飞参数据的应用研究现状及发展趋势

计测技术综合评述·1·飞参数据的应用研究现状及发展趋势曲建岭，唐昌盛，李万泉(海军航空5F程学院青岛分院，山东青岛266041)摘要：飞参系统记录了飞机飞行过程中的大量参数，这些参数在飞机的研制、试飞、训练、维护和事故调查等方面都有着巨大的应用价值。本文总结了国内外对飞参数据的应用研究现状，在此基础上，探讨了今后我国该领域研究的发展趋势。关键词：飞参数据；应用；现状；趋势中图分类号：V248．2文献标识码：A文章编号：1002-6061(2007)06-0001-04TheStatusandDevelopmentTrendsoftheApplicationoftheFlightDataQUJian—ling，TANGChang—sheng，LIWan-quan(NavalAeronauticalEngineeringAcademyQingdaoBranch，Qingdao266041，China)Abstract：TheFDR(FlightDataRecorder)recordsalotofparametersoftheaircraftduringflight．Theseparametershavegreatapplicationvalueforthedeveloping，test—flying，training，maintenanceandcrashinvesti—gationofaircrafts．Thispapersummarizestheinternalandexternalcurrentresearchesontheapplicationoftheflightdata，andonthisbase，discussesthedevelopmenttrendsoftheresearchinourcountry．Keywords：flightdata；application；status；trendO概述飞机飞行中各部件的工作状态总能通过相应的参数表现出来，因此，20世纪40年代，西方国家出现了飞行参数记录系统(后文简称飞参系统)，该系统能记录并保存飞机飞行过程中的一些重要参数(后文简称飞参数据)，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。经过几十年的发展，目前，国外部分飞参系统已经能记录上千个飞行参数，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、维护等诸多方面。l我国飞参数据的应用研究现状我国从20世纪70年代中期，开始研制应用飞参系统，最初是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。由于技术落后，系统记录的参数太少，又没有抗坠毁能力，再加上早期未予重视，因而飞参系统记录的数据没有得到很有效的利用。收稿日期：2007-07．18作者简介：曲建岭(1968一)，男，山东莱阳人，教授，博士生导师，研究领域为智能故障诊断和飞参数据的应用；唐昌盛(1981一)，男，湖南宁远人，硕士研究生，研究领域为飞参数据的应用。20世纪80年代至90年代初，我国先后研制了第二代和第三代飞参系统，记录参数从二十多个增加到四十多个，系统具备了抗坠毁性能HJ。然而，由于未充分认识到飞参数据的应用价值，飞参系统并没有大规模地装备到战机上。20世纪90年代中期，我国从国外引进了第三代战机，其飞参系统能记录62个模拟量参数及59个一次性指令，与其配套的地面处理软件也同时被引进，在国外专家的帮助下，该型飞机的飞参数据得到了较有效的利用，军内专家对该型飞机飞参系统记录数据的应用研究也开始起步J。然而在同时期，我国大部分国产战机仍然未装备飞参系统，当然就更谈不上利用飞参数据了。直到最近，在一次新型战机飞行事故的调查分析中，飞参数据发挥了至关重要的作用，人们才充分的认识到飞参数据巨大的应用价值。此后，所有战机都加装了飞参系统，飞参数据的应用也成为了我国军内相关专家学者们研究的热点。目前，我国对飞参数据的应用研究主要体现在以下几个方面：1)利用飞参数据测试飞机的设计性能这是我国研制飞参系统的最初目的。在新研制的飞机上加装飞参系统，记录飞机试飞时的飞行速度、飞维普资讯·2·综合评述2007年第27卷第6期行高度等重要参数，便于地面专家分析飞机是否达到了设计性能，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。与此相关的研究主要集中在设计局、试飞院等科研单位。文献[3]中，飞行试验研究院的程德金研究了利用飞行试验数据来分析发动机的过载系数分布规律，为发动机的结构强度、可靠性计算提供了依据。2)利用飞参数据对失事飞机进行事故原因调查飞参记录器最初就叫做坠毁幸存记录器，这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，有关单位导出这些数据后，由专家们进行分析，往往能发现事故的真正原因。目前，空军工程大学的倪世宏教授等人研究了在飞行事故调查中飞参数据信息与其它多种信息的时基同步问题J，以及缺失飞行参数的综合估计方法J，为事故分析提供更加完备的依据。通常，飞参数据应用软件都可以应用在事故原因调查中，因此，国内单纯以飞行事故调查为目的的研究比较少。3)利用飞参数据辅助评估飞行训练质量和进行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成为军内有关专家的研究热点。利用飞参数据中飞机的航向、姿态信息以及飞行员对飞机的操纵信息，以计算机为开发工具和开发平台，以智能方法对飞行动作进行识别，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，同时对飞行员的操作水平进行评估。目前，我军已开发出具有一定智能水平的飞行训练质量辅助评估系统，协助监控飞行员在空中的飞行动作，在飞行部队得到了很好的应用，极大地提高了部队的飞行训练质量和战斗力。