試飛駕駛技術評價方法研究

劉智漢 張曉敏 黨維

摘要：通過分析以往試飛駕駛技術評價方法中出現的問題，以典型的俯仰倍脈沖試飛動作為研究對象，將整個動作過程分為三個階段，提出了針對每個動作階段的評價標準以及整個試飛駕駛動作的評價算法，并在此基礎上開發(fā)了駕駛動作評價軟件，最后在地面模擬器上對評價軟件的效果進行了驗證，結果表明該方法能夠客觀地評價試飛駕駛技術水平，可以推廣到其他試飛駕駛動作的評價上。

關鍵詞：試飛駕駛技術;評價軟件;地面模擬;試飛員;算法

中圖分類號：V217????? 文獻標識碼：A???? DOI：10.19452/j.issn1007-5453.2019.03.006

準確的符合規(guī)范要求的飛行試驗駕駛技術不僅可以充分地揭示被試產品的特性，暴露其設計和制造缺陷，同時也保證了試飛方法原理的正確性和有效性，從而確保試飛結論的真實可靠。因此，不斷提高飛行試驗駕駛技術是確保飛行試驗質量的關鍵，是新航空武器裝備定型試飛和民用飛機適航審定試飛獲得可靠結論的重要保證]。而在試飛員培訓中，由于學員的人為因素，導致同一個動作，不同的試飛員做出的結果也差別很大，對試飛結果帶來影響，因此，有必要建立一套完整的試飛駕駛技術評價訓練體系，使每個學員都掌握標準的試飛駕駛動作，盡量避免人為因素對試飛結果的影響。

目前國內關于試飛駕駛動作的評價方法研究開展得比較少，更多的是針對特定試飛科目的試飛方法研究。參考文獻建立了地面模擬評價系統(tǒng)，但評價準則相對簡單，不能夠適應真實的試飛駕駛動作，評價效果不夠理想。本文先分析了以往試飛駕駛技術評價方法中出現的問題，然后以典型試飛動作為研究對象，提出了相應的評價標準及算法實現，并開發(fā)了相應的試飛駕駛技術評價軟件，最后在模擬器上進行了驗證，結果表明該方法能夠客觀地評價試飛駕駛動作完成質量好壞。

1存在問題

目前，對試飛動作的評價，都是將整個試飛動作分為三個階段：配平段、動作段和結束段，分別對每一個動作階段，用相應的指標去評價完成質量的好壞，最后再對整個動作的完成質量給出一個綜合的評價。但在實際應用過程中，往往出現評價軟件打分不合理，不能真實反映試飛員的駕駛技術水平，動作識別準確率不高等問題，究其原因，主要表現在以下方面：（1）對試飛動作的三個階段的劃分算法不夠合理;（2）對每個動作階段，所提的指標及該指標所占的權重的處理不夠合理;（3）對試飛動作的三個階段所占的權重的分配不夠合理;（4）所設計的評價方法往往是針對理想的試飛動作，但面對實際的試飛數據，所設計的算法有很大的局限性。

針對以上的問題，本文結合實際的試飛動作數據，以典型的俯仰倍脈沖動作為例，詳細介紹該動作的評價方法及相應的軟件處理算法，最后給出了模擬器試驗的結果。

2評價軟件設計

由于俯仰倍脈沖為一個考查飛機縱向品質特性的開環(huán)試飛動作，要求動作完成后能夠激起飛機縱向品質特性，動作示意圖如圖1所示。根據動作的這一特性，對此動作的評價分為三個階段來評價，最后將三個階段的分值按照權重進行綜合。

2.1配平段評價算法

動作開始前，要求飛機應為無傾斜的水平直線等速飛行狀態(tài)，因此配平段的主要評價參數為：高度H、速度V和穩(wěn)態(tài)法向過載偏差量△n。采用5分制，根據高度H、速度V和穩(wěn)態(tài)法向過載偏差量△n在這一階段的保持情況進行評分。此階段得分僅占整個動作分值的10%。具體得分依據見表1。

