛機(jī)高度綜合化自動飛行控制系統(tǒng)研究

民用飛機(jī)高度綜合化自動飛行控制系統(tǒng)研究民機(jī)自動飛控系統(tǒng)需求捕獲及確認(rèn)策略研究

摘要民用飛機(jī)為實現(xiàn)安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性，往往會采用自動飛控系統(tǒng)以減輕飛行員駕駛負(fù)擔(dān)，提升飛機(jī)自動控制水平，自動、穩(wěn)定控制飛機(jī)姿態(tài)和軌跡。隨著自動飛控系統(tǒng)的發(fā)展和功能復(fù)雜度增加，增加了系統(tǒng)研發(fā)的復(fù)雜度。為在設(shè)計初期避免研制錯誤和不良或非預(yù)期影響的風(fēng)險，充分做好需求捕獲及需求確認(rèn)工作保證設(shè)計實現(xiàn)的正確性和完整性，以開發(fā)出高度綜合化、集成化、復(fù)雜化的民用飛機(jī)自動飛控系統(tǒng)。該文根據(jù)SAEARP4754A提供的民用飛機(jī)或復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)指南，開展民用飛機(jī)自動飛控系統(tǒng)在需求捕獲與確認(rèn)方面的研究，形成了民用飛機(jī)自動飛控系統(tǒng)需求捕獲及確認(rèn)策略，為民用飛機(jī)自動飛控系統(tǒng)的正向開發(fā)提供方法和思路。民用飛機(jī)的主要任務(wù)就是安全、有效、經(jīng)濟(jì)地按要求的姿態(tài)和航跡完成規(guī)定的飛行任務(wù)。自動飛控系統(tǒng)是大型民用客機(jī)必不可少的組成部分，不需要駕駛員直接操縱，可以自動控制并穩(wěn)定飛機(jī)姿態(tài)和航跡的系統(tǒng)。在機(jī)載設(shè)備的支持下，系統(tǒng)經(jīng)過綜合計算得到飛機(jī)飛行的操縱指令，自動操控飛機(jī)的各操縱面，實現(xiàn)飛機(jī)姿態(tài)和航跡的穩(wěn)定與控制，減輕駕駛員的工作負(fù)荷。目前，在民用飛機(jī)市場上，電傳方式是國內(nèi)外的主飛控系統(tǒng)的控制方式。電傳方式作為大型民用客機(jī)自動飛控系統(tǒng)研制的關(guān)鍵技術(shù)，其對飛行的經(jīng)濟(jì)性、舒適性提出高要求的同時，對安全性的要求也更為嚴(yán)苛。隨著民用飛機(jī)的更新?lián)Q代，自動飛控系統(tǒng)在功能上由最初的只有姿態(tài)角穩(wěn)定功能的自動駕駛儀發(fā)展到當(dāng)前可實現(xiàn)姿態(tài)、航跡以及速度同時選擇和控制的多功能系統(tǒng)。ARP4754A標(biāo)準(zhǔn)在闡述民用飛機(jī)與系統(tǒng)整體研制要求的同時，對需求管理過程提供了管理方法和確認(rèn)內(nèi)容，其核心思想是確認(rèn)需求是正確且完整的，經(jīng)過系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，將需求向軟件與硬件進(jìn)行分配。在自動飛控系統(tǒng)功能增加的同時，系統(tǒng)復(fù)雜度也有所增加，這也意味著可能會發(fā)生研制錯誤、產(chǎn)生非預(yù)期影響的風(fēng)險。因此，從正向設(shè)計出發(fā)，確定自動飛控系統(tǒng)產(chǎn)品是否實現(xiàn)滿足利益攸關(guān)方需求，確保設(shè)計需求正確、完整，并在實際環(huán)境中滿足使用要求的過程，對于開發(fā)出高度綜合化、集成化、復(fù)雜化和智能化方向的自動飛控系統(tǒng)愈發(fā)重要。民機(jī)自動飛控系統(tǒng)概述自動飛控系統(tǒng)相較于人工飛行控制系統(tǒng)，可以輔助飛行員對飛機(jī)進(jìn)行飛行控制，對飛機(jī)的俯仰角穩(wěn)定、滾轉(zhuǎn)角保持、高度改變及保持、自動著陸等進(jìn)行自動控制，進(jìn)而減輕飛行員的駕駛負(fù)擔(dān)，提高飛行品質(zhì)，提升乘坐舒適性，提高飛機(jī)性能。