大氣數(shù)據(jù)測試裝置超差原因分析及一種軟件修正補償方法的提出

范志成　胡中南 /

(上海飛機制造有限公司，上海200436)

0　引言

大氣數(shù)據(jù)測試裝置可以模擬飛機飛行環(huán)境和姿態(tài)，產(chǎn)生滿足大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)一定技術(shù)要求的飛行參數(shù)，是貫穿飛機研制、生產(chǎn)及后期運營、維護全過程中的重要測試設(shè)備，它的質(zhì)量與控制狀態(tài)直接關(guān)系飛機的質(zhì)量和可靠性。隨著飛機研制的需求及航空公司運營成本提高，已有測試設(shè)備的使用率和故障率也相應提高，在大氣數(shù)據(jù)測試裝置使用和維護過程中，不可避免地會出現(xiàn)各類故障，其中又以大氣參數(shù)超差修正問題較為突出。超差修正涉及校準、維修、設(shè)備供應廠商多個環(huán)節(jié)的深度參與，目前國內(nèi)具備相應校準、維修資質(zhì)能夠處理此類問題的機構(gòu)很少，且時間不可控，這樣不僅大大延長設(shè)備量值溯源的時間，降低工作效率，還會造成送校單位因設(shè)備問題而引起各類有形無形成本的增加，最終影響飛機的質(zhì)量安全和生產(chǎn)進度。因此，研究大氣數(shù)據(jù)測試裝置的超差原因和行之有效的修正補償方法是非常必要的。

1　超差原因及影響因素

隨著大氣數(shù)據(jù)測試裝置的數(shù)字化、集成化，現(xiàn)代飛機在研制、生產(chǎn)、運營維護過程中引起超差的原因也變得多樣而復雜，常見原因大體分為以下幾個方面。

1)正常的系統(tǒng)漂移：依據(jù)大氣數(shù)據(jù)測試裝置的制造商說明書，每年設(shè)備的系統(tǒng)參數(shù)都會出現(xiàn)一定程度的漂移，當漂移積累到一定程度，必然會出現(xiàn)超差情況，進而影響其大氣參數(shù)的可靠性，這也是大氣數(shù)據(jù)測試裝置需要進行周期校準并適時對其進行修正的最重要的原因之一。

2)物流運輸：不同于實驗室型的大氣數(shù)據(jù)測試裝置，外場便攜式大氣數(shù)據(jù)測試裝置需要克服各種外場惡劣環(huán)境，盡管生產(chǎn)廠商為其設(shè)計、配置了堅固的保護結(jié)構(gòu)，不規(guī)范操作及設(shè)備在測試、維護、租賃、轉(zhuǎn)場過程中的頻繁運輸、劇烈震動，仍然會對其內(nèi)置元器件尤其是核心傳感器的精度造成一定程度的影響。這也是大氣參數(shù)超差需要進行修正的主因，在保證外部環(huán)境和設(shè)備各項功能運行正常的情況下，經(jīng)使用單位同意，可對其進行軟件修正。

3)氣密性差：氣密性差常常伴隨大氣參數(shù)超差，顯示數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的情況，多是因設(shè)備靜壓、總壓管路接口處漏氣造成的，解決方法一般是在接口纏繞密封膠帶。如果接口位置配置有密封膠圈，還需查看密封圈是否老化，若有老化需及時更換。若漏氣問題仍然沒有解決，需交與有資質(zhì)的航材維修單位進一步定位排故。

2　軟件修正方法

修正是指用代數(shù)方法與未修正的測量結(jié)果相加，以補償其系統(tǒng)誤差，即：

X0=X+c

(1)

式中，X0為真值；X為測試值；c為修正值。

大氣數(shù)據(jù)測試裝置的修正正是基于此方法，同時必須保證測試的外部條件(實驗室環(huán)境、標準設(shè)備是否滿足修正大氣數(shù)據(jù)測試裝置的技術(shù)要求等)和設(shè)備本身性能良好(開機自檢正常、無氣體泄漏、系統(tǒng)各功能運行正常等)，否則對大氣數(shù)據(jù)測試裝置的修正無實際意義。大氣數(shù)據(jù)測試裝置的修正方法大體可分為硬件修正和軟件修正。鑒于硬件修正十分復雜，本文僅對軟件修正方法加以敘述。

