航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)視地面站建立規(guī)范研究

朱 瑾鄭宏亮于宏軍唐 偉榮 剛

（1.中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所， 北京 100028 ； 2.航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所，江蘇 無(wú)錫214063；3.沈陽(yáng)航空航天大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110136）

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航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)視地面站建立規(guī)范研究

朱 瑾1鄭宏亮2于宏軍1唐 偉1榮 剛3

（1.中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所， 北京 100028 ； 2.航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所，江蘇 無(wú)錫214063；3.沈陽(yáng)航空航天大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110136）

[摘要]從標(biāo)準(zhǔn)角度詳細(xì)闡述航空發(fā)動(dòng)機(jī)地面站建設(shè)中的功能和性能，軟件、硬件、系統(tǒng)試驗(yàn)等相關(guān)要求以及重點(diǎn)對(duì)地面站系統(tǒng)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)、軟件設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)等進(jìn)行了規(guī)定。

[關(guān)鍵詞]航空；發(fā)動(dòng)機(jī)； 研究

[收修訂稿日期] 2016-03-24

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的心臟，其可靠性直接影響飛行安全，并且相關(guān)的維修費(fèi)用很高，因此保證發(fā)動(dòng)機(jī)良好的工作狀態(tài)及各系統(tǒng)參數(shù)正常非常重要。過(guò)去，營(yíng)運(yùn)人通常通過(guò)定期的預(yù)防性維修，來(lái)避免潛在的發(fā)動(dòng)機(jī)失效。近年來(lái)，發(fā)動(dòng)機(jī)制造商開(kāi)始采用狀態(tài)監(jiān)控的方法取而代之。

發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)從功能上分為機(jī)載系統(tǒng)和地面站兩部分。發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)從安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的專(zhuān)用傳感器中獲取。大多數(shù)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)都要傳送到地面站進(jìn)行處理。機(jī)載裝置采集這些數(shù)據(jù)，并通過(guò)飛機(jī)通信尋址與報(bào)告系統(tǒng)（ACARS）實(shí)時(shí)傳送到地面站。沒(méi)有實(shí)時(shí)傳送的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在移動(dòng)介質(zhì)中，等飛機(jī)返回地面時(shí)再傳輸?shù)降孛嬲具M(jìn)行處理?，F(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)大多采用狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，其地面站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)研制需求強(qiáng)烈。

1 國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)情況

國(guó)外在20世紀(jì)70年代就開(kāi)始注重發(fā)展發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)，目前已成為科學(xué)技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，不斷由簡(jiǎn)單向復(fù)雜、由低級(jí)向高級(jí)發(fā)展，各種先進(jìn)技術(shù)也在狀態(tài)地面監(jiān)控站中得到應(yīng)用，并取得了很好的效果。與此同時(shí)，國(guó)外航空標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程也在不斷向前推進(jìn)，與發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)形成了比較完善的體系。

到目前為止，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展， SAE航空理事會(huì)已經(jīng)制定和發(fā)布了31項(xiàng)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋了發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控工作的方方面面。這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和使用具有重要的指導(dǎo)意義，它們的發(fā)布有力推動(dòng)了發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的不斷發(fā)展與完善。

通過(guò)調(diào)研了解到的與發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)共計(jì)20項(xiàng)，其中航空航天推薦方案（ARP）2項(xiàng)，航空航天信息報(bào)告（AIR）15項(xiàng)，航空航天標(biāo)準(zhǔn)（AS）3項(xiàng)。

這20項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)大體可以分為5類(lèi)，其中綜合性標(biāo)準(zhǔn)，涉及的內(nèi)容包括監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)指南、成本分析、可靠性、性能評(píng)估等；壽命管理標(biāo)準(zhǔn)；性能與狀態(tài)監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，包括溫度監(jiān)控、滑監(jiān)控、振動(dòng)監(jiān)控、部件監(jiān)控等；診斷與預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)；機(jī)載與地面數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)。

