民機試飛簽派放行Petri網建模與仿真

王安國　楊政　李喜柱

摘 要：文章基于國產ARJ21-700飛機與C919飛機的試飛簽派放行工作經驗，針對民機試飛與民航航班簽派放行方法的不同，提出了民機試飛飛行計劃制作方法與試飛簽派放行方法，最后基于Petri網對試飛簽派放行方法進行了建模與仿真，從邏輯上驗證了試飛簽派放行方法的正確性和有效性，為進一步設計制作試飛簽派放行系統奠定了基礎。

關鍵詞：試飛簽派；飛行計劃；民機試飛；空域飛行；Petri網

中圖分類號：V352 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）21-0029-03

Abstract： Based on the work experience of flight test take-up for domestic ARJ21-700 aircraft and C919 aircraft， this paper puts forward the making method of civil aircraft flight test plan and the releasing method of flight test visa according to the difference between the methods of civil aircraft test flight and civil aviation flight check and release， and the method of civil aircraft flight test flight plan making and the method of civil aircraft flight test flight approval releasing are put forward in this paper. Finally， based on Petri net， the flight test clearance method is modeled and simulated， and the correctness and validity of the method are verified logically， which lays the foundation for the further design and manufacture of the flight test clearance system.

Keywords： flight test take-up； flight plan； civil aircraft flight test； airspace flight； Petri net

大型飛機公共航空運輸承運人運行管理規定（CCAR121部）第M章121.395條“飛行簽派員”規定：實施國內或者國際定期載客運行的合格證持有人，應當在每一飛行簽派中心安排有足夠數量的合格飛行簽派員，以確保對每次飛行進行恰當的運行控制[1]。因此飛行簽派員是航空公司航班飛行中不可或缺的核心人員之一，民機試飛簽派與民航飛行簽派在崗位職責和工作方法上各不相同，但在飛機運行中都起著同等重要的飛行安全把關作用。本文基于國產ARJ21-700飛機與C919飛機試飛簽派放行工作經驗，針對試飛簽派與民航簽派的不同，對試飛飛行計劃制作和簽派放行方法進行分析與研究，并基于Petri網對試飛簽派放行進行建模與仿真，從邏輯上驗證了試飛簽派方法的正確性和有效性，為進一步設計制作試飛簽派放行系統奠定了基礎。

1 試飛簽派及飛行計劃制作

1.1 試飛簽派

試飛簽派在試飛飛行組織實施中承擔著最后的安全把關作用，是試飛實施前的最后一道安全防線，主要業務包括試飛機場比選、飛行計劃制作、航行情報資料收集、試飛計劃申報、軍民航協調、飛行動態監控等工作，根據飛機狀態、保障條件、當日天氣、試飛科目準備、技術文件準備、測試設備等狀態與機長共同對試飛任務是否可以正常執行進行簽派放行。試飛簽派主要工作內容包括：

（1）試飛機場比選、試飛空域使用申請及批復跟蹤。

（2）試飛計劃申報及軍民航協調。

（3）分析評估氣象資料根據試飛科目對機場起降條件的要求選擇合適的備降機場。

（4）根據具體試飛科目制作飛行計劃，計算完成試飛任務所需的安全油量。

（5）收集飛機狀態、試飛保障、天氣條件、試飛科目準備、技術文件準備、測試設備等狀態，與機長共同對試飛任務進行放行。

（6）試飛任務執行時對飛機進行實時監控，配合指揮員開展協調和應急處置。

1.2 試飛飛行計劃制作

試飛飛行計劃制作是試飛簽派放行不可缺少的重要環節，也是作為一名試飛簽派員必須掌握的專業技能之一。民機試飛飛行與民航航班飛行不同，民航航班主要是將旅客或貨物從一個機場按照空軍1號令規定的航線或航路運輸至另一目的地機場，飛行剖面示意圖參見圖1，試飛飛機主要目的是根據適航標準設計的試飛任務單開展研發試飛、審定試飛等取證試飛工作，主要飛行剖面時從試飛機場起飛，在特定的空域中完成試飛科目，然后返回至試飛機場著陸，試飛飛行剖面示意圖如下圖2所示。

