飞参数据的应用与发展前景

飞参数据的应用与发展前景 The Current Research and Development Trends of the Flight Data Application 李映颖　张德全　朱立贵　姚海燕　杜友杰　冯　彪 (哈尔滨理工大学 ,黑龙江 哈尔滨 150080) (海军航空工程学院青岛分院 ,山东 青岛 266041) 摘　要 :飞参数据是调查飞行事故的重要依据 ,随着飞参数据记录系统的发展 ,飞参数据的应用远远不止如此。目前 ,飞参数据在飞机研制、试飞、训 练、状态监控、视情维修等方面起到十分重要的作用。深入挖掘飞参数据的应用价值 ,对确保飞行安全 ,提高部队战斗力起着相当重要的作用。本文 总结了国内外飞参数据应用发展现状 ,分析了飞参数据的发展前景 ,指出了我国今后在飞参数据方面需要研究的关键技术。 关键词 :飞参数据 ;状态监控 ;视情维修 ;飞行安全 1 　前言 飞机在飞行过程中各系统、各部件的工作状态总能 通过相应的参数 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现出来。因此 ,从上世纪中期 ,美国、 德国、法国、前苏联等国家出现了飞行参数记录系统 (简 称飞参系统) ,该系统能记录并保存飞机飞行过程中的一 些重要参数 (简称飞参数据) ,人们最初的目的是利用这 些数据进行飞机失事后的事故原因调查。经过近半个世 纪的发展 ,飞参数据由最初能记录几个或十几个发展到 今天的上千个参数 ,对这些数据的利用也不再局限于事 故调查 ,而是拓展到飞机研制、试飞、训练、状态监控、故 障诊断与预报、视情维修、确保飞行安全等诸多方面。 2 　飞参数据的应用研究现状 211 　国外研究发展现状 飞参数据记录系统经历了金属带、磁带、半导体固体 存储器、快速存取记录器四个主要发展阶段。虽然固态 存储器本身比金属带、磁带更易损坏 ,但由于其体积小 , 便于采取更多的防护措施对其进行保护 ,所以记录器最 终的抗坠毁能力得到提高。目前在国外的民航、军用飞 机上还普遍安装了快速存取记录器 QAR , QAR 采用 PCMCIA 卡或可擦写光盘作为记录介质 ,记录的参数与 飞行数据记录仪 FDR 相同 ,连续记录的时间长达 100 小 时。数据记录介质可从对应的驱动器中直接插入或拔 下 ,无需通电卸载 ,提高了飞行数据的获取速度。 在上世纪八十年代西方一些发达国家就提出了对飞 行记录的数据进行综合管理 ,辅助飞机维护的新理念。 九十年代末 ,开发出了能对飞机进行全方位监控的状态 监控系统。美国对新研制的飞机和现役飞机机载电子设 备增加了飞机状态监视系统 (ACMS) ,对采集的飞参数 据进行综合利用 ,而后又将飞机状态监视系统发展为飞 机健康诊断管理系统 ( HMS) ,并实现飞参数据和座舱音 频综合记录和利 ( FCVR) 。 本世纪初 Boeing 公司提出了飞机信息管理系统 (AIMS) ,它是一个高度集成、快速、大容量、高可靠性的 数据处理系统 ,负责获取来自飞机各个系统和外界的大 量数据 ,并根据各系统工作的需要对这些数据进行多种 不同功能的计算、处理。其结构遵循领先的 F —22 军用 航空电子系统结构原则 ,率先在民航波音 777 飞机中使 用模块化概念 ,并很好地将 AIMS 概念用于 AMS 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 和实现。1997 年联合攻击战斗机 (J SF) 第二阶段联合需 求发布 ,指出参与计划的发展商必须在飞机上加装“飞机 征兆管理系统”,使之能够监控并预测机上设备的使用情 况 ,并提供实时的故障原因分析 ,提高飞机的可靠性和安 全性。相关公司开展了飞机征兆管理系统 ( PHMS) (相 当安全预测管理系统)的研制和验证 ,以及飞参数据和座 舱音频、图像等更大范围的综合记录器研制 ,预计将在 2010 年装备战斗机 ,成为一个完整的智能系统 ,这在飞 机信息管理方面将有一个质的飞跃。