基于電子飛行包EFB 的多機型性能計算集成研究

曾麗輝

（南京航空航天大學，江蘇 南京 210016）

電子飛行包（EFB）作為一種主要用于駕駛艙的電子信息管理和顯示系統(tǒng)，能夠取代傳統(tǒng)的紙質(zhì)資料顯示多種航空信息數(shù)據(jù)和進行飛機性能等基本的計算。目前國外關于飛機實時性能計算的典型是空客公司的Flysmart 和波音公司的OPT 軟件，但在國內(nèi)應用存在以下缺點：（1）開發(fā)接口封閉，無法與國內(nèi)自主研發(fā)的EFB 應用軟件關聯(lián)，無法自動獲取相關航班動態(tài)信息；（2）2 款軟件之間無法交互，后臺性能人員需要分別維護2 個機型的性能底層數(shù)據(jù)；（3）由于存在技術壟斷，2 款軟件服務費收費高昂，增加航司的運營成本。因此，加快推進基于電子飛行包EFB 的多機型性能計算集成應用的探索，打破國外技術壟斷，助推國產(chǎn)民機在該領域的應用研究，其必要性和重要性不言而喻。

1 起飛著陸過程分析

飛機在起飛降落過程中，發(fā)動機、剎車等裝置會受到天氣、氣壓、跑道狀況等多方面的影響，這些影響因素會導致起飛和降落階段的性能參數(shù)產(chǎn)生變化。

1.1 起飛性能影響因素分析

（1）溫度。當外界溫度低于平推力溫度，起飛推力保持恒定的平額定推力，當外界大氣溫度達到或高于平推力溫度之后，起飛推力受限于排氣溫度的限制，起飛推力減小。（2）風。頂風有助于起飛，順風不利于起飛。（3）氣壓高度。氣壓高度增加時，可用推力減小，真空速提高，起飛爬升梯度減小，所需要的跑道長度相應增加。（4）跑道坡度。上坡起飛，可用起飛滑跑距離增加，可用加速-停止距離減少；下坡起飛，可用起飛滑跑距離縮短，可用加速-停止距離增加。

1.2 著陸性能影響因素分析

飛機著陸主要經(jīng)受定高飛行、下滑與地面減速等階段。飛機著陸的影響因素為以下幾點。

（1）著陸入口速度和入口高度。著陸入口速度和入口高度增加，著陸距離增長。（2）著陸接地點的控制。實際飛行員操作中，拉平飛段方式會增加著陸距離。（3）道面情況。積水、污染使摩擦系數(shù)降低，所需的著陸距離增加。

2 EFB 性能計算多機型集成應用設計

2.1 性能計算存在的問題

目前，國內(nèi)主流飛機機型為空客、波音和中國商飛機型，多機型、多廠商、多性能計算軟件共存的現(xiàn)實情況在各大航空公司普遍存在，通過調(diào)研，發(fā)現(xiàn)目前性能工程師和機組人員在使用的過程中普遍存在2 個問題：（1）性能工程師在日常的數(shù)據(jù)維護過程中，需要在電腦終端分別安裝各廠商提供的性能計算軟件并分別對其中的機場、跑道、障礙物的機場基礎信息進行維護，重復工作量大、存在人為錯誤風險并且在數(shù)據(jù)周期時，需要進行大量性能圖表的計算和數(shù)據(jù)分析工作。（2）在存在多機型的航司，對飛行員使用性能軟件提高了不小的切換成本，飛行員需要在執(zhí)飛不同廠商機型的任務時，需要切換不同的性能軟件進行飛機性能評估，且各個廠商的性能計算軟件無論從使用方式和結(jié)果展示方式均各不相同。

2.2 計算軟件系統(tǒng)框架設計

EFB 性能計算界面可以通過指定的輸入?yún)?shù)調(diào)用基于SCAP 協(xié)議封裝的WEB 服務接口，能夠?qū)崿F(xiàn)EFB 性能計算的在線性能計算功能。通過規(guī)范指定的性能計算條件，能夠?qū)⒍鄰S商、多機型的輸入條件進行規(guī)范處理，這樣只需基于SCAP 協(xié)議維護各機型的構型參數(shù)以及設計后臺計算邏輯就可以實現(xiàn)多機型計算的功能效果，同時通過接口的方式，還可以設計不同的商用計算邏輯，為后期實現(xiàn)不同性能需求留有個性化的業(yè)務邏輯設計空間，大幅提升了EFB 多機型性能計算的個性化需求設計。