自動飛控系統(tǒng)可在起飛階段(飛機(jī)起飛、離場、爬升)、巡航階段、下降、進(jìn)近著陸階段(進(jìn)近、著陸、滑跑)全飛行階段使用，其功能如圖1所示，主要包含飛行導(dǎo)引控制、自動推力、自動著陸、顯示告警、飛行包線保護(hù)等功能，在控制過程中，飛行導(dǎo)引控制功能基于機(jī)上多源傳感器信號的數(shù)據(jù)(如慣導(dǎo)系統(tǒng)提供的姿態(tài)信息、飛管系統(tǒng)提供的指令信息、飛行控制板提供的控制指令等)，進(jìn)行姿態(tài)解算，提供飛行指引和自動駕駛功能，最終對飛機(jī)垂直方向和水平方向控制；自動推力功能通過計算油門桿指令信息，調(diào)節(jié)油門桿位置，進(jìn)而實現(xiàn)發(fā)動機(jī)推力控制；自動著陸功能可根據(jù)不同的氣象條件對飛機(jī)在接近著陸階段進(jìn)行精準(zhǔn)控制，提升飛機(jī)在關(guān)鍵飛行階段的精密和安全進(jìn)近；通過顯示及告警信息，向飛行員提供飛行指引及自動駕駛的進(jìn)出的狀態(tài)和故障告警信息；飛行包線保護(hù)功能則通過多工作方式的耦合工作，協(xié)同限制自動飛控系統(tǒng)在工作狀態(tài)下的飛行包線，提供全飛行過程中的速度保護(hù)功能。圖1

民飛自動飛控系統(tǒng)功能示意圖隨著民機(jī)的快速發(fā)展，現(xiàn)代先進(jìn)民用飛機(jī)上的自動飛控系統(tǒng)已由穩(wěn)定飛機(jī)三軸角運動、功能簡單的自動駕駛儀發(fā)展為高度集成化的自動飛控系統(tǒng)專用模塊，形成了高集成、高安全、高傳輸速率、多階段自動控制、模態(tài)復(fù)雜的先進(jìn)民用飛機(jī)自動飛控系統(tǒng)。民用飛機(jī)需求管理策略一、需求管理目標(biāo)根據(jù)SAEARP4754A提供的民用飛機(jī)或復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)指南，可以在飛機(jī)或系統(tǒng)全研發(fā)過程中，根據(jù)產(chǎn)品研制階段，對不同階段的需求工作進(jìn)行詳細(xì)分工和規(guī)劃，通過不同階段的需求管理工作，建立正確、完整的需求基線。需求管理的目的是確保利益相關(guān)方對飛機(jī)系統(tǒng)需求理解的一致性。在需求管理過程中，主要分為計劃管理、需求捕獲、需求確認(rèn)、需求的可追溯性管理。二、需求管理計劃設(shè)計初期，根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)階段，制訂確定需求管理計劃，對需求管理要素進(jìn)行規(guī)劃和工作開展提供指導(dǎo)，為需求管理活動的開展提供依據(jù)。包括產(chǎn)品設(shè)計各階段的需求工作(輸入、活動、輸出)，需求的管理工具、需求的標(biāo)準(zhǔn)確定、需求確認(rèn)過程中的方法等。三、需求識別、記錄、修改需求的來源主要包括：(1)來自飛機(jī)級的需求；(2)來自公共專業(yè)領(lǐng)域的需求；(3)其他系統(tǒng)對于該系統(tǒng)的需求；(4)此系統(tǒng)自身專業(yè)的需求；(5)適航條款要求。需求工程師根據(jù)以上需求類別進(jìn)行需求的全面捕獲，在需求捕獲與確認(rèn)階段形成初步的系統(tǒng)級需求規(guī)范和矩陣，建立系統(tǒng)架構(gòu)和設(shè)計工作的基礎(chǔ)。在需求基線管理的過程中，對需求的捕獲及修改需要經(jīng)過充分的確認(rèn)和過程記錄，在經(jīng)過構(gòu)型管理委員會認(rèn)可后，方可納入需求基線，進(jìn)行設(shè)計工作。四、需求確認(rèn)需求確認(rèn)往往在產(chǎn)品研制的全生命周期中持續(xù)進(jìn)行。在產(chǎn)生研制的各個階段，通過不斷地進(jìn)行需求確認(rèn)，以增加系統(tǒng)的置信度。在需求確認(rèn)過程中，可使用以下確認(rèn)方法支持工作的開展，包括追溯性分析、分析、建模、試驗、相似(類比分析)、工程評審等。