應急救生定位系統在直升機上的應用研究

張 偉

（中國直升機設計研究所，景德鎮 333001）

應急救生定位系統或應急定位發射機（ELT）是載人航空器的必需設備。應急救生定位系統或ELT在航空器遇險時，通過衛星、超短波等信道及時向地面人員發送遇險信號，并持續發送信標信號。

1 概述

當前，已經有多款產品應用于直升機平臺，在國產直升機上配裝的應急救生定位系統既有基于全球衛星搜救系統（COSPAS-SARSAT）的EBC-406HM、KANNAD-406AF等進口設備，也有基于北斗衛星導航系統的某型應急救生信標機，極大提高了國產直升機應急救援的獨立自主性。

本文從工作原理、安裝要求、自檢維護等方面介紹了應急救生定位系統在國產直升機上的應用。針對應急救生定位系統過載觸發的方式，本文詳細討論了其觸發條件的定義及閾值設定原則，提出了一種采集試飛過載數據并進行線下分析的過載閾值標定方法。

2 工作原理

應急救生定位系統通常處于待機模式，監控直升機的過載情況；直升機應急觸發后，即刻向全球衛星搜救系統（COSPAS-SARSAT）發送信息；或者通過北斗衛星導航系統發送定位信息。

應急救生定位系統還將持續廣播AM121.5MHz或AM243MHz的信標信號，救援人員或直升機可通過超短波定向儀等設備對遇險直升機進行定向搜索。

應急救生定位系統的觸發方式為手動觸發或過載觸發。部分設備還配備了浸水傳感器，具有浸水觸發功能，在直升機落水后傳感器將被自動觸發，隨后釋放內置了衛星通信和信標發射裝置的漂浮設備。

3 安裝要求

應急救生定位系統EBC-406HM為便攜式一體機，自帶天線并內置過載傳感器、電池和GPS系統，飛行員可隨身攜帶，實時發送自身位置。通常，設備以快卸方式安裝在托架上，托架通過螺釘緊固在直升機結構骨架上或直升機蒙皮內側上。EBC-406HM的安裝位置要求盡可能接近飛行員，其內置的過載傳感器采集直升機航向、橫向及縱向的過載值，該過載值與機上位置緊密相關，距離飛行員越近，越能真實反映飛行員所受的沖擊過載值。EBC-406HM為貨架產品，現配裝在某型國產民用直升機上。

應急救生定位系統KANNAD-406AF為分立式系統，包括主機、控制盒、天線。主機內置了過載傳感器和電池，并向控制盒供電，預留的接口可以接入機上慣導系統，并獲取直升機的實時位置信息。控制盒一般安裝在儀表板上，便于飛行員操作；主機安裝在全機重心附近；天線安裝在直升機駕駛艙頂部或發動機艙外蒙皮上。與EBC-406HM相比，KANNAD-406AF不具有便攜性，飛行員如果要離開直升機，還需再配備便攜式的ELT；KANNAD-406AF的優點是其發射功率和天線增益較大，提高了搜索的效率，縮短了救援搜索時間。KANNAD-406AF也為貨架產品，現配裝在另外一型民用特種直升機上。但是，由于其分立式的系統架構，降低了系統維護的便利性，特別是由于直升機機身較小，維護操作空間有限，實際使用中存在維護不便的問題。

文獻[1]提到的北斗信標機也是一種分立式系統，包括北斗天線、信標天線、主機和控制盒。考慮到直升機遇險時，主要向上發送信號，北斗天線安裝于某型國產直升機尾梁上部，信標天線安裝于座艙頂棚上部。

4 自檢維護

應急救生定位系統或ELT在緊急情況下工作，需要自帶電池。目前應用最廣泛的是鋰錳電池，壽命為6年。電池到期或者應急發射工作以后，就需要替換電池。

EBC-406HM和KANNAD-406AF是基于全球衛星搜救系統（COSPAS-SARSAT），首次使用需要注冊直升機平臺信息，每次注冊的有效期為2年。國產的救生信標機是基于北斗衛星導航系統，需要申領北斗用戶卡，并向地面救援部門（或指揮所）上報備案。

文獻[2]和[3]提到了過載啟動傳感器的檢測，檢測時需要短接設備上的針腳，使得過載檢測系統進入檢測模式，降低其觸發閾值，快速甩動設備即可觸發警告。國產救生信標機的過載傳感器檢測還需要外場檢測設備，與國外產品相比尚有差距。