在飞机的维修管理 中 ,更先进的视情维修理念也被提了出来 ,并建立了与飞 机状态监控系统相适应的地面维修管理系统。各种新研 制的军用飞机力图实现视情维修。如空中客车公司研制 的 A400M 军用运输机预计 2009 年年底交付部队 ,机上 装备了先进的飞机综合监控和诊断系统 (AIMDS) ,能收 集、记录和提交发动机、APU 和关键系统的数据进行飞 机和发动机状态监控、机体结构监控、性能趋势分析和维 修计划的制定 ,确保了免维修周期 ,实现了视情维修。 212 　国内研究发展现状 我国从上世纪七十年代开始研制飞参系统 ,虽然起 步很晚 ,但发展迅速、技术日臻成熟。最初只用于飞机试 飞时记录几个关键参数以便对飞机的设计性能进行验 证。到了九十年代 ,我国机载飞参系统已能记录几十至 上百个参数 ,其应用研究主要体现在以下几个方面 : (1)利用飞参数据测试验证飞机的设计性能。最初 飞参系统只记录飞机试飞时的飞行速度、飞行高度、航向 等几个重要参数 ,便于地面专家分析飞机是否达到了设 10　　　 　　　　 《计量与测试技术》2009 年第 36 卷第 1 期 计性能 ,目前飞参数据在国产新型战机和民用飞机试飞 中已经发挥了重要作用 ,为飞机的结构强度、可靠性测试 提供科学依据。 (2)利用飞参数据调查失事飞机的事故原因。辅助 调查失事飞机的事故原因是发达国家研制飞参系统的初 始动机 ,也是我军大规模加装飞参系统的原动力。飞机 失事后 ,具有卓越抗坠毁性能的飞参系统在事故中往往 能保存完好 ,保存了飞机失事前一段时间内飞机的飞行 参数 ,它可以给调查人员提供证据 ,有关专家便根据其中 的科学数据进行分析研究 ,准确判断事故原因 ,进而排除 类似的飞行隐患。 (3) 利用飞参数据评估飞行考核。在我军战机大规 模加装飞参系统之后 ,如何充分利用飞参数据现已成为我 军有关专家的研究热点。利用飞参数据中飞机的航向、姿 态以及飞行员对飞机的操纵等信息 ,通过智能方法对飞行 动作进行分析 ,从而对飞行员的操作水平进行评估。 (4)利用飞参数据对飞机进行维护和监控。飞参数 据在一定程度上能反映飞机在飞行中的相关部件的工作 情况 ,事后通过分析这些数据 ,可以了解相应部件在飞行 中的工作情况 ,判断出部件可能发生的故障。目前我国 已自主开发出飞参数据地面处理软件 ,能把各类数据以曲 线、报表等形式显示出来 ,并对异常数据进行初步的判别并 进行通报 ,提醒地勤人员对相关的部件进行重点检查。 (5)利用飞参数据实现三维动态仿真。目前我国在 引进发达国家先进的飞参数据应用软件 Open GL 技术的 基础上 ,自行开发出飞机从起飞到着陆的三维动态仿真 系统 ,可以在电脑上生动地模拟和再现飞机在整个飞行 过程中的飞行动作和飞行航迹 ,已取得圆满成功。 3 　未来我国飞参数据的发展方向 飞参数据的应用是一个不断发展、不断深入的研究 领域。随着科学技术的进步 ,对飞参数据信息将会从简 单的记录、人工分析逐渐向智能方向发展 ,不仅能监控、 判断和隔离故障 ,还能监控飞机健康状况以及开展故障 预测。一方面实现机上视屏、音频、及告警系统、飞参系 统等多种监视手段的综合化 ,让飞参系统记录和存贮更 多的飞行数据 ;另一方面将飞参数据应用软件嵌入在机 载计算机系统中 ,以实现对飞机的实时监控 ,同时根据最 新的研究成果对应用软件进行不断的升级 ,系统存贮的 数据也可以在地面结合历史数据进行趋势分析 ,还可以 在教学、科研工作中进行再次利用。 进入 20 世纪 90 年代以来 ,由于对人工智能的研究 日趋活跃 ,人们开始应用神经网络开展发动机故障诊断 研究。神经网络强大的非线性映射能力和并行处理能 力 ,非常适合解决发动机的故障诊断问题 ,它具有很高的 诊断准确率和较好的鲁棒性。美国早期制定的一体化高 性能涡喷发动机技术 ( IHPTET) 项目计划中 ,预计 21 世 纪初发动机的推重比将达到两倍 ,该计划同时将机载发 动机的测量和诊断系统的研制也作为主要内容之一 ,而 神经网络则被认为最具有潜力的诊断工具。