在需求確認(rèn)過程中，不同研制保證等級的產(chǎn)品，其推薦的確認(rèn)方法也有差異。在4754A中推薦，產(chǎn)品的研制保證等級分為多個級別。其中，對于A級、B級和C級的需求，進(jìn)行追溯性審查是必須的，對于產(chǎn)品研制保障等級為C級，對于其需求只需采取分析、建模、試驗、相似或工程評審等方法，即可滿足適航需求。相對而言，對于A級或B級產(chǎn)品需求的確認(rèn)需要采用多種方法結(jié)合的方式開展確認(rèn)工作，以確定其置信度。對于自動飛控系統(tǒng)，主機(jī)分配的系統(tǒng)研制保證等級多為A級(或B級)，因此，對于自動飛控系統(tǒng)的需求確認(rèn)過程要求十分嚴(yán)格。五、需求的可追溯性追溯分為3種：一是需求源的追溯，在對需求捕獲的過程中，要確保需求來源的準(zhǔn)確性和可追溯性；二是需求的捕獲、確認(rèn)、實施、驗證過程是可追溯的；三是在需求確認(rèn)過程中，追溯是通過檢查較低層級需求能否滿足已經(jīng)確認(rèn)的較高層級需求，進(jìn)而保證系統(tǒng)需求的完整性。某型飛機(jī)自動飛控系統(tǒng)需求管理策略結(jié)合某型自動飛控系統(tǒng)的研制工程實踐，從計劃階段出發(fā)，在產(chǎn)品的需求階段、初步設(shè)計階段、詳細(xì)設(shè)計階段、產(chǎn)品實現(xiàn)集成和驗證階段、飛機(jī)級集成和驗證階段按需求管理計劃對需求進(jìn)行全生命周期的管理工作，可根據(jù)如圖2所示的需求管理策略進(jìn)行需求管理。在民用飛機(jī)自動飛控系統(tǒng)的研制過程中，分為以下幾個階段。圖2

需求管理策略圖一、計劃階段此階段主要對民用飛機(jī)自動飛控系統(tǒng)的各類開發(fā)計劃及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確認(rèn)，為全生命周期的開發(fā)活動提供計劃和標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。在此階段，形成需求管理計劃及需求確認(rèn)計劃，形成需求管理活動的輸入、活動、輸出、管理工具、管理團(tuán)隊、需求表示、確認(rèn)方法、獨立性等要求，用于指導(dǎo)項目全生命周期中的需求管理和確認(rèn)工作，同時為過程保證人員提供過程保證工作輸入。某型自動飛控系統(tǒng)的需求管理計劃包括以下內(nèi)容。(1)組織機(jī)構(gòu)及主要職責(zé)。對參與需求管理的各相關(guān)方進(jìn)行職責(zé)描述。(2)需求管理流程與活動。對需求管理活動在產(chǎn)品研制階段中的各個階段的輸入、活動及輸出進(jìn)行規(guī)定和約束。(3)需求屬性。規(guī)定需求的屬性類別及標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)，確保需求在同一規(guī)則下進(jìn)行控制。(4)工具和方法。對需求管理的工具(如捕獲工具、管理工具、確認(rèn)工具)進(jìn)行工具類型、使用約束、權(quán)限規(guī)定等描述。(5)輸出物。描述需求管理過程中各階段的輸出物，形成在需求管理過程中的數(shù)據(jù)。二、需求捕獲與確認(rèn)階段在該階段，主要開展需求的識別、記錄工作，形成條目化的系統(tǒng)需求規(guī)范，發(fā)布需求基線。在該階段開展需求確認(rèn)，對產(chǎn)品需求的正確性與完整性進(jìn)行確認(rèn)和分析，為自動飛控系統(tǒng)按正確的需求開發(fā)工作提供設(shè)計保證。