基于雙視圖結構模型的民用飛機試飛改裝設計技術

孫良峰

【摘 要】為了提高民用飛機試飛改裝設計效率，研究了基于雙視圖結構模型的改裝設計技術。構建了系統(tǒng)視圖與設計視圖關聯(lián)的雙視圖結構模型，通過雙視圖結構模型來組織試飛改裝過程中的信息，并支持改裝設計流程中的各個環(huán)節(jié)。在空氣管理系統(tǒng)試飛改裝設計過程中進行了應用驗證。

【關鍵詞】試飛改裝；雙視圖結構模型；輔助設計平臺

0 引言

民用飛機試飛改裝是指為了進行試飛驗證活動，在不影響飛機功能、性能的前提下，在飛機上增加必要的測試裝備來獲取飛機在真實使用環(huán)境下的功能和性能數(shù)據[1，2]。試飛改裝設計是試飛驗證活動過程中的關鍵環(huán)節(jié)，決定了試飛試驗數(shù)據采集的具體實施方案，直接影響到試飛驗證的質量。制定合理的試飛改裝方案能有效提高試飛價值，從而減少試驗成本。

整個試飛改裝設計過程涉及了試飛需求制定、改裝方案設計、數(shù)據采集與分析等活動[3，4]。由于涉及環(huán)節(jié)多，很容易出現(xiàn)數(shù)據統(tǒng)計困難、信息不能及時傳達、信息錯漏與沖突等問題。為了提高試飛改裝設計效率，本文提出基于雙視圖結構的試飛改裝設計技術，以系統(tǒng)視圖-結構視圖相結合的方式支撐試飛改裝設計的各個環(huán)節(jié)。

1 試飛改裝設計流程

試飛改裝主體工作可分為試飛需求分析、改裝方案設計、數(shù)據采集與驗證三大部分。

1.1 試飛需求分析

試飛需求來源可分為為了滿足CCAR條款[5]而產生的飛行試驗需求，即審定試飛需求，以及為了功能與性能研究、系統(tǒng)排故而產生的飛行試驗需求，即研發(fā)試飛需求。在試飛需求確定階段，設計員根據這兩種需求，制定試飛科目，根據科目特點及科目之間的相關性確定試飛架次安排需求，再逐一確定各試飛科目中關注的測試信息與評判依據，形成總的試飛要求。

1.2 改裝方案設計

改裝方案設計是以各系統(tǒng)試飛要求為輸入，首先由試飛工程人員結合試飛資源約束，安排試飛分工，優(yōu)化測量參數(shù)，將細化后的需求提交給測試改裝部，由測試改裝人員結合產品結構確定傳感器的類型、安裝位置，進而采購需要的傳感器、采集器等設備，并設計固定這些設備的支架。

1.3 數(shù)據采集與驗證

在每個試飛科目完成后，采集到的各類數(shù)據需要進行分析處理[6，7]，提交給設計人員來驗證最初的需求，并通過試飛過程中數(shù)據采集的穩(wěn)定性，設備故障率等來分析試飛改裝方案的合理性，為后續(xù)試飛方案的設計與改進提供支持。

2 雙視圖結構模型

試飛改裝設計各個階段會產生各種類型的信息，如果能有機地將各類信息關聯(lián)在一起，可使試飛改裝工作更系統(tǒng)，數(shù)據的流轉也能更清晰。系統(tǒng)結構貫穿了整個試飛改裝工作，所以本文提出圍繞著系統(tǒng)結構來組織試飛改裝的各類信息，使信息關聯(lián)性更強，避免冗長的信息鏈造成的錯漏風險，也能更方便地支持試飛改裝設計工作?？紤]到不同階段的特定需求，這里采用系統(tǒng)視圖與設計視圖結合的雙視圖結構模型。

