飛機大氣數據系統維修模擬器設計與實現

■ 安樹 汪天京/北京飛機維修工程有限公司華北航線中心

0 引言

飛機大氣系統測試設備廣泛應用于飛機維修領域。但是在日常工作中發現機庫定檢維修中隊的電子維修人員對大氣系統測試設備的使用相對熟練，航線維修中隊的電子維修人員對該測試設備的使用較生疏，甚至存在部分人員不會使用的情況。經統計，我司波音737NG 飛機近5 年因大氣系統突發故障而使用大氣系統測試設備的平均頻次為9.20 次/年。在CAMP 中，關于737NG 飛機的動靜壓系統滲漏測試規定間隔為24 個月，一般會結合C 檢工作執行。經計算得出，我司定檢維修中使用大氣系統測試設備的平均頻次為23.50 次/年，是航線排故使用量的2.55 倍。航線機務人員可能因對測試設備使用不熟練，對系統工作特點了解不透徹，導致判斷故障耗時較長、判斷故障不準確等情況。

本模擬器的研發從根本上改變了飛機大氣數據系統機務維修訓練與實際生產貼合度低的問題，通過模擬器的開發將機務實操訓練與機上真實維修工作無縫銜接。

1 飛機大氣數據系統簡介

飛機大氣數據系統通常由傳感器、大氣數據計算機、輸出及顯示裝置組成。安裝在機頭部分的傳感器采集全壓、靜壓、全溫、迎角等模擬信號數據，一部分信號直接發送到備用儀表系統，另一部分信號通過模數轉換后為數字信號后送至大氣數據計算機。信號經大氣數據計算機進行解算、信號轉換，通過相應的傳輸介質發送至相關系統及顯示系統。經過轉換后可輸出的信號和參數主要包括全壓、靜壓、高度、高度差、升降速率、指示空速、真空速、馬赫數、大氣密度比、總溫、靜溫、迎角燈大氣參數等。與之交聯的系統主要包括飛行控制系統、導航系統、空中交通管制系統、飛行儀表系統、發動機控制系統以及告警系統等。大氣數據系統提供飛機不可或缺的信息，滿足飛機在各種環境條件下的使用要求，提供必要的信息顯示。準確的大氣數據信息對提高飛機機動性能、安全性和經濟性起著至關重要的作用。

2 模擬器的總體結構

本模擬器以波音737NG 飛機為模板，模擬飛機端的大氣數據系統，真實模擬飛機端的空速管、靜壓孔以及ADM（模數轉換模塊）部分。設備外部包括2 個空速管和2 個靜壓口。設備內部包括若干工業用壓力變送器、二次儀表數據采集設備和工業HMI，用于模擬飛機大氣數據相關參數顯示。故障模擬以硬件方式實現。飛機大氣數據系統維修模擬器總體結構如圖1 所示。

圖1 飛機大氣數據系統維修模擬器總體結構

3 硬件部分

該模擬器的硬件部分包括空速管、靜壓孔以及接口部分，壓力變送器和二次儀表數據采集器，如圖2 所示。圖2中間圖片為模擬器展開后的內部結構，兩側圖片分別為左右蓋板上的空速管及靜壓孔。

圖2 飛機大氣數據系統維修模擬器硬件總覽

3.1 接口部分

模擬器與飛機大氣系統測試設備連接，因此空速管應與真實飛機尺寸一致，靜壓接入管路可通過轉接頭實現與飛機大氣測試設備的匹配。模擬器的空速管與靜壓孔的氣路接口采用螺紋方式連接，接頭松脫后可模擬飛機大氣系統氣路的滲漏故障。同時，通過使模擬器管路發生形變，可模擬管路受擠壓后的故障現象。

3.2 壓力變送器

壓力變送器將接收到的氣壓信號轉變為模擬電信號。為確保在正常情況下模擬器顯示的參數與大氣測試設備輸出的參數一致，測量誤差如表1 所示。并且每個測試點的高度與相對應的空速都在誤差范圍內。

表1 為波音公司針對737NG 飛機大氣數據系統給出的測試點。由表1 所要求的誤差可以看出，測試點6 中高度所要求的精度最高，精度為0.573%。同時可得出，高度與空速所需測量最大值分別為：高度41000ft，空速340knos。

表1 壓力變送器測量誤差表

根據靜力學公式：

式中，h為高度；t為氣體溫度；P為壓力。

可以看出，當溫度一定時，高度與壓力成反比。因此，高度測量范圍值應以標準海平面為準，即101.325kPa。

由于該模擬器主要在室內培訓使用，根據動壓公式：

可以得出，室溫（25°C）情況下340knos 空速對應的壓力為18.126kPa。高度與空速所得的兩個壓力值中最大為101.325kPa。因此，壓力變送器量程應為0 ～200kPa。

綜上所述，應至少選擇量程為0 ～200kPa、精度等級為0.5%FS 的壓力變送器。

3.3 二次儀表數據采集器

由于該模擬器有2 路空速輸入信號和2 路靜壓輸入信號，共4 路輸入信號，因此需使用二次儀表數據采集器將接收到的多路模擬電信號轉為數字信號，輸出至RS485 總線。

4 軟件部分

飛機大氣數據系統維修模擬器軟件部分的主要功能是對來自二次儀表數據采集器的信號進行處理后，在顯示器上進行實時顯示。軟件采用kingview（組態王）在Windows 平臺下運行。該軟件是一種通用的工業監控軟件，適用于單一設備的生產運營管理和故障診斷，以及網絡結構分布式大型集中監控管理系統的開發。支持與國內外常見的PLC、智能模塊、智能儀表、變頻器、數據采集板卡進行數據通信。組態王軟件結構由工程管理器、工程瀏覽器及運行系統三部分組成。本模擬器使用該軟件的工程瀏覽器，用于創建監控畫面、監控設備及相關變量、動畫鏈接等，設定運行系統的配置；通過運行系統從采集設備中獲得通信數據，并依據工程瀏覽器的動畫設計顯示動態畫面，實現人機交互操作，軟件界面效果如圖3 所示。

圖3 飛機大氣數據系統維修模擬器軟件界面

5 結束語

本模擬器真正解決了現有技能培養中低效且不同質的問題。低效體現在現有能熟練使用大氣系統測試設備的機務人員通常工作年限大于3 ～5 年；不同質體現在團隊不同、師傅不同、日常分工不同，維修技能水平參差不齊。通過模擬器反復密集地進行實操訓練，實現操作標準統一、操作程序統一，操作結果直觀、真實可見。