在上述5類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)中，很多標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)機(jī)載監(jiān)控系統(tǒng)，涉及地面站的內(nèi)容較少，主要為SAE AIR 4175《航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)視地面站建立指南》。

從地面站開(kāi)發(fā)的角度出發(fā)，SAE AIR 4175為發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控地面站的開(kāi)發(fā)者提供了一個(gè)總體性的設(shè)計(jì)指南。該標(biāo)準(zhǔn)屬于航空航天信息報(bào)告（AIR），最初發(fā)布于1994年，2005年發(fā)布修訂版。該文件介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控地面站的主要功能，給出了地面站開(kāi)發(fā)中需要考慮的各種因素，另外還包括地面站技術(shù)的一些最新進(jìn)展，可以為地面站的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)工作提供明確的指導(dǎo)。標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容包括：運(yùn)行考慮因素、系統(tǒng)功能要求、輸入數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、輸出數(shù)據(jù)、高級(jí)功能、使用者考慮因素、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)考慮因素等。

縱觀國(guó)內(nèi)從1995年民航總局要求航空公司開(kāi)展發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控工作以來(lái)，通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)和變化趨勢(shì)的監(jiān)控，該項(xiàng)工作已取得了明顯成效，對(duì)提供發(fā)動(dòng)機(jī)工作的可靠性和安全性起到了良好作用。同時(shí)，隨著對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理需求的提高，由發(fā)動(dòng)機(jī)制造商提供的地面處理系統(tǒng)難以滿(mǎn)足各航空公司對(duì)于數(shù)據(jù)處理的多樣化要求，發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控地面站的自主研發(fā)已經(jīng)受到越來(lái)越多的重視，國(guó)內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)在這方面也取得了一定的進(jìn)展。

而國(guó)內(nèi)由于在航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)領(lǐng)域的研發(fā)領(lǐng)域尚處于起步階段，至今還沒(méi)有建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，也由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的缺乏和滯后，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)視地面站的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和使用并沒(méi)有較為明確的指導(dǎo)和依據(jù)，存在一定的盲目性。

因此在編制國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)視地面站建立規(guī)范時(shí)，應(yīng)積極參考SAE AIR 4175標(biāo)準(zhǔn)，但同時(shí)由于該標(biāo)準(zhǔn)屬于航空信息記錄，其中含有大量說(shuō)明性的信息，內(nèi)容相對(duì)比較冗長(zhǎng)，而國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)則要求言簡(jiǎn)意賅，所以在參考SAE標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)應(yīng)參考GJB 4866-2003《飛機(jī)參數(shù)記錄系統(tǒng)地面站通用規(guī)范》框架結(jié)構(gòu)，在充分理解SAE內(nèi)容及相關(guān)技術(shù)背景前提下對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行合理剪裁和消化驗(yàn)證。

2 待編制標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

2.1 功能和組成

通常把發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)（EMS）的功能劃分為發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)視裝置（EMU）和地面支持站（GSS）兩部分。其中，EMU是個(gè)機(jī)載平臺(tái)，安裝在飛機(jī)上，實(shí)現(xiàn)EMS的一部分功能，GSS是EMS的地面部分，一般承擔(dān)EMS的主要功能。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)視地面站的主要功能是處理、分析、管理和備份各種與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的飛行數(shù)據(jù)、后勤數(shù)據(jù)和維護(hù)數(shù)據(jù)，以支持航空發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)和后勤管理。

地面站包括硬件和軟件，其中硬件主要包括計(jì)算機(jī)、輸入輸出設(shè)備、以及為提高用電安全而配置的不間斷電源等；軟件裝載在計(jì)算機(jī)中，標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)給出軟件的主要功能模塊。

2.2 設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)

