基于雙視圖結(jié)構(gòu)模型的民用飛機(jī)試飛改裝設(shè)計(jì)技術(shù)

孫良峰

【摘 要】為了提高民用飛機(jī)試飛改裝設(shè)計(jì)效率，研究了基于雙視圖結(jié)構(gòu)模型的改裝設(shè)計(jì)技術(shù)。構(gòu)建了系統(tǒng)視圖與設(shè)計(jì)視圖關(guān)聯(lián)的雙視圖結(jié)構(gòu)模型，通過雙視圖結(jié)構(gòu)模型來組織試飛改裝過程中的信息，并支持改裝設(shè)計(jì)流程中的各個(gè)環(huán)節(jié)。在空氣管理系統(tǒng)試飛改裝設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證。

【關(guān)鍵詞】試飛改裝；雙視圖結(jié)構(gòu)模型；輔助設(shè)計(jì)平臺(tái)

0 引言

民用飛機(jī)試飛改裝是指為了進(jìn)行試飛驗(yàn)證活動(dòng)，在不影響飛機(jī)功能、性能的前提下，在飛機(jī)上增加必要的測試裝備來獲取飛機(jī)在真實(shí)使用環(huán)境下的功能和性能數(shù)據(jù)[1，2]。試飛改裝設(shè)計(jì)是試飛驗(yàn)證活動(dòng)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，決定了試飛試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的具體實(shí)施方案，直接影響到試飛驗(yàn)證的質(zhì)量。制定合理的試飛改裝方案能有效提高試飛價(jià)值，從而減少試驗(yàn)成本。

整個(gè)試飛改裝設(shè)計(jì)過程涉及了試飛需求制定、改裝方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集與分析等活動(dòng)[3，4]。由于涉及環(huán)節(jié)多，很容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)困難、信息不能及時(shí)傳達(dá)、信息錯(cuò)漏與沖突等問題。為了提高試飛改裝設(shè)計(jì)效率，本文提出基于雙視圖結(jié)構(gòu)的試飛改裝設(shè)計(jì)技術(shù)，以系統(tǒng)視圖-結(jié)構(gòu)視圖相結(jié)合的方式支撐試飛改裝設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)。

1 試飛改裝設(shè)計(jì)流程

試飛改裝主體工作可分為試飛需求分析、改裝方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集與驗(yàn)證三大部分。

1.1 試飛需求分析

試飛需求來源可分為為了滿足CCAR條款[5]而產(chǎn)生的飛行試驗(yàn)需求，即審定試飛需求，以及為了功能與性能研究、系統(tǒng)排故而產(chǎn)生的飛行試驗(yàn)需求，即研發(fā)試飛需求。在試飛需求確定階段，設(shè)計(jì)員根據(jù)這兩種需求，制定試飛科目，根據(jù)科目特點(diǎn)及科目之間的相關(guān)性確定試飛架次安排需求，再逐一確定各試飛科目中關(guān)注的測試信息與評判依據(jù)，形成總的試飛要求。

1.2 改裝方案設(shè)計(jì)

改裝方案設(shè)計(jì)是以各系統(tǒng)試飛要求為輸入，首先由試飛工程人員結(jié)合試飛資源約束，安排試飛分工，優(yōu)化測量參數(shù)，將細(xì)化后的需求提交給測試改裝部，由測試改裝人員結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)確定傳感器的類型、安裝位置，進(jìn)而采購需要的傳感器、采集器等設(shè)備，并設(shè)計(jì)固定這些設(shè)備的支架。

1.3 數(shù)據(jù)采集與驗(yàn)證

在每個(gè)試飛科目完成后，采集到的各類數(shù)據(jù)需要進(jìn)行分析處理[6，7]，提交給設(shè)計(jì)人員來驗(yàn)證最初的需求，并通過試飛過程中數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性，設(shè)備故障率等來分析試飛改裝方案的合理性，為后續(xù)試飛方案的設(shè)計(jì)與改進(jìn)提供支持。

2 雙視圖結(jié)構(gòu)模型

試飛改裝設(shè)計(jì)各個(gè)階段會(huì)產(chǎn)生各種類型的信息，如果能有機(jī)地將各類信息關(guān)聯(lián)在一起，可使試飛改裝工作更系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)也能更清晰。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)貫穿了整個(gè)試飛改裝工作，所以本文提出圍繞著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來組織試飛改裝的各類信息，使信息關(guān)聯(lián)性更強(qiáng)，避免冗長的信息鏈造成的錯(cuò)漏風(fēng)險(xiǎn)，也能更方便地支持試飛改裝設(shè)計(jì)工作?？紤]到不同階段的特定需求，這里采用系統(tǒng)視圖與設(shè)計(jì)視圖結(jié)合的雙視圖結(jié)構(gòu)模型。

