直升機(jī)關(guān)鍵飛參數(shù)據(jù)研究現(xiàn)狀淺析

曹振操 張家瑞 郭躍偉

飛行參數(shù)記錄系統(tǒng)，簡稱飛參系統(tǒng)，是一種對(duì)飛機(jī)及其系統(tǒng)的工作狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量、記錄和處理的綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，也是確保飛行安全的重要機(jī)載設(shè)備之一。基于飛參數(shù)據(jù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控，對(duì)推進(jìn)飛參數(shù)據(jù)的研究和應(yīng)用有著重要意義，并帶來巨大的軍事和經(jīng)濟(jì)效益。

一、研究的背景及意義

目前，直升機(jī)都普遍裝有飛行參數(shù)記錄系統(tǒng)（俗稱“黑匣子”），該系統(tǒng)主要記錄了飛機(jī)飛行狀態(tài)信息、操縱系統(tǒng)工作狀態(tài)信息、發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)信息以及飛機(jī)其余各子系統(tǒng)以及設(shè)備相關(guān)信息，這些信息是進(jìn)行飛行事故調(diào)查、飛行訓(xùn)練以及地面維護(hù)的重要數(shù)據(jù)來源，在飛機(jī)故障分析、事故原因查找等方面已經(jīng)得到了充分的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，飛參數(shù)據(jù)的應(yīng)用逐漸擴(kuò)展到發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)監(jiān)控、性能評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)等方面，利用飛參數(shù)據(jù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行研究是當(dāng)前飛參數(shù)據(jù)應(yīng)用研究的一個(gè)熱門課題。發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)的關(guān)鍵部件，其工作狀態(tài)好壞直接影響到飛機(jī)的可靠工作和飛行安全，而衡量發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的好壞實(shí)質(zhì)上就是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能進(jìn)行監(jiān)控評(píng)估。發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過長時(shí)間、多架次的工作后，各部件的臟污、磨損、變形會(huì)使其性能惡化，而這些都將通過飛行參數(shù)記錄系統(tǒng)記錄的發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)的變化表現(xiàn)出來，因此利用飛參數(shù)據(jù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)和性能變化趨勢(shì)進(jìn)行研究是非常合理的。發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)的變化在發(fā)動(dòng)機(jī)使用過程中是逐漸發(fā)展的，跟蹤、監(jiān)控這些參數(shù)的變化并對(duì)其進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，一方面有利于發(fā)動(dòng)機(jī)工作人員掌握發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能變化，確保發(fā)動(dòng)機(jī)使用安全；另一方面可以促進(jìn)飛機(jī)的維修方式由定期維修向視情維修過渡，減少發(fā)動(dòng)機(jī)維修時(shí)間，提高發(fā)動(dòng)機(jī)維修水平，并節(jié)約大量的人力、物力和財(cái)力。

二、國外研究現(xiàn)狀

國外針對(duì)飛參數(shù)據(jù)的應(yīng)用研究起步較早，在二十世紀(jì)八十年代曾提出采用飛行數(shù)據(jù)綜合管理來輔助飛機(jī)維護(hù)的理念，到了九十年代已經(jīng)開發(fā)出了飛行數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)并得到了很好的應(yīng)用，隨后更是開發(fā)出了飛機(jī)全方位狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。以美國為例，美國國家運(yùn)輸安全委員會(huì)（NTSB）最初安裝了飛行參數(shù)記錄器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來處理飛參數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)的核心是一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)將飛參數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為工程參數(shù)、進(jìn)行超限檢查和繪圖打印等功能；NTSB還利用飛參數(shù)據(jù)輔助飛行事故調(diào)查，通過比較飛行模擬器所模擬的飛行運(yùn)動(dòng)與飛參數(shù)據(jù)記錄的飛行運(yùn)動(dòng)來排查事故原因；隨后美國研制了飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)（ACMS），對(duì)新老飛機(jī)進(jìn)行改造，又逐漸將該系統(tǒng)發(fā)展為飛機(jī)健康管理系統(tǒng)（HMS）；此外，美國國家航空航天局（NASA）愛默斯研究中心還開展了充分利用飛參數(shù)據(jù)（氣動(dòng)數(shù)據(jù)、發(fā)動(dòng)機(jī)推力數(shù)據(jù)等）及飛機(jī)運(yùn)動(dòng)方程等推導(dǎo)出作用于飛機(jī)上風(fēng)力的工作；而波音公司也開展了借助飛參數(shù)據(jù)對(duì)飛機(jī)跑道軌跡進(jìn)行分析從而輔助飛行事故調(diào)查的工作，并提出了飛機(jī)信息管理系統(tǒng)（AIMS）。