由此可以预 见 ,利用飞参系统记录的发动机参数 ,基于具有更大工程 应用潜力的神经网络的故障诊断工具在不久的将来将发 挥巨大的作用。 4 　利用飞参数据进行故障诊断我国需要研究的关键技术 我国在航空发动机故障诊断领域虽然做了大量的研 究 ,但大部分诊断系统都属于演示系统。因此 ,利用飞参 数据开发航空发动机实时故障诊断系统需要解决的关键 技术问题主要有以下几方面。 (1)增加飞行参数的记录。据统计 ,航空发动机的故 障发生率约占整个飞机故障率的 30 % ,机械原因的重大 飞行事故 40 %左右是由于发动机事故所致。目前 ,国外 飞参系统已能记录上千个参数 ,我国仅能记录上百个参 数 ,而对发动机主要参数的记录最多只有高、低压转子转 速、排气温度、滑油压力、燃油消耗率、油门手柄位置、燃 油剩余告警、发动机火警告警 8 个工作状态参数。这样 少的状态参数很难实现对发动机进行故障诊断和预报。 (2) 建模技术的深入研究。这是整个故障诊断系统 最重要的一部分 ,国外针对航空发动机研究的最新故障 诊断系统基本上都是采用基于模型推理技术 ,而基于模 型故障诊断结果的准确性和精度完全依赖于所建立的模 型。尽管基于模型技术很早就用于故障诊断系统中 ,但 是由于航空发动机结构的特殊性是采用定性模型 , 还是 采用定量模型 ,以及怎样进行模型推理 , 还有许多问题 尚待解决。我们可以引进国外比较成熟的故障诊断建模 系统软件 ,如 Quatech Systems 公司的 TEAMS 等系列 软件 ,并在此基础上开发出自己的故障诊断软件系统。 (3)基于模型和其他故障诊断方法相结合技术的深 入研究。基于模型技术有自身的缺点 ,如对于已建模的 故障比较容易诊断 , 对于模型未能包含的故障不容易解 决等问题。应开展人工神经网络、模糊逻辑、统计学、遗 传算法以及信息融合技术和基于模型故障诊断技术相结 合的混合诊断技术的研究。 (4)故障诊断组件化技术的深入研究。由于航空发 动机故障诊断专家系统的可维护性和可继承性差 , 因此 所开发的故障诊断系统 ,成本高、性能较差。现在采用软 件工程的方法开发软件系统已是一种趋势。如果能把诊 断系统的许多公用模块 ,如数据库访问、图形显示、状态 监测以及各种诊断方法作成组件 ,那么再开发新的航空 发动机诊断系统则可以直接利用这些组件 ,而只对特殊 功能开发软件 ,这样可以节省大量的时间和资金。 (下转第 15 页) 李映颖等 :飞参数据的应用与发展前景 　　　　　11　　　2012-05-16########################2012-05-16########################2012-05-16 2012-05-16########################2012-05-16########################2012-05-16 图 9 　ADC 中断服务程序 (3) FFT 变换程序 :该程序完成将 ADC 模块采集进 来的时域转变为频域信号的功能 FFT 变换时采用了变 量来作为进行个通道进行 FFT 变换的使能标志。若该 标志为 1 则启动对该路信号的 FFT 变换。变换后的数 据放在指定的数据空间。 信号可以用时域和频域两种方法表示。通过对信号 进行傅立叶变换可把连续的模拟信号由时域转化成频域 来表示。到现在人们已经提出了很多种 FFT 变换 ,我们 通称之为 FFT。其中 2FFT 算法最为常用。本文引用的 Tl 公司的 FFT 库函数即采用 2FFT 算法。这里只讲具 体实现过程。以下为使用 F2812 的 FFT 库的步骤 : ①下 载 C28x 快 速 傅 立 叶 变 换 程 序 库 文 件 SPRCO81 ; ②解压缩 SPRC0811zip 后安装 FFT. exe。安装完后在 C:/ tidcs/ c28/ dsp- tbox/ fft 目录后可以看到所有的文件 ; ③文件头部包含 # include“fft . h”; ④程序中输入 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 代码。 