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(hù)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(yīng)提高，在大氣數(shù)據(jù)測試裝置使用和維護(hù)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(zhǔn)、維修、設(shè)備供應(yīng)廠商多個環(huán)節(jié)的深度參與，目前國內(nèi)具備相應(yīng)校準(zhǔn)、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(jìn)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(hù)過程中引起超差的原因也變得多樣而復(fù)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(dāng)漂移積累到一定程度，必然會出現(xiàn)超差情況，進(jìn)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(jìn)行周期校準(zhǔn)并適時對其進(jìn)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(hù)結(jié)構(gòu)，不規(guī)范操作及設(shè)備在測試、維護(hù)、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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(dāng)設(shè)備出現(xiàn)超差情況且經(jīng)判斷必須對其進(jìn)行修正時，需要經(jīng)具有相應(yīng)資質(zhì)的機構(gòu)對其進(jìn)行修正、再校準(zhǔn)，確認(rèn)無誤后出具證書。目前，廣泛應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)壓力源產(chǎn)生被測大氣數(shù)據(jù)測試裝置需要的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行適當(dāng)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(zhǔn)后仍然存在超差的情況，重復(fù)修正、校準(zhǔn)，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(zhǔn)費用，不但無法保證正常的周期校準(zhǔn)，嚴(yán)重的還會影響飛機研制、運營、維護(hù)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(dāng)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(fù)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(yīng)靜壓測試點讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)測試點總壓讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行標(biāo)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(jìn)行標(biāo)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(fù)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(biāo)，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(yuǎn)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(hù)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(zhǔn)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。