2.3 邏輯框架設計

（1）物理結(jié)構框架。EFB 性能計算多機型集成應用以性能服務器、接口服務器、應用服務器和數(shù)據(jù)庫服務器為基礎。性能服務器用于實時性能計算，一般由2 臺服務器進行負載均衡；接口服務器可與應用服務器共用，基于接口服務器通過EFB 與飛行員建立連接；應用服務器和數(shù)據(jù)庫服務器服務于性能工程師，其中應用服務器用于提供通告解析、圖形分析、告警等應用服務部署，數(shù)據(jù)庫服務器采用雙機熱備用于數(shù)據(jù)庫存儲。（2）客戶端邏輯架構。性能管理系統(tǒng)需將客戶端與數(shù)據(jù)庫進行連接，實現(xiàn)性能計算?？蛻舳税C場數(shù)據(jù)管理、機型數(shù)據(jù)管理、飛機數(shù)據(jù)管理、構型數(shù)據(jù)管理、構型參數(shù)數(shù)據(jù)管理、導入數(shù)據(jù)管理與導出數(shù)據(jù)管理，數(shù)據(jù)庫包括機場跑道數(shù)據(jù)、障礙物數(shù)據(jù)、機型數(shù)據(jù)庫和性能數(shù)據(jù)庫。通過Web Api 與EFB 將客戶端與數(shù)據(jù)庫進行連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效提取和計算。（3）框架和架構組件?；谏鲜鲞壿嬁蚣?，通過公共模塊、工具模塊、模型層、數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務邏輯層、自定義控件層、窗體模塊、項目主程序、服務層、服務宿主和數(shù)據(jù)接口層等11 個模塊實現(xiàn)具體功能，主要實現(xiàn)日志管理、基礎數(shù)據(jù)訪問和審核數(shù)據(jù)的存取、性能計算主程序、對外提供WebApi數(shù)據(jù)接口等功能。

3 測試用例及驗證

本文以波音B737-800 機型為例，將計算結(jié)果與PET比對，驗證搭建的計算框架的準確性。起飛階段計算的輸出結(jié)果包括最大起飛限重值、V1、V2 和VR 數(shù)據(jù)。

（1）固定的風速、溫度、襟翼選項數(shù)據(jù)、反推選項數(shù)據(jù)、空調(diào)選項數(shù)據(jù)、防冰選項數(shù)據(jù)和道面選項數(shù)據(jù)選擇ZBAA 機場的01 跑道參數(shù)為溫度12℃，靜風，干道面、襟翼05、空調(diào)AUTO、放冰OFF、所有反推工作，進行計算得到輸出結(jié)果為V1=151.8 節(jié)，V2=157.3 節(jié)，VR=152.9 節(jié)，最大起飛限重值為77791kg，性能計算軟件PET 計算的結(jié)果信息為V1=151.8 節(jié)，V2=157.3 節(jié)，VR=152.9 節(jié)，最大起飛限重值為77791kg，經(jīng)比較輸出結(jié)果數(shù)據(jù)與PET 軟件的輸出結(jié)果數(shù)據(jù)一致。（2）固定的風速和溫度，按照不同的襟翼選項數(shù)據(jù)、反推選項數(shù)據(jù)、空調(diào)選項數(shù)據(jù)、防冰選項數(shù)據(jù)和道面選項數(shù)據(jù)組合選擇ZBAA 機場01 跑道使用靜風、12℃以及分別與干和濕的道面選項、01 和05 的襟翼選項、AUTO 和OFF 的空調(diào)、OFF 和ON 的放冰選項以及工作和不工作的反推選項的計算條件，有32 種組合計算條件進行計算驗證，選取三種組合關系進行展示。經(jīng)比較，三種條件下的計算結(jié)果與PET 一致。條件1：靜風、12℃、干道面、襟翼01、空調(diào)AUTO、放冰OFF、反推工作。ZBAA 機場01 跑道的輸出結(jié)果信息為V1=158 節(jié)，V2=163.2 節(jié)，VR=159.3 節(jié)，最大起飛限重值為77791kg，性能計算軟件PET 計算的結(jié)果信息為V1=151.8 節(jié)，V2=157.3 節(jié)，VR=152.9 節(jié)，最大起飛限重值為77791kg。條件2：靜風、12℃、濕道面、襟翼05、空調(diào)AUTO、放冰OFF、反推工作。ZBAA機場01 跑道的輸出結(jié)果信息為V1=145.4 節(jié)，V2=157.3節(jié)，VR=152.9 節(jié)，最大起飛限重值為77791kg，性能計算軟件PET計算的結(jié)果信息為V1=145.4節(jié)，V2=157.3節(jié)，VR=152.9 節(jié)，最大起飛限重值為77791kg。條件3：靜風、12℃、干道面、襟翼05、空調(diào)AUTO、放冰OFF、反推工作。