军内专家在这方面的前瞻性研究颇多，空军工程大学的倪世宏教授等人研究了利用directX等计算机技术使飞行再现过程图景更加逼真J，还研究了利用模糊神经网络进行数据处理，从飞参数据中正确地识别出飞行动作并评估训练成绩；北京航空工程研究中心的董伟凡高工也对飞行再现系统进行了研究；海军航空工程学院青岛分院的付战平教授等人研究了基于OpenGL图形库建立飞机姿态、立体航迹和仪表仿真模型，实现飞行过程的再现与动态仿真，并开发出了海航系列飞机飞行训练质量辅助评估系统，应用在海航各作战部队，为部队训练水平的提高作出了巨大的贡献¨⋯。4)利用飞参数据辅助地勤人员对飞机进行维护和监控一方面，飞参数据反映了飞行中飞机的相关部件的工作情况，飞行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，因而，利用飞参数据可以辅助地勤人员对飞机进行维护和监控。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。该系统已经应用在飞行部队战机的日常维护中，给地勤人员的维护工作提供了较大的便利，使他们对飞机的性能做到了“心中有数”。在这方面，军内专家主要结合数据译码软件做了以下前瞻性的研究：空军工程大学的谢寿生、李应红教授等人研究了利用支持向量机技术建立预测模型监控飞机发动机的状态和性能变化趋势_I眩；李学仁教授等人研究了通过建立时序AR模型对飞机发动机健康状况进行趋势监控¨H；李应红教授等人研究了利用小波分析技术分析发动机的振动信号，诊断发动机故障¨引；张凤鸣教授等人研究了利用数据挖掘技术对数据进行深层分析以提取飞参数据中的隐藏知识¨；倪世宏教授等人研究了运用粗集理论从飞行数据中提取飞机的故障模式等；曲建岭教授等人对利用飞参数据诊断飞机故障的飞参判据进行了深入的研究，目前已经开发出了上百条实用的判据，并且在部队得到了很有效的应用，直接提高了部队的训练水平引。这些专家们对飞参数据的应用研究进行了积极的探索，在这些研究的基础上，我军开发出了多项飞参数据的应用软件。另一方面，利用飞参数据可以辅助质控部门对整机、发动机和其它部件进行寿命监控，空军工程大学的倪世宏教授等人在这方面作了积极的研究¨，有些专家还研究了利用飞参数据辅助编制飞机的疲劳载荷谱，监控飞机发动机部分部件的疲劳寿命。总之，我军对飞参数据的应用研究起步虽晚，发展却很快。最初大部分的研究都是针对飞参应用软件较为成熟的从国外引进的新型战机，在此基础上，开发出了飞参数据应用软件，在部队得到了很有效的应用。民航方面，20世纪90年代中期我国所有民航飞机都按民航总局的要求加装了飞参系统，同时从发达国家引进了飞行数据译码分析系统。此后，对飞参系统及飞参数据的应用研究，在各航空公司和各高等院维普资讯计测技术综合评述·3·校逐步展开。杨全法等人研究了飞行事故调查中飞行数据记录器的数据译码、处理、分析技术；黄圣国教授等人研究了利用OpenGL技术实现民航飞机起飞着陆的三维动态仿真，并对飞机状态监控系统进行了卓有成效的研究。目前我国已经在引进了发达国家先进的飞参数据应用软件的基础上，自行开发出飞机状态实时监控系统，通过空地数据链把飞行数据传输到地面接收站，以便可以应用监控软件对飞机状态进行实时监控。2飞参数据应用研究的发展趋势飞参系统出现以来，以美国为代表的航空强国对飞参数据的应用研究发展很快。上世纪90年代开始，美国对新研制飞机或服役老飞机机载电子设备进行了改造，增加了飞机状态监视系统(ACMS)功能，如F-15，F．16，F．18和B737装备了飞机状态监视系统(ACMS)；90年代末，又将飞机状态监视系统发展为飞机健康管理系统(HMS)(相当于飞机健康状况诊断系统)，并实现了飞行数据和座舱音频综合记录(FCVR)。国外在飞机数据综合管理系统技术方面发展迅速，飞机信息管理系统(AIMS)即是由Boeing公司提出的。AIMS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ACMS设计和实现。AIMS是一个高度集成化、高速、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。1997年联合攻击战斗机(JSF)第二阶段联合需求已发布，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，提高了飞机的安全性_2。同时，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行数据和座舱音频、图像等更大范围的综合记录器研制。飞参数据的应用领域是一个不断发展、不断深入的研究领域。随着科学技术的进步，对飞行数据信息的利用，将会从简单的记录逐渐向智能监控方向发展，不仅能判断故障和隔离故障，还能监控飞机健康状况以及预}贝0故障。预计2010年，飞机健康管理系统与飞机征兆管理系统等设备将装备在国外一些国家的战斗机上，飞参系统将成为一个完整的智能系统，在飞机信息管理方面也将有一个质的飞跃。进入新世纪，我国民用航空界通过引进国外先进技术，在飞参数据的应用方面已经后来居上，走在了军用航空界的前面。然而，由于军机与民机在结构、性能、飞行要求等方面有相当大的区别，不能简单地应用民航界的成熟技术，所以只能走自主发展的道路。目前，我国军用航空界对飞参数据的应用研究也已经较为成熟，今后一段时间内的主要发展趋势是：1)进一步完善飞行训练质量辅助评估系统目前已经开发并得到应用的飞行训练质量辅助评估系统还不够完善，主要表现在：飞行再现模块中，飞机模型和环境视景不够逼真；评估只能在飞行后进行，实时性不够好；成绩评定功能不够完善，只能评定部分飞行科目和飞行动作。该系统未来应该朝着逼真性、实时性和智能化方向发展，逼真性主要利用先进的计算机技术设计更逼真的飞机模型和更加逼真的环境视景来达到；实现实时性的途径之一是在飞行训练过程中将