對高度、速度和過載的偏差量，分別按照表中的所列的條件給出相應的分值，最后對這三項再求平均值，得出配平段的分值。

配平段的評價語如下：（1）配平段的分值為多少;（2）高度保持項的分值及偏差量為多少;（3）速度保持項的分值及偏差量為多少;（4）過載保持項的分值及偏差量為多少。

2.2動作段評價算法

俯仰倍脈沖操縱要求動作干脆利落，準確回桿至配平位置，不應有橫向的桿操縱，且推拉桿的操縱要對稱，因此動作段的主要評價參數為：操縱桿輸入量D、完成時間t、動作曲線的對稱性和光滑度以及橫向桿位移D。采用5分制，根據動作幅值與要求值差值、桿位移速率最大差值、動作完成時間差、正反操縱幅值差、對稱性角度差和橫向桿位移等在這一階段的保持情況進行評分。此階段得分占整個動作分值的60%。具體得分依據見表2。

對動作幅值與要求值差值、桿位移速率最大差值、動作完成時間差、正反操縱幅值差、對稱性角度差和橫向桿位移等，分別按照表中的所列的條件給出相應的分值，最后對這幾項再求平均值，得出動作段的分值。

動作段的評價語如下：（1）動作段的分值為多少;（2）動作幅值與要求值差值以及分值為多少;（3）桿位移最大速率值差值以及分值為多少;（4）動作完成時間差值以及分值為多少;（5）正反操縱幅值差值以及分值為多少;（6）對稱性角度差以及分值為多少;（7）橫向桿位移以及分值為多少。

其中，對稱性角度差的定義如下：將倍脈沖的4段動作曲線與初始位置的夾角（銳角）從左到右分別定義為a、b、c、d，則|△A|為這4個角中任何兩個角度之間的差值。如圖2所示。

2.3結束段評價算法

動作結束后，在飛機自由運動過程中，要求桿、舵不能有輸入，不得干擾飛機的運動，因此這一階段主要對桿的輸入量進行評價，若基本沒有縱向桿輸入，可根據桿位移參數變化的大小得分在3?5分之間;若有明顯的縱向桿輸入，則為2分。此階段得分占整個動作分值的30%。具體得分依據見表3。

對縱向桿位移輸入次數和縱向桿位移與初始配平值的差值，分別按照表中的所列的條件給出相應的分值，最后對這幾項再求平均值，得出結束段的分值。

結束段的評價語如下：（1）結束段的分值為多少;（2）縱向桿位移輸入次數以及分值為多少;（3）縱向桿位移與初始配平值的差值以及分值為多少。

得到以上這三個階段的分值以后，最后再求出三個階段的加權平均值，即為整個動作的得分，并分別給出三個階段的分值以及評語。

2.4軟件設計

在處理真實的試飛動作數據時，首先要解決的便是如何劃分動作的三個階段，確定動作段的開始點和結束點。對于動作曲線上的一小段振蕩，如圖3中的圈內部分，究竟是劃入動作段還是配平段，都會影響整個動作最終的分值。如果劃入配平段，可能會增大配平段法向過載的偏差量，如果劃入動作段，又會影響動作段的對稱性和平滑性，因此需要確定一個合適的閾值，對動作曲線上的振蕩進行“過濾”。按照以上的算法，開發(fā)了試飛駕駛技術評價軟件，軟件的界面如圖4、圖5所示。

3模擬器驗證

在地面模擬器上，利用上述試飛駕駛動作評價軟件，對俯仰倍脈沖動作進行了試驗驗證，試驗結果如圖6所示。

評價軟件對本次俯仰倍脈沖動作的打分為3分，各個動作階段的分值見表4。

對于配平段，高度、速度和過載保持較好。對于動作段，主要問題是動作完成時間稍長，對稱性稍差。對于結束段，主要問題是桿位移有超調，且偏差較大，存在振蕩，如圖6中圈內的部分。

從結果可以看出，該種方法能夠對駕駛動作完成質量的好壞做出準確的評價。通過將系統(tǒng)的打分和教員的打分相結合，能夠如實反映學員的駕駛水平。

4結束語

本文首先分析了以往試飛駕駛技術評價方法中出現的問題，然后以俯仰倍脈沖動作為研究對象，提出了各個動作段的評價標準及算法實現，并開發(fā)了相應的試飛駕駛動作評價軟件，最后在地面模擬器上進行了驗證，結果表明該方法能夠客觀地評價試飛駕駛動作完成質量的好壞，可以將該方法推廣到其他試飛駕駛動作的評價上，但由于試飛駕駛動作的特殊性，需針對每個動作建立相應的評價標準和評價算法，逐步形成一個覆蓋所有開環(huán)和閉環(huán)試飛駕駛動作的評價系統(tǒng)，后續(xù)可以考慮引入智能算法，降低開發(fā)人員的工作難度，提高評價系統(tǒng)軟件的適應性。

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