“从0到1”,“从1到无限”——航空工业制动民机刹车系统团队十二年长跑记

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本报记者 李美静 通讯员 刘建军

“人类智慧最远的距离是‘从0到1’”,这个说法放在航空人攻坚克难、创造历史的进程中同样适用。12年前,航空工业制动民机刹车系统团队带头人陈国慧面临的难题就是“从0到1”,她第一次了解到,原来“知识”不是“课本儿”教的,也压根儿就没有“现成”这一说。

机轮刹车系统是民机最重要的A级机载系统之一,承担着陆减速、滑跑制动和停机驻留等关键功能,其安全性与可靠性直接关乎机上乘客、机组及地面公众的生命安全。作为民机核心安全系统,它必须严格遵循适航要求,开展设计、验证和全生命周期管理;一旦发生关键故障,可能引发冲出跑道等重大安全事故,因此是保障民航商业运营安全最不可或缺的关键机载系统。

“从0到1”描绘国产民机的未来

2014年,陈国慧从南京航空航天大学毕业,进入制动民机刹车系统团队。从这天开始,她开启了与“0”对抗的科研生涯。

她说:“当时我被分配到重大民机项目。那时,民机机轮刹车系统领域几乎一片空白。完整的系统工程方法论缺失,需求定义方法、适航符合性路径、研发体系大多沿用军机经验,并不适配民机适航要求。需求该如何分析分解?每条需求的依据是什么,有没有对应的适航条款支撑……”在无数个没有和不明确的情况下,陈国慧和同事开始在一张白纸上描绘国产民机的未来。

不会,就向有相关经验的团队虚心求教。从早上到岗论证每一条系统需求,到凌晨双方一致认可,经过4个月的坚守,他们终于完成第一版民机机轮刹车系统需求论证。民机研制的源头在于需求工程,每一条系统、子系统、设备级需求都必须明确来源,追溯底层逻辑,再匹配对应的适航规章、行业标准。团队系统解读CCAR(中国民用航空规章),还有多项国际通用标准、国外民机设计指南,弥补了国内民机设计规范不足的短板。“就这样一条条抠下来,我们从系统需求定义、架构权衡,到产品需求分解分配,再到产品设计、产品验证与系统集成验证,把整个民机研制体系‘啃下来’,从空白开始,完成了框架搭建,实现了国产民机‘从0到1’的突破。”

从技术理论上看,这是建立了一套面向适航的民机系统研制逻辑。民机刹车系统不是单个产品的简单堆叠,而是机轮、刹车装置、液压、控制、传感器、软件、复杂电子硬件等专业耦合的系统。它必须回答:需求从哪里来、如何分解、如何确认、如何验证、如何追溯。陈国慧介绍说:“民机从设计到首飞,需要差不多5年时间。我们的团队从无到有,建立了基于ARP4754A、ARP4761的机轮刹车系统全生命周期研制体系;建立了基于DO-178C的A级软件研制体系、基于DO-254的硬件研制体系,填补了制动民机机轮刹车系统以及软硬件工程化的能力空白,成为后续其他民机项目研发的技术底座。”

民机对干跑道刹车效率提出大于92%的硬性指标,必须采用全调节自适应防滑控制技术,而团队过去的经验以精准调节控制为主,难以适配民机干、湿、冰等多类跑道,以及飞机重量、速度、摩擦系数大范围非线性时变工况。为攻克这一核心技术,团队构建包含飞机动力学、多工况跑道特性、刹车材料非线性摩擦特性的多域联合仿真模型;团队做了大量试验摸清系统特性,对上万组试验曲线开展机理分析,挖掘摩擦特性变化规律,迭代优化自适应控制算法。惯性试验台累计完成数百次试验,试验台24小时连续运行,通过“仿真迭代台架验证算法修正”循环闭环,完成自适应刹车控制技术工程落地。该成果成功应用于国产民机项目,解决了多变跑道条件下制动效率不足、防滑稳定性差的关键痛点,为其后整个民机项目研制和竞争打下了基础。

同时,陈国慧和她的团队首次在机轮刹车系统采用正向设计技术与开发过程,完成了符合CCAR-25适航规章的关键技术研究与验证,填补了国内适航符合性技术的空白;采用面向场景的机轮刹车系统MBSE技术创新,实现了基于“场景牵引+模型映射+数据驱动”的系统全生命周期研制,缩短研发周期30%以上;攻克了跑道自适应以及自动调压等技术难点,提高了系统的故障率的检测能力,提升了系统的测试性、可靠性、安全性,完成机轮刹车系统研制,并产生显著的社会效益、经济效益。他们建立了民机机轮刹车系统正向研制体系,并将其推广应用到后续民机项目研制过程中。

这一阶段,民机能力实现关键跃升——从军机配套经验转向民机正向设计;从单点技术攻关转向系统级研制体系;从产品实现转向适航可追溯、可验证、可复用的工程能力。“从1到无限”AG600的取证是另外一场“硬仗”

“有了第一个项目打下的坚实基础,团队以为AG600的路或许会好走一些。”然而现实是,设计团队扎根外场,一待就是两个月。

2025年2月,设计团队开始长期驻扎航空工业通飞,逐条梳理适航条款。每个条款都要对应材料、标准件、元器件,向局方表证适航符合性。经过两个月的连续攻关,与主机深度对接,助力飞机拿到了型号合格证(TC证),之后又取得中国民用航空局颁发的全国首张国产载人飞艇生产许可证(PC证),正式进入小批量量产阶段,设计团队的工作转向持续适航。