雙視圖結構模型是為了適應試飛改裝工作，對結構進行的不同粒度描述。將偏重于對實現(xiàn)功能描述的結構組織模型定義為系統(tǒng)視圖，將展現(xiàn)設計細節(jié)的結構組織模型定義為設計視圖。系統(tǒng)視圖按照功能的分解形式進行結構描述，視圖中的結構元素都對應系統(tǒng)功能分解的各子功能，設計視圖則是將系統(tǒng)所有的組成零部件及其之間的連接關系呈現(xiàn)出來。設計視圖比系統(tǒng)視圖粒度更細，所以一個系統(tǒng)視圖上的節(jié)點與一個或多個設計視圖上的節(jié)點有映射關系。為了體現(xiàn)結構的層次關系，同時方便計算機的表達，采用樹型結構模型表達系統(tǒng)視圖與結構視圖，再建立兩個視圖之間的映射關系，從而構建雙視圖結構模型。

樹型結構模型可用一個二元組來表示：XX_TREE=[E，R]，其中E是所有節(jié)點元素的集合，R是定義在集合E上的關系，可寫成矩陣形式R（E，E）=[rij]n×n，i≠j，其中n為集合E中元素數(shù)量，若rij=0，則表示元素i與j無直接關系，若rij=1，則表示元素i為j的父節(jié)點，若rij=-1，則表示元素i為j的子節(jié)點。以此為基礎可定義雙視圖的數(shù)學模型M：

3 基于雙視圖結構模型的試飛改裝設計

采用雙視圖結構模型進行試飛改裝設計的主體思想是將試飛改裝各環(huán)節(jié)圍繞著系統(tǒng)結構展開，在結構樹上組織相關信息，隨著改裝設計的推進而變化結構視角，為不同階段的設計工作提供靈活的信息支持。

3.1 在試飛需求分析階段

將結構關聯(lián)的功能呈現(xiàn)給設計人員，設計人員根據試飛驗證需求制定試飛科目，每項試飛科目中會產生各種測量參數(shù)需求，結合與功能關系密切的系統(tǒng)視圖，設計人員能清晰地將各參數(shù)需求添加到合適的部件節(jié)點上，并確定測量位置的大致需求，方便設計人員從系統(tǒng)層面優(yōu)化測量參數(shù)需求。

3.2 在方案設計階段

將設計視角轉到設計信息更具體的設計視圖上，根據映射關系調出系統(tǒng)視圖關聯(lián)的測量大致位置信息，結合設計視圖中各零件的詳細設計信息，決定傳感器的型號與安裝的具體位置，將改裝信息具體化到可實施的程度，供改裝工程師執(zhí)行改裝方案。

3.3 在數(shù)據采集驗證階段

重新回到系統(tǒng)視圖，根據各功能性能驗證需求對試飛數(shù)據進行分類整理，并輸入到各相關驗證判據中進行分析評判。

4 總結

本文在分析了試飛改裝設計流程特點的基礎上，提出了雙視圖結構模型的構建方法，并應用于試飛改裝設計各個環(huán)節(jié)，本文所述方法的特點是：

1）采用雙視圖結構模型的方式將信息進行集中管理，能減少改裝設計過程中的數(shù)據流轉環(huán)節(jié)，減少錯誤風險；

2）根據不同的改裝設計階段，能靈活變動結構視角，便于相關人員關注需要的信息，更方便清晰地完成改裝設計。

本文目前只構建了試飛改裝設計方法的整體框架與方法，試飛改裝工作涉及面很廣，例如試飛科目的架次分配、改裝參數(shù)的系統(tǒng)化優(yōu)化等細節(jié)方面還需要進一步的深入研究。

【參考文獻】

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[2]戴衛(wèi)兵，王文麗.網絡技術在ARJ21試飛測試中的應用[J].測控技術，2010，29（12）：42-43.

[3]陳占平.民用航空發(fā)動機的適航審定及驗證試飛[J].飛行試驗，1999，15（2）：15-24.

[4]段寶元，穆永花，穆永河.以太網在新支線飛機試飛測試中的應用[J].測控技術，2011，30（4）：91-93.

[5]張妙嬋，張建，吳密翠.運輸類飛機最小離地速度試飛數(shù)據處理方法[J].飛行力學，2011，29（5）：81-83.

[6]王銳平.民機試飛數(shù)據分析軟件開發(fā)[J].軟件導刊，2011，10（11）：28-29.

[7]中國民航總局.運輸類飛機適航標準.中國民用航空規(guī)章第25（CCAR-R3）[S].2001（5）.

[責任編輯：湯靜]