例如：某型自動飛控系統(tǒng)的需求規(guī)范至少包括：功能需求(對產(chǎn)品的功能性要求進(jìn)行全面描述)、性能需求(對產(chǎn)品要實現(xiàn)的性能參數(shù)進(jìn)行確定性規(guī)定)、安裝需求(對產(chǎn)品的安裝位置、安裝尺寸、安裝方式等進(jìn)行詳盡描述)、接口需求(描述產(chǎn)品的外部交聯(lián)的電氣接口和機(jī)械接口)、安全性需求(描述產(chǎn)品的各類安全性要求)、可靠性需求(產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)要求)、維修性需求、測試性需求、環(huán)境適應(yīng)性需求(產(chǎn)品需滿足的外部環(huán)境特性要求)、適航需求(產(chǎn)品需滿足的適航條款要求)、設(shè)計與約束需求等內(nèi)容，確保此系統(tǒng)的功能及性能完整性。在某型自動飛控系統(tǒng)需求確認(rèn)過程中，根據(jù)需求要素、確認(rèn)要素，結(jié)合需求確認(rèn)矩陣、需求正確性及完整性檢查單，形成需求確認(rèn)證據(jù)。其中需求確認(rèn)矩陣可以根據(jù)圖3進(jìn)行要素分解。圖3

需求確認(rèn)矩陣示例在需求確認(rèn)過程中的正確性檢查單需包含以下要素：(1)需求正確性(如無二義性、不冗余、無錯誤、不沖突、可滿足、確定性、采用正面肯定語態(tài)、衍生需求有證據(jù)支撐、需求來源正確、無多重特征、唯一標(biāo)識等)；(2)需求必要性；(3)需求一致性；(4)安全性內(nèi)容覆蓋性(如系統(tǒng)失效狀態(tài)分類正確且確定、考慮了不安全設(shè)計和錯誤設(shè)計的影響等)。在需求確認(rèn)過程中的完整性檢查單需包含以下要素：(1)追溯性。與上層級需求追溯性的建立。(2)需求集覆蓋性。如系統(tǒng)功能的覆蓋情況、規(guī)章標(biāo)準(zhǔn)和指南的符合情況、需求屬性的全面性等。(3)相關(guān)性。如外部接口確認(rèn)、特定需求的對應(yīng)禁止需求的考慮等。(4)詳細(xì)性。如對每個接口的限制條件的定義詳細(xì)及清晰、對假設(shè)的定義和描述是否清楚(若有)等。三、初步設(shè)計階段在此階段，主要根據(jù)系統(tǒng)需求開展架構(gòu)設(shè)計與需求分解工作，形成軟硬件的高層級需求。在此階段，可能會開展需求修改及衍生需求的管理工作。對于在此階段所產(chǎn)生修改的需求及衍生需求，經(jīng)充分的確認(rèn)工作后，納入需求基線，指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計。四、詳細(xì)設(shè)計階段在此階段，需求管理工作的內(nèi)容基本與初步設(shè)計階段要保持一致。需要注意的是，在需求管理過程中，對衍生需求的分析及安全性要進(jìn)行充分評估，以確保衍生需求不會對系統(tǒng)的安全性產(chǎn)生影響。五、系統(tǒng)實現(xiàn)、集成和驗證階段此階段的重點工作主要在基于需求的驗證層面，若涉及需求更改，則需要經(jīng)過充分論證與安全性評估。六、飛機(jī)級集成和驗證階段此階段的主要目的與上一階段基本一致。在此階段需對需求與設(shè)計實現(xiàn)進(jìn)行充分驗證。對于設(shè)計實現(xiàn)不符合需求要求的內(nèi)容，要對設(shè)計實現(xiàn)進(jìn)行自上而下的確認(rèn)和追溯。若由于頂層需求或在需求分解過程中產(chǎn)生的需求與功能不一致問題，需求修改工作亦需經(jīng)充分論證與安全性評估，經(jīng)構(gòu)型控制委員會及利益攸關(guān)方確認(rèn)和同意后，方可將修改的需求納入需求基線，進(jìn)行設(shè)計小改或設(shè)計大改。民用飛機(jī)自動飛控系統(tǒng)需求捕獲與確認(rèn)過程結(jié)合民用飛機(jī)自動飛控系統(tǒng)需求管理策略及工程實踐，民用飛機(jī)自動飛控系統(tǒng)需求捕獲與確認(rèn)過程如

圖4所示。圖4