项目最大技术难点集中在材料与标准件适航符合性论证。AG600早期优先考虑装备自主可控,大量采用国产材料。但民机适航体系要求,全部材料、电子元器件、标准件,必须完成完整的适航表征,不能简单以“其他项目使用过”作为采信依据,需要纳入主机或局方认可的标材目录。项目覆盖结构、机轮刹车装置、液压、机电控制、电子元器件等多专业,部分物料不在合规目录内。

为此,团队开展大规模溯源论证工作:针对不在目录内的材料,组织多批次材料鉴定试验,完整表征材料性能;针对电子元器件、标准件,梳理装机履历、统计全机服役故障数据,完成可靠性、安全性论证。通过完整的试验数据、服役数据支撑物料合规性,补齐了历史遗留的适航短板,扫清取证关键障碍。对团队而言,AG600不仅是一个项目的成功,也是对公司民机材料元器件管控、适航符合性论证、持续适航全流程能力的一次实战升级。

“若没有对标适航要求,没有溯源与可靠性、安全性的论证,项目的取证或许还要往后拖延。”AG600的取证和研发对陈国慧的团队来说,也是一场自我升级与“大考”。

2025年2月,公司承担的4个软硬件配置项目通过审查,获得完成综述批准表,他们也成为完整完成SOI#4阶段适航审查的机轮刹车系统团队。回望团队初创伊始,就制定了AG600适航审查工作线,层层分解取证任务,细化压实成员权责,形成协同作战的坚强合力。团队成员大多缺乏适航经验,还有大批刚加入的年轻人,一方面制动的专家为团队保驾护航,提供技术支持和悉心指导,另一方面团队成员日夜加班赶工,严格遵守控制流程,确保研发的正确性及规范性。团队成员把审查准备工作做实做细,将审查风险降到最低。为了提高审查效率,审查期间团队成员几乎每天奋战到凌晨,及时完成问题整改确认。大家一边攻克软硬件适航审查高标准要求和繁重的测试任务,一边及时响应主机的各种新需求,并全力保障外场试飞活动。

“项目成功,我成才”

民机研制领域有句话:“项目成功,我成才。”

对团队来说,这两件事必须同时做成——项目要研出来,人也要长起来。“只管用人、不管培养是不负责任的。人要在项目里历练,在磨项目的过程中实现个人成长,实现自我价值。”陈国慧说道。她的团队分为附件、结构、控制、总体四个专业,大多是“90后”。

附件专业做传感器类、机电类产品;结构专业做机轮、刹车装置以及冷却设备;控制专业做软硬件开发与验证;总体专业作为系统中枢,承接主机、局方需求,完成需求分解、接口协调、系统集成与装机保障。

总体专业的职责环环相扣,对接局方、对接主机,把需求承接回来、理解透彻,再分解到各个设备。明确每个设备要实现哪些功能、哪些性能,最后把设备组合成系统,实现装机应用。

有意思的是,总体人员都是从其他三个专业里“拔”出来的。

先让他们在各自专业理解产品、设计产品,明白每个产品怎么设计、怎么实现、用途是什么;再从中挑选沟通能力强、学习能力强、责任心强的人进入总体,学习系统思维、系统工程。

“这样做自有道理。从产品出来的人懂得产品为什么要这样设计,所以更明白系统为什么要这样设计、方案为什么这样出,从而做出最优方案。”经历这个路径成长起来的总体人员,懂底层产品机理,理解设备设计边界,在做系统方案权衡、需求分配时,能够兼顾技术可行性、适航约束与工程实现性,输出更加科学合理的系统方案,形成公司民机人才梯队建设的宝贵实践。这是陈国慧带团队的独特所在。

民机15年,只为安全起落

回顾研发历程,陈国慧觉得最大的困难就是民机“从0到1”的过程。

研制初期,既没有体系也没有技术,设计验证全是空白。民机从立项到首飞,至少5年;从首飞到取证又5年,从取证到实际运营又5年。民机机轮刹车系统面向商业运营,必须完整满足CCAR、FAA、EASA适航要求,围绕公众生命安全开展海量验证工作,研发与取证周期显著更长。民机“进一个项目要15年”,才能走到真正运营。“做国产民机项目时,需求架构怎么定义、研制体系怎么建立,没有现成的经验可以借鉴,一切只能靠自己,靠团队集思广益,艰难‘啃下’国外适航标准体系。”

陈国慧说:“最难忘的是系统多层级验证的时光。”

刹车试验一次只有十几秒,然而准备过程需要花费2小时。团队成员全部扎根在惯性台,24小时开展作业。困了就在试验室的座椅上歇一会儿,醒了继续盯试验、调参数。

在试验现场,安全意识容不得半点松懈。每次试验,设计人员在现场,试验人员在现场,两边同时盯着试验。如果参数不匹配,就会出现严重异常,甚至有裂胎、抱死的风险。一旦出现异常,团队成员会立即冲上去,把机轮推走,让它脱离接触。这样一套流程下来,少则7日,多则半个月。

基于多项目研制经验,他们构建了“一次设计、两次仿真、三次试验、四次迭代”的层级化研发范式,深度融合MBSE与适航符合性要求,实现“设计—验证—审定”的全流程闭环管控。他们严格遵循“模型驱动设计、数据驱动决策、条款驱动验证”的民机研制定律,从“试错式开发”迈向“预测式合规”,系统性解决了“如何证明设计正确”与“如何让局方认可正确”的双重难题,为项目成功取证奠定了技术与管理的基石。

12年前,他们在一张白纸上画下第一道线;如今,他们的产品已陪着国产民机走过无数次起落。HH-100的滑跑道记下他们的脚印,AG600的机轮上印着他们的名字。

他们的故事远未写完,更宽体、更高、更绿色的下一代民机正等着他们去定义。“从0到1”,他们用勇气开路;“从1到无限”,他们用12年证明——路对了,就不怕远。

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