三、國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國從上世紀(jì)七十年代開始研制飛參系統(tǒng)，雖然起步很晚，但發(fā)展迅速、技術(shù)日臻成熟。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，飛參數(shù)據(jù)由最初能記錄幾個(gè)或十幾個(gè)發(fā)展到今天的上千個(gè)參數(shù)，對(duì)飛參具體研究內(nèi)容主要集中在以下幾點(diǎn)：

1.輔助飛行事故調(diào)查，為事故分析提供客觀原因

飛參記錄系統(tǒng)研制和裝備的初期，主要目的是調(diào)查失事飛機(jī)的事故原因。飛機(jī)失事后，具有抗墜毀能力的飛參記錄器能夠在大部分飛行事故中幸存下來，保存飛機(jī)失事前一段時(shí)間內(nèi)飛機(jī)的飛行數(shù)據(jù)。專家們可以根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)分析飛機(jī)失事的真正原因。

2.輔助新機(jī)設(shè)計(jì)，改進(jìn)飛機(jī)性能

飛機(jī)在研制階段的試飛是有限的，要想全面深入的掌握發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)性能是否達(dá)標(biāo)，還必須通過飛參數(shù)據(jù)來輔助了解。飛行參數(shù)記錄系統(tǒng)記錄了各種狀態(tài)下飛機(jī)的飛行高度、飛行速度、載荷等數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)的綜合分析，設(shè)計(jì)師可以方便地提出修改建議，從而提高飛機(jī)設(shè)計(jì)水平、改進(jìn)飛機(jī)性能。

3.輔助飛行訓(xùn)練質(zhì)量評(píng)估，提高飛行訓(xùn)練水平

采用飛參數(shù)據(jù)輔助飛行訓(xùn)練評(píng)估可以使評(píng)估從定性轉(zhuǎn)化為定量、主觀變?yōu)榭陀^，并且從空中單一局部靜態(tài)模式轉(zhuǎn)換為空地結(jié)合全面動(dòng)態(tài)模式，可以檢查飛行訓(xùn)練人員在空中有沒有違規(guī)操作，是否有不安全因素，這對(duì)提高飛行訓(xùn)練水平起著重要的作用。

4.輔助地勤人員對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行維護(hù)和監(jiān)控

由于飛參系統(tǒng)實(shí)時(shí)地記錄了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能參數(shù)，通過對(duì)參數(shù)變化的趨勢(shì)進(jìn)行分析一方面可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，避免嚴(yán)重事故的發(fā)生；另一方面可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)進(jìn)行全面了解，為地勤人員做出決定提供依據(jù)。目前基于飛參數(shù)據(jù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷和性能評(píng)估預(yù)測(cè)的研究比較廣泛。其中，西北工業(yè)大學(xué)的謝壽生教授采用功效函數(shù)法和專家評(píng)判對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)故障和性能趨勢(shì)進(jìn)行了研究；中國民航大學(xué)的史永勝教授采用混沌理論預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)性能等等，這些研究為飛參數(shù)據(jù)的應(yīng)用開創(chuàng)了新的領(lǐng)域，也預(yù)示著飛參數(shù)據(jù)在發(fā)動(dòng)機(jī)方面的研究將會(huì)越來越深入。

綜上，基于飛參數(shù)據(jù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控，不僅對(duì)推進(jìn)飛參數(shù)據(jù)的研究和應(yīng)用有著重要意義，而且有助于地勤人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)故障并制定合理的維修計(jì)劃，確保發(fā)動(dòng)機(jī)使用安全并提升機(jī)群整體訓(xùn)練和作戰(zhàn)能力。該項(xiàng)研究成果可以推廣到裝備飛行參數(shù)記錄系統(tǒng)的軍用和民用直升機(jī)機(jī)上，從而帶來巨大的軍事和經(jīng)濟(jì)效益。