自動飛控系統(tǒng)需求捕獲及確認(rèn)過程圖(1)在系統(tǒng)計劃階段，完成自動飛控系統(tǒng)需求管理計劃(含需求確認(rèn)計劃，可獨立形成計劃)及需求標(biāo)準(zhǔn)，并開展評審。(2)開展需求管理計劃及需求標(biāo)準(zhǔn)評審，通過評審即轉(zhuǎn)入需求捕獲階段，不通過評審則進(jìn)一步完善需求管理計劃及需求標(biāo)準(zhǔn)。(3)取得評審?fù)ㄟ^結(jié)論后，結(jié)合飛機(jī)級需求、相關(guān)適航規(guī)章要求、相似系統(tǒng)工程經(jīng)驗，開展對系統(tǒng)的需求識別及記錄工作，形成自動飛控系統(tǒng)需求規(guī)范。在產(chǎn)品開發(fā)過程中，如有個別需要修改的要求，則重復(fù)進(jìn)行需求識別過程。(4)根據(jù)自

動飛控系統(tǒng)需求規(guī)范，形成系統(tǒng)需求初步確認(rèn)矩陣，轉(zhuǎn)

入需求確認(rèn)工作。(5)根據(jù)對需求的正確性和完整性確

認(rèn)，如確認(rèn)有效，則生成需求確認(rèn)結(jié)果，保留需求確認(rèn)證據(jù)及需求確認(rèn)矩陣，發(fā)布確認(rèn)有效后的自動飛控系統(tǒng)需求，形成需求基線。對當(dāng)前階段無法確認(rèn)的需求則在恰當(dāng)階段開展確認(rèn)工作，對當(dāng)前階段確認(rèn)無效的需求，進(jìn)行需求修改或不納入需求規(guī)范。結(jié)語在民用飛機(jī)自動飛控系統(tǒng)設(shè)計過程中，系統(tǒng)需求捕獲與需求確認(rèn)是一項關(guān)鍵且復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需求的正確性及完整性影響系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)的正確性和產(chǎn)品的安全性。在需求捕獲之初建立完整、全面的需求捕獲與需求確認(rèn)計劃，在產(chǎn)品需求捕獲完整且進(jìn)行充分確認(rèn)后，保留相關(guān)過程證據(jù)，并進(jìn)行完整的構(gòu)型管理，正式發(fā)布需求基線，指導(dǎo)自動飛控系統(tǒng)在全生命周期進(jìn)行管理。

民機(jī)自動飛控系統(tǒng)模態(tài)分析及適航性研究摘要自動飛控系統(tǒng)是民機(jī)飛行的重要一環(huán),通過選擇不同的飛控模態(tài)以完成相應(yīng)的飛行任務(wù)。民機(jī)投入使用前必須通過適航性認(rèn)證,以鑒定是否符合適航性條例的要求。針對國內(nèi)外自動飛控系統(tǒng)相關(guān)的適航規(guī)章及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),本文分析了面向飛控模態(tài)設(shè)計及其切換的適航標(biāo)準(zhǔn),并結(jié)合部分成熟機(jī)型的自動飛控系統(tǒng)進(jìn)行比較,在適航分析的基礎(chǔ)上對商用飛機(jī)進(jìn)近著陸時的模態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)行仿真。引言自動飛行控制系統(tǒng)（AutomaticFlightControlSystem,AFCS）是一種在系統(tǒng)功能與工作狀態(tài)由駕駛員設(shè)定后，無需駕駛員直接操縱，就能自動控制和穩(wěn)定飛機(jī)姿態(tài)、航跡的控制系統(tǒng)。在民機(jī)飛行過程中，需要自動飛行控制系統(tǒng)實現(xiàn)多種控制任務(wù)，其中每種控制任務(wù)都對應(yīng)一種或多種控制模態(tài)。自動飛行控制系統(tǒng)的模態(tài)之間存在著一定的邏輯關(guān)系，當(dāng)選擇一個模態(tài)時，不兼容的其他模態(tài)將自動斷開。自動飛行系統(tǒng)大部分的模態(tài)可通過在模態(tài)選擇板（modecontrolpanel，MCP）上進(jìn)行操作選擇、預(yù)位、接通。如所有狀態(tài)滿足要求，例如飛行狀態(tài)，飛行性能等，將會鎖定此模態(tài)。同時也會存在模態(tài)自動接通以及自動斷開的情況。研究飛控系統(tǒng)各模態(tài)之間，以及模態(tài)之間的切換邏輯是設(shè)計自動飛控系統(tǒng)的重要組成部分?！