2.1 傳統(tǒng)的軟件修正方法

大氣數(shù)據(jù)測試裝置一般會于出廠前在軟件系統(tǒng)控制界面嵌入軟件修正這一功能選項，當設(shè)備出現(xiàn)超差情況且經(jīng)判斷必須對其進行修正時，需要經(jīng)具有相應資質(zhì)的機構(gòu)對其進行修正、再校準，確認無誤后出具證書。目前，廣泛應用于各大航空制造企業(yè)的Druck、Fluke、Laversab、DMA、Kollsman等公司生產(chǎn)的的大氣數(shù)據(jù)測試裝置均配置了此項功能，傳統(tǒng)的軟件修正方法具有操作簡單、時效性好、易于操作掌握的特點。圖1為Laversab公司生產(chǎn)的大氣數(shù)據(jù)測試裝置的通用修正界面，依據(jù)制造商說明書要求，使用標準壓力源產(chǎn)生被測大氣數(shù)據(jù)測試裝置需要的標準壓力值(一般在全量程范圍內(nèi)，靜壓選取1.000 inHg、38.000 inHg,總壓選取1.000 inHg、60.000 inHg各兩個測試點，根據(jù)標準源的輸出能力和制造商說明書技術(shù)要求，可對測試點的壓力值進行適當調(diào)整)，以實現(xiàn)靜壓(PS)、總壓(PT)傳感器修正。

圖1　Laversab公司大氣數(shù)據(jù)測試裝置的通用修正界面

2.2 自主開發(fā)的軟件修正方法

在實際的計量測試工作中，大氣數(shù)據(jù)測試裝置經(jīng)修正、校準后仍然存在超差的情況，重復修正、校準，狀況并未得到很好的改善，即對于該型超差設(shè)備，傳統(tǒng)的修正方法已經(jīng)無法滿足修正的需求。如果問題不能得到及時解決，無法保證其溯源性，勢必會產(chǎn)生高昂的校準費用，不但無法保證正常的周期校準，嚴重的還會影響飛機研制、運營、維護各環(huán)節(jié)的順利開展。

為此，基于Laversab公司大氣數(shù)據(jù)測試裝置的技術(shù)特點和公司型號研制生產(chǎn)的實際需要，通過探討研究，本文提出了一種大氣數(shù)據(jù)測試裝置軟件修正補償方法，總體設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　大氣數(shù)據(jù)測試裝置軟件修正補償方法總體設(shè)計結(jié)構(gòu)

主要修正命令說明:

1)命令“SA”：如果返回當前的PS值(以inHg為單位)，說明6300與PC通訊成功。

2)命令“AR=1”，“CP=7462”：如果返回為“0”，說明命令有效。返回值不是“0”，說明有錯誤，需立即查找原因恢復通訊。

3)命令“S*”：靜壓測試點補償命令，為大氣數(shù)據(jù)測試裝置對應靜壓測試點讀數(shù)與標準壓力值間的差值提供代數(shù)補償(“*”為測試點序號)。

4)命令“P*”：總壓測試點補償命令，為大氣數(shù)據(jù)測試裝置對應測試點總壓讀數(shù)與標準壓力值間的差值提供代數(shù)補償(“*”為測試點序號)。大氣數(shù)據(jù)測試裝置及部分軟件修正界面如圖3、圖4所示。

圖3　大氣數(shù)據(jù)測試裝置

圖4　部分軟件修正界面

與傳統(tǒng)軟件修正方法在各通道只選取兩個測試點進行標定不同，本文開發(fā)的大氣數(shù)據(jù)測試裝置修正軟件，在靜壓、總壓通道全量程內(nèi)各選取了9個點進行標定，然后經(jīng)該設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理，修正各量程段的數(shù)值，表1為使用傳統(tǒng)軟件修正和開發(fā)軟件修正復校后分別得出的一組總壓數(shù)據(jù)。實驗表明，經(jīng)開發(fā)軟件修正后，測試結(jié)果滿足制造商說明書要求的技術(shù)指標，超差問題得到很好的解決，同時各測試點在全量程內(nèi)具有遠優(yōu)于傳統(tǒng)軟件修正的線性。

3　結(jié)論

現(xiàn)代飛機產(chǎn)業(yè)一直都是一個高門檻、高技術(shù)、高產(chǎn)值的領(lǐng)域，伴隨其高速發(fā)展，必然對大氣數(shù)據(jù)測試裝置及其他與飛機生產(chǎn)、測試、運營、維護相關(guān)的測試設(shè)備的可靠性、溯源性提出更高的質(zhì)量要求。本文從大氣數(shù)據(jù)測試裝置超差原因分析及軟件修正補償?shù)姆矫嬲归_論述，希望能引起更多飛機產(chǎn)業(yè)工作者關(guān)注飛機測試設(shè)備的校準及維修技術(shù)，推動現(xiàn)代飛機產(chǎn)業(yè)的健康、快速發(fā)展。