標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)規(guī)定地面站的設(shè)計(jì)應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定并參考國(guó)軍標(biāo)相應(yīng)要求。如軟件的模塊化設(shè)計(jì)要求，滿(mǎn)足相關(guān)軟件開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的要求；滿(mǎn)足各種潛在用戶(hù)實(shí)際使用需求的輸入輸出接口設(shè)計(jì)、能自動(dòng)檢測(cè)、識(shí)別輸入輸出設(shè)備失效并采取安全措施的要求；友好的人機(jī)界面設(shè)計(jì)要求；不同用戶(hù)的權(quán)限管理設(shè)計(jì)；以及規(guī)定一般情況下，對(duì)地面站進(jìn)行性能測(cè)試的外部環(huán)境條件。同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)規(guī)定地面站軟件測(cè)試要求，如應(yīng)規(guī)定地面站硬件、軟件須經(jīng)過(guò)系統(tǒng)聯(lián)試，并經(jīng)驗(yàn)證表明其功能、性能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2.3 硬件要求

標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)分兩個(gè)方面對(duì)硬件提出要求，一是硬件設(shè)備的要求；二是對(duì)一些關(guān)鍵的硬件性能參數(shù)提出要求。在設(shè)備要求中，主要參照國(guó)外指南，應(yīng)提出在硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮的主要要求，某些要求之間可能存在矛盾，如加固性和可維修性或經(jīng)濟(jì)性等，需根據(jù)實(shí)際需要加以權(quán)衡。

性能要求中，應(yīng)著重提出應(yīng)考慮硬件的處理速度、顯示速度，以及存儲(chǔ)設(shè)備的容量要求，以滿(mǎn)足地面站系統(tǒng)的運(yùn)行和擴(kuò)展性要求。

同時(shí)應(yīng)參考GJB 4866-2003《飛機(jī)參數(shù)記錄系統(tǒng)地面站通用規(guī)范》相關(guān)要求，考慮一般要求和經(jīng)濟(jì)性，UPS容量應(yīng)能斷電后持續(xù)供電10min以上。

2.4 軟件要求

軟件要求中，有關(guān)運(yùn)行環(huán)境、開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和工具、數(shù)據(jù)精度要求、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)要求等，應(yīng)主要參考GJB 4866-2003《飛機(jī)參數(shù)記錄系統(tǒng)地面站通用規(guī)范》的相關(guān)要求，并結(jié)合國(guó)內(nèi)主流應(yīng)用軟件的相關(guān)要求規(guī)定。

軟件要求中，主要功能模塊的要求，基于國(guó)內(nèi)目前在發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)視地面站建設(shè)方面可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)不多，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺乏的現(xiàn)狀，尚不足以歸納總結(jié)提煉成規(guī)范，所以該部分內(nèi)容應(yīng)主要參考國(guó)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)視地面站的相關(guān)資料（SAE AIR 4175），同時(shí)為滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)規(guī)范編制要求，在保留所有功能模塊框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、充分理解其內(nèi)容及相關(guān)技術(shù)背景的前提下，對(duì)SAE AIR 4175的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行合理的刪節(jié)和簡(jiǎn)化。

另外，考慮到地面站的使用環(huán)境，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)規(guī)定地面站的溫度、振動(dòng)、濕熱、霉菌、鹽霧等環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)要求，以滿(mǎn)足在不同使用環(huán)境下能可靠地完成任務(wù)。同時(shí)考慮在砂塵嚴(yán)重地區(qū)的使用環(huán)境要求，應(yīng)增加砂塵試驗(yàn)要求等。

3 結(jié)論

待編制的航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)視地面站建立規(guī)范為航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的重要標(biāo)準(zhǔn)，其應(yīng)主要針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)地面站建設(shè)中的功能和性能，軟件、硬件、系統(tǒng)試驗(yàn)等相關(guān)要求進(jìn)行規(guī)定；同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)詳細(xì)規(guī)定地面站系統(tǒng)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)、軟件設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、質(zhì)量保證規(guī)定等要求，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)視地面站設(shè)計(jì)和使用提供標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)支持。

（編輯：雨晴）

[中圖分類(lèi)號(hào)]T-65

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]C

[文章編號(hào)]1003-6660（2016）03-0014-03

[DOI編碼]10.13237/j.cnki.asq.2016.03.004