睹裼煤娇障到y(tǒng)及設(shè)備的安全性評估方法與指南》（SAEARP4761）將適航性定義為飛機(jī)、飛機(jī)系統(tǒng)及部件安全運行并實現(xiàn)預(yù)定功能的狀態(tài)。本文針對民機(jī)自動飛控系統(tǒng)設(shè)計時需要參考的相關(guān)適航規(guī)章，解讀其中對于模態(tài)設(shè)計及切換時的適航性要求，并結(jié)合部分機(jī)型自動飛控系統(tǒng)模態(tài)以及內(nèi)部切換狀態(tài)機(jī)制進(jìn)行分析。適航性分析民機(jī)適航性條例中包含了對民機(jī)適航飛行品質(zhì)的具體要求，民機(jī)投入使用前必須通過適航性認(rèn)證，以鑒定是否符合適航性條例的要求。國內(nèi)及國際上關(guān)于民機(jī)自動飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了多個發(fā)展階段，由以往的性能規(guī)定條款逐漸發(fā)展為指導(dǎo)性條款。一、FAR25/CCAR25運輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)是民用飛機(jī)進(jìn)行適航審定的基本依據(jù)。25.1329“飛行導(dǎo)引系統(tǒng)”是針對運輸類飛機(jī)飛行導(dǎo)引和控制系統(tǒng)的專用條款。其中，與自動駕駛的工作模態(tài)有關(guān)聯(lián)的適航要求如下。25.1329（c）條對模態(tài)的切換造成的航跡瞬變做出指導(dǎo)?！帮w行導(dǎo)引系統(tǒng)、模式、或傳感器的銜接或轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的飛機(jī)航跡瞬變，都不得大于本條（n）（1）中規(guī)定的微小瞬變。”25.1329（d）（e）條對自動控制功能在正常條件，罕見正常條件和不正常條件下的切斷導(dǎo)致的飛機(jī)航跡瞬變做出指導(dǎo)。在正常條件下，不得大于微小瞬變；在罕見的正常和不正常條件下，不得大于重大瞬變。對于瞬變的定義，（n）條做出了詳細(xì)說明?！皩τ诒緱l，瞬變指對控制或飛行航跡的一種干擾，這種干擾對飛行機(jī)組輸入的響應(yīng)或環(huán)境條件不一致?！蔽⑿∷沧儾粫?yán)重減小安全裕度，且飛行機(jī)組的行為能力還很好。微小瞬變會導(dǎo)致輕微增加飛行機(jī)組的工作負(fù)擔(dān)或?qū)β每秃涂团摍C(jī)組帶來某些身體的不適。重大瞬變會引起安全裕度嚴(yán)重減小、飛行機(jī)組工作負(fù)擔(dān)增加、飛行機(jī)組不適，或旅客和客艙機(jī)組身體傷害，可能還包括非致命的受傷。根據(jù)SAEAPR4761對故障嚴(yán)重程度的情況說明及其概率，可將微小瞬變的影響等級（AssuranceLevel）劃分為LevelD，其定量概率要求為10-5（每飛行小時）。重大瞬變的影響等級為LevelC，其定量概率要求為10-5（每飛行小時）。由此也可對模態(tài)切換造成的航跡瞬變和自動飛控系統(tǒng)切斷導(dǎo)致的瞬變給出定量分析依據(jù)。二、咨詢通告（AC）咨詢通告AC25.1329（ApprovalofFlightGuidanceSystems）對適航規(guī)章中某一或某些條例做出了進(jìn)一步的說明[5]。咨詢通告對于自動飛行系統(tǒng)的模態(tài)做了進(jìn)一步說明，對具體的模態(tài)也有了更詳細(xì)的要求，但在模態(tài)設(shè)計上還是不夠完整，缺少具體的符合性驗證方法。1、第四章“控制，顯示和告警”44條“FGS模態(tài)選擇，通告和顯示”d.“模態(tài)改變”對模態(tài)改變的情況做出了通告和告警上的要求。操作相關(guān)的模態(tài)改變——特別是模態(tài)轉(zhuǎn)換和持續(xù)速度保護(hù)——應(yīng)該給出清晰和肯定的通告，以確保機(jī)組能夠明確知曉。例如，高度捕獲就是一種應(yīng)該被明確通告的操作相關(guān)模態(tài)。