5 　实验及分析 任何系统的设计最终目的都是为了投入使用 ,下面 我们以某一机组上测得的频率 ,温度 ,电压为例来 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 。 频率 发电机轴 承温度 电动机轴 承温度 机组机 壳温度 线电压 AB 线电压 BC 线电压 AC 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 值 200 4513 4215 3010 230 230 230 测试值 200 4512 4214 3010 230 229 230 标准值 200 541. 9 5017 2913 220 220 220 测试值 200 5511 5017 2913 221 221 220 　　由以上数据反映了某机组电压等参数在一次操作过 程中变化过程 ,可以看出频率误差为 0 ,电压精度为 1V , 温度精度为 011 摄氏度。基本满足了机电设备监测系统 对资源的需要。 6 　结论 本文主要研究了基于 DSP 的机电设备远程数据监 控系统。充分利用了 DSP 芯片的高速数据处理功能 ,辅 以外围电路 ,开发了以 DSP 为主处理器的数据采集处理 前端模块的软硬件实现。根据提供的实验数据以及实验 结果验证了其系统的可行性 ,DSP 远程数据监控系统的 成功实现将有很大的实用价值和很好的应用前景。 参考文献 [ 1 ] TMS320F2812 DSP CPU and Instruction Set Reference Guide. Texas Instruments ,2002. (15) :17 - 19. [ 2 ]张雄伟.DSP集成开发与应用实例.电子工业出版社 ,2002(24) :12 - 67. [ 3 ]朱少民.软件测试方法和技术.北京 :清华大学出版社 ,2005(3) :1 - 20. [ 4 ]清汉计算机工作室. Visual C + + 610 多媒体开发实例. 北京 :机械 工业出版社 ,20004. 73. 作者简介 :许晓艳 ,女 ,在读硕士研究生。工作单位 :中北大学信息与通信 工程学院。通讯地址 :030051 山西省太原市中北大学 870 信箱。 潘宏侠 ,中北大学信息与通信工程学院 (太原 030051) 。 收稿时间 :2008 - 09 - 23 (上接第 11 页) (5)故障诊断网络化技术的深入研究。现在许多部 门都关心与飞机有相关的各系统的健康状况 , 因此开发基 于网络化的故障诊断系统 ,可以使多个用户在自己的实验 室 ,通过网络对飞机各系统进行健康监测与故障诊断。 总之 ,飞参数据在飞机研制、试飞、训练、维护及事故 调查、确保飞行安全、提高经济效益中都有非常重要的作 用。今后 ,该领域将继续成为国内外专家学者们的研究 热点 ,人类对飞参数据的应用研究将会不断深入下去。 参考文献 [ 1 ]Andrew Hill Eurocontrol. A Flight Data Management Concept . IEEE A &E SYSTEMS MAGAZINE[J ] , 2004 :11 - 16. [ 2 ] Thomas M Mcdade. Advances in Flight Data Acquisition and Manage2 ment Systems , Allied Signal Air Transport and Regional [ C ] . IEEE , Wash2 ington , Redmond , 1998 : F12. 1 - F12. 8. [3 ]Changting Wang , Robert X·Gao. A Virtual Instrumentation System for Integrated Bearing Condition Monitoring. 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