ZBAA 機場01 跑道的輸出結(jié)果信息為V1=151.8節(jié)，V2=157.3 節(jié)，VR=152.9 節(jié)， 最大起飛限重值為77791kg，性能計算軟件PET 計算的結(jié)果信息為V1=151.8 節(jié)，V2=157.3 節(jié)，VR=152.9 節(jié)，最大起飛限重值為77791kg。（3）使用固定襟翼選項數(shù)據(jù)、反推選項數(shù)據(jù)、空調(diào)選項數(shù)據(jù)、放冰選項數(shù)據(jù)和道面選項數(shù)據(jù)以及分別按照不同的風速和溫度組合。選擇ZBAA 機場01 跑道，使用干道面、襟翼05、空調(diào)AUTO、放冰OFF、所有反推工作以及風速和溫度的計算條件，分別進行組合計算，驗證比較輸出結(jié)果數(shù)據(jù)與性能計算軟件PET 的輸出結(jié)果數(shù)據(jù)是否一致。由于組合較多，本文選取3 種組合結(jié)果展示，經(jīng)比較輸出結(jié)果數(shù)據(jù)與性能計算軟件PET 的輸出結(jié)果一致。

條件1：頂風-10KT、12℃、干道面、襟翼05、空調(diào)AUTO、放冰OFF、所有反推工作。結(jié)果1：ZBAA 機場01 跑道的輸出結(jié)果信息為V1=149.8 節(jié)，V2=156.4 節(jié)，VR=151.8 節(jié)，最大起飛限重值為76689kg，性能計算軟件PET 計算的結(jié)果信息為V1=149.8 節(jié)，V2=156.4 節(jié)，VR=151.8 節(jié)，最大起飛限重值為76689kg。

條件2：靜風、26 ℃、干道面、襟翼05、空調(diào)AUTO、放冰OFF、所有反推工作。結(jié)果2：ZBAA 機場01跑道的輸出結(jié)果信息為V1=151.8 節(jié)，V2=157.3 節(jié)，VR=153 節(jié)，最大起飛限重值為77791kg，性能計算軟件PET 計算的結(jié)果信息為V1=151.8 節(jié)，V2=157.3 節(jié)，VR=153 節(jié)，最大起飛限重值為77791kg。

條件3：順風10KT、30℃、干道面、襟翼05、空調(diào)AUTO、放冰OFF、所有反推工作。結(jié)果3：ZBAA 機場01 跑道的輸出結(jié)果信息為V1=152 節(jié)，V2=157.2 節(jié)，VR=152.9 節(jié)，最大起飛限重值為77699kg，性能計算※軟件PET 計算的結(jié)果信息為V1=152 節(jié)，V2=157.2 節(jié)，VR=152.9 節(jié)，最大起飛限重值為77699kg。

通過上述對本文性能計算結(jié)果與PET 結(jié)果進行比對，數(shù)據(jù)基本無誤差，且該構型參數(shù)基本維護一遍不需要頻繁修改操作，因此本文的基于電子飛行包EFB 的性能計算結(jié)果較為準確，具有較強的實用價值。

4 結(jié)語

本文創(chuàng)新的提出基于EFB 的多機型性能計算，通過分析起飛和著落性能影響因素，按照軟件設計模塊研究飛機性能計算過程必須使用的各類參數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部各功能的解耦設計以及外部數(shù)據(jù)抽取的服務化。本文為解決國外性能計算軟件不能進行多機型的性能計算，搭建國內(nèi)集成多機型性能計算的平臺，為性能計算的可行性提供理論和數(shù)據(jù)支撐的同時，為其應用研究提供技術方向和解決方案。