根據圖2試飛飛行剖面示意圖，試飛飛行計劃計算方法如下：

（1）業載（PL）計算：計算試飛飛機上的測試設備，試飛機組人員等機上業載（PL）。

（2）飛機無油重量（ZFW）計算：ZFW=OEW（運營空機重）+PL。

將ZFW和MZFW（最大無油重量）比較，如果ZFW>MZFW則需要減少業載，重新進行計算。

（3）飛機備降機場著陸重量（LWA）計算：

LWA=ZFW+W滑行（滑行油量）+W備份（備份油量）

將LWA和MLWA（最大備降機場著陸重量）比較，如果LWA>MLWA則需減少業載，重新進行計算。

（4）備降油量（W備降）計算：

計算飛機從目的地機場飛往最遠備降場所需油量W備降。

（5） 45min 等待耗油（W等待）：

計飛機正常巡航等待45分鐘所需油量W等待。

（6）目的機場著陸重量計算：

LWD=LWA+W備降+W等待

將LWD與MLWD比較，如果LWD>MLWD則需減少業載，重新進行計算。

（7）試飛科目所需油量W科目及飛機起飛至空域所需油量W起飛

（8）飛機起飛重量（TOW）計算：

TOW=LWD+W科目+W起飛

將TOW與MTOW比較，如果TOW>MTOW則需減少業載，重新進行計算。

（9）將計算的起飛重量TOW與結構限重、場長限重、爬升限重、障礙物限重、胎速限重、剎車能量限重比較，確認能夠滿足要求后，計算所需油量并與飛機油箱容量比較，最終確定業載重量（PL）、應加油量、V1/V2/V3。飛行計劃制作流程圖如圖3所示。

1.3 試飛簽派放行方法

民機試飛簽派與航班簽派相比，試飛簽派在放行時需要考慮的因素更多[3]。試飛簽派在放行時除了需要考慮飛機狀態、氣象條件、起降及備降機場情況外還需要考慮試飛科目技術準備情況、技術文件準備情況、測試改裝情況、空域內軍民航活動情況、地面保障條件等因素，只有在確認上述所有條件均能滿足試飛科目需求和放飛標準時試飛簽派員方可簽字放行，簽派放行只是放行環節之一、最終的放行需要試飛簽派員和機長共同簽字放行后方可執行試飛任務。飛機起飛后需對飛機在空域內的試驗飛行進行實時監控，如遇到可能影響飛行的因素需要及時與相關軍民航進行協調，并實時通過指揮員將相關信息傳送至機組，遇到應急情況時，試飛簽派員需協助指揮員和機組做好應急處置措施和信息報送。

2 基于Petri網試飛簽派方法建模與仿真

2.1 PN模型建立

Petri網是對離散并行系統的數學表示，適合于描述異步的、并發的計算機系統模型，Petri網既有嚴格的數學表達式和直觀的圖形表達式，而且支持系統描述與分析[2]。本文采用Petri網對試飛簽派放行方法進行建模與仿真，試飛簽派放行需要對飛機狀態、天氣條件、試飛科目準備、技術文件準備、測試改裝準備、飛行計劃批復、空域活動情況、試飛地面保障條件八項要素進行分析、判斷飛機是否滿足放飛條件，為了簡化模型的復雜性，理想條件下認為運行控制團隊（AOC）在下達任務時，除天氣條件、空域活動情況存在不確定因素外，其他條件認為均已滿足試驗要求可以滿足放行條件。因此采用Petri網建立試飛簽派放行模型時僅考慮將氣象條件和空域使用設置為隨機變量，其他條件默認為在任務下達時已經滿足放行條件，基于CPNtools建立PN模型[4]如下圖4所示。模型中庫所及變遷的含義如表1、表2所示。

2.2 PN模型仿真與分析

基于CPNtools模型定義及變量參數設置參見下圖5所示，模型初始條件設置試飛架次為50架次，僅考慮氣象條件、空域條件設置為隨機變量，飛機狀態等其他條件在任務下達時已默認狀態已達到放飛標準，通過對模型進行運行仿真，仿真結果參加下圖6所示。

根據圖6仿真結果可以看出，執行試飛任務50架次，在僅考慮天氣和空域使用為隨機變量的情況下，空域正常放行32架次、氣象正常放行28架次，最終正常放行架次數為28架次，切實反映了空域和氣象兩類隨機變量對整個試飛簽派放行的影響，也反映了試飛簽派放行方法的有效性，能夠實現簽派放行的安全把關作用。

3 結束語

本文針對民機試飛與民航航班飛行的不同，在民航航班飛行計劃制作方法和簽派放行方法的基礎上提出了民機試飛飛行計劃制作方法與試飛簽派放行方法，最后基于CPNtools工具和Petri網理論對試飛簽派放行方法進行建模與仿真，仿真結果證明了試飛簽派放行方法的正確性和有效性，在試飛放行中能夠起到安全把關作用，為進一步設計制作試飛簽派放行系統奠定了基礎。

參考文獻

[1]中國民用航空局.CCAR121-R4.大型飛機公共航空運輸承運人運行合格審定規則[Z].北京，2010（97-98）.

[2]王潔寧，王安國，董健康，等.基于Agent的機坪服務SPN建模與仿真[J].計算機工程，2013，39（3）：285-288.

[3]韓吉勝.論航空公司簽派放行[J].山東經濟管理干部學院學報，2013，21（2）：80-83.

[4]Kurt Jensen Lars M.Kristensen. Coloured Petri Nets Modelling and Validation of Concurrent Systems，Springer Dordrecht Heidelb

erg London New York，1998：13-41.