飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)維修模擬器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

■ 安樹 汪天京/北京飛機(jī)維修工程有限公司華北航線中心

0 引言

飛機(jī)大氣系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備廣泛應(yīng)用于飛機(jī)維修領(lǐng)域。但是在日常工作中發(fā)現(xiàn)機(jī)庫(kù)定檢維修中隊(duì)的電子維修人員對(duì)大氣系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備的使用相對(duì)熟練，航線維修中隊(duì)的電子維修人員對(duì)該測(cè)試設(shè)備的使用較生疏，甚至存在部分人員不會(huì)使用的情況。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，我司波音737NG 飛機(jī)近5 年因大氣系統(tǒng)突發(fā)故障而使用大氣系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備的平均頻次為9.20 次/年。在CAMP 中，關(guān)于737NG 飛機(jī)的動(dòng)靜壓系統(tǒng)滲漏測(cè)試規(guī)定間隔為24 個(gè)月，一般會(huì)結(jié)合C 檢工作執(zhí)行。經(jīng)計(jì)算得出，我司定檢維修中使用大氣系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備的平均頻次為23.50 次/年，是航線排故使用量的2.55 倍。航線機(jī)務(wù)人員可能因?qū)y(cè)試設(shè)備使用不熟練，對(duì)系統(tǒng)工作特點(diǎn)了解不透徹，導(dǎo)致判斷故障耗時(shí)較長(zhǎng)、判斷故障不準(zhǔn)確等情況。

本模擬器的研發(fā)從根本上改變了飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)機(jī)務(wù)維修訓(xùn)練與實(shí)際生產(chǎn)貼合度低的問(wèn)題，通過(guò)模擬器的開發(fā)將機(jī)務(wù)實(shí)操訓(xùn)練與機(jī)上真實(shí)維修工作無(wú)縫銜接。

1 飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)通常由傳感器、大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)、輸出及顯示裝置組成。安裝在機(jī)頭部分的傳感器采集全壓、靜壓、全溫、迎角等模擬信號(hào)數(shù)據(jù)，一部分信號(hào)直接發(fā)送到備用儀表系統(tǒng)，另一部分信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后為數(shù)字信號(hào)后送至大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)。信號(hào)經(jīng)大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)進(jìn)行解算、信號(hào)轉(zhuǎn)換，通過(guò)相應(yīng)的傳輸介質(zhì)發(fā)送至相關(guān)系統(tǒng)及顯示系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后可輸出的信號(hào)和參數(shù)主要包括全壓、靜壓、高度、高度差、升降速率、指示空速、真空速、馬赫數(shù)、大氣密度比、總溫、靜溫、迎角燈大氣參數(shù)等。與之交聯(lián)的系統(tǒng)主要包括飛行控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、空中交通管制系統(tǒng)、飛行儀表系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)以及告警系統(tǒng)等。大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)提供飛機(jī)不可或缺的信息，滿足飛機(jī)在各種環(huán)境條件下的使用要求，提供必要的信息顯示。準(zhǔn)確的大氣數(shù)據(jù)信息對(duì)提高飛機(jī)機(jī)動(dòng)性能、安全性和經(jīng)濟(jì)性起著至關(guān)重要的作用。

2 模擬器的總體結(jié)構(gòu)

本模擬器以波音737NG 飛機(jī)為模板，模擬飛機(jī)端的大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)，真實(shí)模擬飛機(jī)端的空速管、靜壓孔以及ADM（模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊）部分。設(shè)備外部包括2 個(gè)空速管和2 個(gè)靜壓口。設(shè)備內(nèi)部包括若干工業(yè)用壓力變送器、二次儀表數(shù)據(jù)采集設(shè)備和工業(yè)HMI，用于模擬飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)相關(guān)參數(shù)顯示。故障模擬以硬件方式實(shí)現(xiàn)。飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)維修模擬器總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)維修模擬器總體結(jié)構(gòu)

3 硬件部分

該模擬器的硬件部分包括空速管、靜壓孔以及接口部分，壓力變送器和二次儀表數(shù)據(jù)采集器，如圖2 所示。圖2中間圖片為模擬器展開后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，兩側(cè)圖片分別為左右蓋板上的空速管及靜壓孔。