應急救生定位系統需要進行周期性發射檢測，依據相關民航規定，其檢測時間為整點后5min以內進行。

5 觸發條件

5.1 過載閾值的定義

直升機的過載觸發閾值Q為一矢量值，以載機航向為X軸，側向為Y軸，垂向為Z軸，可將Q值分解為Qx、Qy、Qz3個標量值。通常應急救生定位系統內置3個相互垂直的過載傳感器，分別檢測X向、Y向、Z向的過載值。

圖1為直升機過載閾值的觸發條件，T1為過載值q上升階段達到Q值的時刻，T2為過載值q下降階段達到Q值的時刻。T= T2-T1，為過載脈沖寬度值。

過載觸發條件中還應給定一個最小脈沖寬度Tmin，當T≥Tmin時，即滿足過載觸發條件。

圖1 直升機過載閾值的觸發條件

5.2 直升機的過載觸發閾值條件

文獻[2]中KANNAD-406AF的過載觸發條件符合ED62標準要求，其設置的過載觸發閾值由專門的碰撞研究機構（Crash Research Institute）分析大量撞擊數據后提出，為一固定值。文獻[3]中EBC-406HM的過載閾值為5g～7g，也為固定值。

5.3 過載傳感器的位置選擇

過載傳感器的安裝位置不同，其采集到的載機過載值也會有很大的差異，依據對過載條件的判斷和處置方法的不同，可以有兩種安裝位置。

普遍采用的方法為將過載傳感器的安裝位置選在盡可能靠近飛行員的位置，該位置所檢測的過載值能真實反映飛行員所受的過載值。當過載傳感器采集到的過載值大于5g～7g時，即可過載觸發，這一條件的確定應是基于人體所耐受的過載極限，與載機平臺并不相關。當過載值超過5g～7g時，飛行員就可能出現昏迷等無法手動觸發的情況。此時，就需要應急救生定位系統自動觸發啟動。反之，當過載值小于5g～7g時，可以認為飛行員尚具有手動觸發啟動應急救生定位系統的能力。

另一種過載傳感器的安裝位置為盡可能靠近直升機重心的位置，使其盡可能真實反映載機所受的過載值，不會由于直升機高速機動而誤觸發啟動。對于軍用直升機而言，直升機在高速機動過程中，很可能在局部產生大的過載值，此時將載機本身的過載極限作為判斷依據則更加合理。

5.4 一種基于試飛數據的閾值標定方法

前文提到的兩款國外產品的過載閾值均不會隨直升機平臺的變化而更改，而在實際應用過程中，不僅不同的平臺其振動過載不同，甚至在不同的安裝位置，過載值都有很大不同。而不同的產品，選用的過載傳感器也存在差異，若采用統一的過載閾值，就會存在誤觸發或者過載觸發失效的情況。

為減少上述誤差，可在過載傳感器中內置過載數據記錄單元，并在設備上預留數據卸載接口，每次飛行后，由地面維護人員將本次飛行的過載數據全部下載，通過數據分析軟件，得出直升機一次正常飛行的過載峰值及其脈寬值。通過多次飛行數據的積累，特別是多種環境條件下的試飛數據的積累，得出直升機平臺的正常過載峰值及其脈寬值，將這個值作為該型平臺的過載觸發閾值。

這種通過采集試飛數據在線下進行分析的方式，可以最大限度減小誤觸發的概率，并保證過載觸發的有效性。其不足之處是在試飛階段無法采用過載觸發的方式，考慮到直升機平臺試飛過程中受到嚴密監控，實時位置和飛行狀態信息可以通過其他方式傳輸到地面指揮臺，此不足的影響可以忽略。

6 試飛考核

不同于其他航電設備，應急救生定位系統的試飛考核因為無法設置直升機遇險產生大過載的考核條件，因而無法全面檢測其指標的有效性，實際在試飛驗證中僅能通過飛行員手動觸發的方式，考核其衛星定位及信標發射的有效性。對于過載觸發功能的測試，目前還只能通過在試驗室設置觸發閾值進行考核。所以，通過采集試飛數據并進行線下分析的過載閾值標定方法，也最大限度地滿足了產品功能指標的試飛要求。

7 結束語

直升機載應急救生定位系統是直升機遇險時順利開展救援的重要保障。過載觸發條件的確定是系統設計的難點。本文給出了過載閾值的定義，并結合國內外產品，分析了過載閾值的設置條件及不同設置條件下選取過載傳感器安裝位置的方法。在此基礎上，本文提出了一種結合直升機平臺試飛，采集過載數據并進行線下分析的過載閾值標定方法。

未來應急救生定位系統將日益融入航電系統的總體設計中，在分析積累數據的基礎上，可以進一步研究自適應的過載閾值設置算法，以便提高系統的通用性，降低研發成本。