因為在短時間內(nèi)該模態(tài)是可操作的，飛行員的動作可能會對飛機(jī)帶來不同的影響。應(yīng)該給出清晰明確的持續(xù)速度保護(hù)的通告，以保證機(jī)組能夠明確知曉。非操作相關(guān)的FGS子模態(tài)（如FGS從儀表著陸系統(tǒng)LOC信標(biāo)捕獲改變至信標(biāo)追蹤）并不需要被通告。2、第五章“功能性能”該章主要說明了自動飛行系統(tǒng)的功能劃分以及性能等級，考慮了正常情況，罕見正常情況和非正常情況。給出了符合性驗證的說明：FGS性能符合性驗證應(yīng)該基于預(yù)期功能的最小等級需求。與FAR25.1329以及SAEAPR4761中的定義相關(guān)聯(lián)。對于正常情況，要求：自動駕駛應(yīng)該提供平滑和精確的控制，確保沒有發(fā)散或明顯的持續(xù)損害振蕩；飛行指引應(yīng)該提供平滑和精確的指引和合適的阻尼，以達(dá)到滿足的控制任務(wù)性能，不會需要飛行員過多的工作量；自動油門應(yīng)該提供平滑和精確的控制，沒有發(fā)散或明顯的持續(xù)振蕩動力改變或者過多的設(shè)定的需要動力。但對于模態(tài)切換沒有給出定義上的說明或者切換的功能需求。對于罕見正常和非正常情況，均要求：FGS應(yīng)設(shè)計為在正常飛行包線內(nèi)和瞬時偏移出正常飛行包線下，以安全和可預(yù)測的方式，為活動模態(tài)的預(yù)期功能提供指引或控制。如果確定存在不能安全操作FGS的非正常狀況，則應(yīng)當(dāng)在飛機(jī)飛行手冊AFM中施加適當(dāng)?shù)牟僮飨拗啤?、第六章“具體模態(tài)及特性”該章對一些常見模態(tài)的操作目的和在當(dāng)前操作下可接受的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了說明。該章將飛行模態(tài)分為水平模態(tài)（LateralModes），垂直模態(tài)（VerticalModes），多軸模態(tài)（Multi-AxisModes）和自動油門模態(tài)（AutothrustModes）。多軸模態(tài)指由多種飛行模態(tài)共同作用，以完成飛行任務(wù)的模態(tài)。具體劃分可見圖1。圖1具體飛行模態(tài)4、第九章“利用飛行試驗和模擬的符合性驗證”該章重點在通過飛行試驗或模擬，進(jìn)行含有機(jī)組參加的符合性驗證方法。101條“自動飛行操作使用的標(biāo)準(zhǔn)”對飛行過程中爬升，巡航，下降和保持提出了要求?！笆褂米詣玉{駛能夠為機(jī)組在爬升，巡航，下降以及保持飛行階段減輕工作載荷，必須在自動駕駛的失效特性之間權(quán)衡。使用自動駕駛在各飛行階段沒有必須的特定限制，除非在驗證程序中，存在關(guān)于爬升、巡航或下降的特定不接受的性能或失效特性?！比?、RTCA/DO-325《自動飛行導(dǎo)引和控制系統(tǒng)及設(shè)備》該文件針對自動飛行指引和控制系統(tǒng)（AFGCS）給出了最小操作性能標(biāo)準(zhǔn)（MinimumOperationalPerformanceStandards,MOPS）。這些標(biāo)準(zhǔn)定義了系統(tǒng)的特性，對于系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計者，制造商，安裝人員和使用者都有一定的價值。其中2.4節(jié)“自動飛行指引和控制系統(tǒng)/設(shè)備測試程序”明確給出了幾種系統(tǒng)設(shè)備的符合性驗證方法。Analysis分析——該驗證方法將硬件設(shè)計與已知的技術(shù)原理、技術(shù)數(shù)據(jù)或程序和實踐進(jìn)行比較，以驗證所提出的設(shè)計能夠滿足特定的功能或性能要求。Demonstration演示——該驗證方法指在系統(tǒng)/設(shè)備的動態(tài)測試期間，進(jìn)行規(guī)定的定性驗證和定量驗證。一般來說，軟件功能需要通過演示驗證，因為系統(tǒng)功能必須通過一些輔助介質(zhì)來觀察才能得以驗證。