圖2 飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)維修模擬器硬件總覽

3.1 接口部分

模擬器與飛機(jī)大氣系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備連接，因此空速管應(yīng)與真實(shí)飛機(jī)尺寸一致，靜壓接入管路可通過(guò)轉(zhuǎn)接頭實(shí)現(xiàn)與飛機(jī)大氣測(cè)試設(shè)備的匹配。模擬器的空速管與靜壓孔的氣路接口采用螺紋方式連接，接頭松脫后可模擬飛機(jī)大氣系統(tǒng)氣路的滲漏故障。同時(shí)，通過(guò)使模擬器管路發(fā)生形變，可模擬管路受擠壓后的故障現(xiàn)象。

3.2 壓力變送器

壓力變送器將接收到的氣壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號(hào)。為確保在正常情況下模擬器顯示的參數(shù)與大氣測(cè)試設(shè)備輸出的參數(shù)一致，測(cè)量誤差如表1 所示。并且每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的高度與相對(duì)應(yīng)的空速都在誤差范圍內(nèi)。

表1 為波音公司針對(duì)737NG 飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)給出的測(cè)試點(diǎn)。由表1 所要求的誤差可以看出，測(cè)試點(diǎn)6 中高度所要求的精度最高，精度為0.573%。同時(shí)可得出，高度與空速所需測(cè)量最大值分別為：高度41000ft，空速340knos。

表1 壓力變送器測(cè)量誤差表

根據(jù)靜力學(xué)公式：

式中，h為高度；t為氣體溫度；P為壓力。

可以看出，當(dāng)溫度一定時(shí)，高度與壓力成反比。因此，高度測(cè)量范圍值應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)海平面為準(zhǔn)，即101.325kPa。

由于該模擬器主要在室內(nèi)培訓(xùn)使用，根據(jù)動(dòng)壓公式：

可以得出，室溫（25°C）情況下340knos 空速對(duì)應(yīng)的壓力為18.126kPa。高度與空速所得的兩個(gè)壓力值中最大為101.325kPa。因此，壓力變送器量程應(yīng)為0 ～200kPa。

綜上所述，應(yīng)至少選擇量程為0 ～200kPa、精度等級(jí)為0.5%FS 的壓力變送器。

3.3 二次儀表數(shù)據(jù)采集器

由于該模擬器有2 路空速輸入信號(hào)和2 路靜壓輸入信號(hào)，共4 路輸入信號(hào)，因此需使用二次儀表數(shù)據(jù)采集器將接收到的多路模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，輸出至RS485 總線。

4 軟件部分

飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)維修模擬器軟件部分的主要功能是對(duì)來(lái)自二次儀表數(shù)據(jù)采集器的信號(hào)進(jìn)行處理后，在顯示器上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。軟件采用kingview（組態(tài)王）在Windows 平臺(tái)下運(yùn)行。該軟件是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件，適用于單一設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理和故障診斷，以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分布式大型集中監(jiān)控管理系統(tǒng)的開發(fā)。支持與國(guó)內(nèi)外常見的PLC、智能模塊、智能儀表、變頻器、數(shù)據(jù)采集板卡進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。組態(tài)王軟件結(jié)構(gòu)由工程管理器、工程瀏覽器及運(yùn)行系統(tǒng)三部分組成。本模擬器使用該軟件的工程瀏覽器，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫面、監(jiān)控設(shè)備及相關(guān)變量、動(dòng)畫鏈接等，設(shè)定運(yùn)行系統(tǒng)的配置；通過(guò)運(yùn)行系統(tǒng)從采集設(shè)備中獲得通信數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動(dòng)畫設(shè)計(jì)顯示動(dòng)態(tài)畫面，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互操作，軟件界面效果如圖3 所示。

圖3 飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)維修模擬器軟件界面

5 結(jié)束語(yǔ)

本模擬器真正解決了現(xiàn)有技能培養(yǎng)中低效且不同質(zhì)的問(wèn)題。低效體現(xiàn)在現(xiàn)有能熟練使用大氣系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備的機(jī)務(wù)人員通常工作年限大于3 ～5 年；不同質(zhì)體現(xiàn)在團(tuán)隊(duì)不同、師傅不同、日常分工不同，維修技能水平參差不齊。通過(guò)模擬器反復(fù)密集地進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)操作標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、操作程序統(tǒng)一，操作結(jié)果直觀、真實(shí)可見。