雙視圖結(jié)構(gòu)模型是為了適應(yīng)試飛改裝工作，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行的不同粒度描述。將偏重于對實(shí)現(xiàn)功能描述的結(jié)構(gòu)組織模型定義為系統(tǒng)視圖，將展現(xiàn)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的結(jié)構(gòu)組織模型定義為設(shè)計(jì)視圖。系統(tǒng)視圖按照功能的分解形式進(jìn)行結(jié)構(gòu)描述，視圖中的結(jié)構(gòu)元素都對應(yīng)系統(tǒng)功能分解的各子功能，設(shè)計(jì)視圖則是將系統(tǒng)所有的組成零部件及其之間的連接關(guān)系呈現(xiàn)出來。設(shè)計(jì)視圖比系統(tǒng)視圖粒度更細(xì)，所以一個(gè)系統(tǒng)視圖上的節(jié)點(diǎn)與一個(gè)或多個(gè)設(shè)計(jì)視圖上的節(jié)點(diǎn)有映射關(guān)系。為了體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的層次關(guān)系，同時(shí)方便計(jì)算機(jī)的表達(dá)，采用樹型結(jié)構(gòu)模型表達(dá)系統(tǒng)視圖與結(jié)構(gòu)視圖，再建立兩個(gè)視圖之間的映射關(guān)系，從而構(gòu)建雙視圖結(jié)構(gòu)模型。

樹型結(jié)構(gòu)模型可用一個(gè)二元組來表示：XX_TREE=[E，R]，其中E是所有節(jié)點(diǎn)元素的集合，R是定義在集合E上的關(guān)系，可寫成矩陣形式R（E，E）=[rij]n×n，i≠j，其中n為集合E中元素?cái)?shù)量，若rij=0，則表示元素i與j無直接關(guān)系，若rij=1，則表示元素i為j的父節(jié)點(diǎn)，若rij=-1，則表示元素i為j的子節(jié)點(diǎn)。以此為基礎(chǔ)可定義雙視圖的數(shù)學(xué)模型M：

3 基于雙視圖結(jié)構(gòu)模型的試飛改裝設(shè)計(jì)

采用雙視圖結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行試飛改裝設(shè)計(jì)的主體思想是將試飛改裝各環(huán)節(jié)圍繞著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)展開，在結(jié)構(gòu)樹上組織相關(guān)信息，隨著改裝設(shè)計(jì)的推進(jìn)而變化結(jié)構(gòu)視角，為不同階段的設(shè)計(jì)工作提供靈活的信息支持。

3.1 在試飛需求分析階段

將結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的功能呈現(xiàn)給設(shè)計(jì)人員，設(shè)計(jì)人員根據(jù)試飛驗(yàn)證需求制定試飛科目，每項(xiàng)試飛科目中會(huì)產(chǎn)生各種測量參數(shù)需求，結(jié)合與功能關(guān)系密切的系統(tǒng)視圖，設(shè)計(jì)人員能清晰地將各參數(shù)需求添加到合適的部件節(jié)點(diǎn)上，并確定測量位置的大致需求，方便設(shè)計(jì)人員從系統(tǒng)層面優(yōu)化測量參數(shù)需求。

3.2 在方案設(shè)計(jì)階段

將設(shè)計(jì)視角轉(zhuǎn)到設(shè)計(jì)信息更具體的設(shè)計(jì)視圖上，根據(jù)映射關(guān)系調(diào)出系統(tǒng)視圖關(guān)聯(lián)的測量大致位置信息，結(jié)合設(shè)計(jì)視圖中各零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)信息，決定傳感器的型號(hào)與安裝的具體位置，將改裝信息具體化到可實(shí)施的程度，供改裝工程師執(zhí)行改裝方案。

3.3 在數(shù)據(jù)采集驗(yàn)證階段

重新回到系統(tǒng)視圖，根據(jù)各功能性能驗(yàn)證需求對試飛數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理，并輸入到各相關(guān)驗(yàn)證判據(jù)中進(jìn)行分析評判。

4 總結(jié)

本文在分析了試飛改裝設(shè)計(jì)流程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了雙視圖結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建方法，并應(yīng)用于試飛改裝設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)，本文所述方法的特點(diǎn)是：

1）采用雙視圖結(jié)構(gòu)模型的方式將信息進(jìn)行集中管理，能減少改裝設(shè)計(jì)過程中的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，減少錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)；

2）根據(jù)不同的改裝設(shè)計(jì)階段，能靈活變動(dòng)結(jié)構(gòu)視角，便于相關(guān)人員關(guān)注需要的信息，更方便清晰地完成改裝設(shè)計(jì)。

本文目前只構(gòu)建了試飛改裝設(shè)計(jì)方法的整體框架與方法，試飛改裝工作涉及面很廣，例如試飛科目的架次分配、改裝參數(shù)的系統(tǒng)化優(yōu)化等細(xì)節(jié)方面還需要進(jìn)一步的深入研究。

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[責(zé)任編輯：湯靜]