Inspection檢查——該驗證方法主要包括系統(tǒng)/設(shè)備的目視觀察或機(jī)械測量，包括物理位置或工程支持文檔的技術(shù)檢查，來確定系統(tǒng)或設(shè)備是否符合規(guī)范要求。Test測試——該驗證方法是指在特定配置和負(fù)載條件下，在給出受控的刺激信號之后，測量系統(tǒng)或設(shè)備性能。將測量的定量值與先前的預(yù)測成功標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，然后評估以確定符合程度。例如對于高度截獲的預(yù)位和接通則采用Test驗證方法，方法如下：1、實驗設(shè)置飛行指引需初始化為其可以正常接通的狀態(tài)，如，上電完成，空中，高度大于接通閾值。2、實驗方法一a.在設(shè)備測試環(huán)境，接通飛行指引。b.選擇一個參考高度，高于當(dāng)前高度2000ft。c.選擇某一垂直飛行指引模態(tài)來啟動爬升。d.模擬爬升機(jī)動或激發(fā)高度信號來模擬爬升。e.觀察在設(shè)計的觸發(fā)點時，模態(tài)自動切換至高度截獲。f.采用不同的垂直模態(tài)，以不同的爬升率，不同的高度偏移重復(fù)這些步驟，驗證測試重復(fù)性。3、實驗方法二a.在設(shè)備測試環(huán)境，接通飛行指引。b.選擇一個參考高度，低于當(dāng)前高度2000ft。c.選擇某一提供的垂直飛行指引模態(tài)來啟動下降。d.模擬下降機(jī)動或激發(fā)高度信號來模擬下降。e.觀察在設(shè)計的觸發(fā)點時，模態(tài)自動切換至高度獲取。f.采用不同的垂直模態(tài)，不同的下降率，不同的高度偏移重復(fù)這些步驟，以驗證重復(fù)性。4、SAEAPR5366自動駕駛儀，飛行指引儀，以及自動油門系統(tǒng)Autopilot,FlightDirector,andAutothrustSystems該文件給出了設(shè)計和安裝自動駕駛儀，飛行指引和自動油門系統(tǒng)的建議標(biāo)準(zhǔn)。該文件參考的是AC25.1329，具有一定的業(yè)內(nèi)補充說明意義。其中“ModesofOperation操作模態(tài)”一節(jié)將飛行模態(tài)分為水平模態(tài)，垂直模態(tài)，自動油門模態(tài)，這與AC25.1329中分類相同。其中對于自動油門進(jìn)行了進(jìn)一步說明，如表1所示，在不同飛行階段時，自動油門和垂直摸態(tài)共同作用來完成相應(yīng)的飛行任務(wù)。表1各飛行階段自動油門和升降舵控制對象自動飛行工作模態(tài)在一次飛行任務(wù)執(zhí)行過程中，會不斷采用不同的工作模態(tài)以實現(xiàn)不同的飛行任務(wù)。飛機(jī)上設(shè)置哪些自動飛行工作模態(tài)相對而言并沒有統(tǒng)一的規(guī)定，基本的模態(tài)包括：姿態(tài)保持、航向保持、高度保持、空速保持以及航線保持。對于大型客機(jī)，一般從安全、舒適、經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，以安全性為首要因素，以實現(xiàn)航線飛行為任務(wù)，來確定工作模態(tài)。一種工作模態(tài)實質(zhì)上就是一種飛行狀態(tài)的表現(xiàn)形式。一、自動飛行控制系統(tǒng)的主要模態(tài)現(xiàn)主流民機(jī)大致將自動飛控模態(tài)分為橫側(cè)模態(tài)（Roll）、俯仰模態(tài)（Pitch）以及自動油門（AT）。三種模態(tài)下還可根據(jù)具體飛行任務(wù)劃分出各類子模態(tài)。表2給出了幾種常見民航商用飛機(jī)的自動飛行控制系統(tǒng)的主要模態(tài)，同時也是一些基本功能。可通過飛行程序的設(shè)定實現(xiàn)表中不同的工作模態(tài)，再加上正確的邏輯判斷即可實現(xiàn)不同工作模態(tài)間的切換，從而實現(xiàn)全自動飛行控制。也可以通過MCP對單