作保证计划”即FOQA计划。按照FSF(飞行安全基金会)的定义,FOQA是一个可以获取并分析飞机在航行过程中有飞行数据记录其记录下来的飞行数据,从而提高飞行操作的安全性,以改善飞行机组的性能,航空承运人的培训计划,作业程序,空中交通管制程序,机场维修和设计,以及飞机运作和设计的项目。由FOQA计划的定义可知,要实施该计划必须对,必须对飞行数据进行译码还原,得到方便利用的工程数据。
2.2飞行品质监控的数据处理系统
飞行品质监控的数据处理就是记录飞行数据、对其译码转换、下载或传输到终端、对其分析利用或应用于某一方面的整个过程,其基本的处理流程如图2-1所示。
图2-1 飞行数据处理流程图
如图2-1所示,各种信号源把参数传送给数字式飞行数据采集组件DFDAU,DFDAU把的这些模拟信号、数字信号、离散信号全部转换成ARINC429格式编码,再送至数字式飞行数据记录器DFDR或快速存取记录器QAR,记录器再以ARINC747格式记录到不同的载体上。同时,DFDAU还把数据传送给数据管理组件DMU,它通过寻址报告系统ACARS由通讯系统(高频或甚高频)传输给地面SITA或ARINC网络,再由航空公司的计算机接受。这样,即使飞机还在航路上飞行,地面人员也可以通过计算机了解飞机的状态和故障,并及时加以分析利用。
ACARS PRINTER 其他信号 DMU 各种信号 DFDAU DFDR QAR DAR 2.2.1 飞行数据的记录
飞机飞行数据记录器是一种用于记录飞机及其系统工作状态的自动记录设备,其基本功用是为飞行事故调查提供客观依据。飞行数据记录器的定义是记录飞行状态、操纵状态和飞机/直升机、发动机有关信息的机载自动记录装置。该装置有一定的抗冲击、耐高温、抗化学腐蚀的保护能力,以便在飞机/直升机发生飞行事故后获取所记录的数据。随着科学技术的高速发展,现代飞行器越飞越高,越飞越快,对飞行要求也越来越高。从最初的FDR到QAR再到ACMS,人们对飞行品质监控所据的应用也越来越全面,下面就介绍下比较常用的两种记录设备。
FDR
FDR又称黑匣子,该记录器采用模拟记录技术,其记录系统结构简单,如下图所示。
图2-2 FDR系统配置图
FDR从本世纪50年代起开始安装在飞机上,目前的民用飞机、军用飞机和直升机上一般都已安装,大多安装在飞机后部。随着电子技术的迅速发展,许多机载电子系统实现了数字化和微机化,如惯性导航系统(INS),大气数据计算机(ADC)、飞行控制计算机(FCC),飞行管理计算机(FMC)等都是以微型计算机为核心进行计算、处理或控制的设备,所以民航飞机上开始使用数字式飞行数据记录器DFDR(Digital Flight Data Recorder),它的记录载体也由原先的磁带改为体积小,重量轻的固态存储器,它记录的数据量比最初的模拟式黑匣子有大幅度提高,通常可记录几百甚至上千个参数,记录精度和可靠性大大提高,同时还克服了磁带式记录器只能顺序读出数据的特点,能够方便地提取最近4小时内任意时间点的飞行数据。现阶段数字式黑匣子的容量一般为36.721M,可保存25个小时的飞行数据,包括飞机的高度、速度、加速度、俯仰、倾斜、航向等飞行参数、飞机发动机及主要部件的性能参数,以及温度、气压、风速等机舱内外的
飞行信号 飞行数据记录器 垂直加速度传感器 飞行数据输入面板
环境参数。
FDR主要被用来分析飞行事故,所以通常将它安装在坠地时碰撞较轻、又容易被发现的位置,例如飞机的尾部、战斗机的机翼边条等部位,同时,还采取了种种措施来保护所记录的飞行数据。但是由于飞机事故通常都是灾难性的,磁带有可能断裂,固态存储器有可能破碎,所以事故发生后,对受损数据的恢复是一项积极复杂的工作,也是当前极具挑战性的课题,对于磁带的断裂,人们在事故检查实践中找到了一中借助磁力探伤原理,进行人工数据读取的“掩膜”数据恢复方法,而对于较先进的固态记录器,目前尚没有有效的措施。
QAR
QAR与FDR有着相同的工作原理,数据的存取格式也是完全一样的。按照国际便准规范QAR系统将飞行数据记录在光盘或PC卡上,这些光盘和PC卡很容易拆装和下载,供地面译码分析使用,所以称为快速存取设备。
目前全球大部分航空公司普遍使用的存储介质为3英寸可擦写式MO(Magneto Optical)磁光盘,MO光盘借助磁和光来记录资料,其记录的资料准确,性能可靠,且MO光盘的记录容量比DFDR的记录容量大得多,一般为128M、230M、640M,记录时间可达100小时以上。
因为“飞行品质监控”需要尽可能大的数据量和尽可能多的参数,并且要求这些数据有方便的存取性能,而QAR具有这两个方面的优势:即记录容量大,便于下载,所以QAR数据下载和译码(或数据分析)被广泛用来对飞行品质进行监控。现在QAR已经是世界各航空公司提高安全管理水平,实现科学管理的重要手段。在QAR的帮助下,航空公司能够及时发现飞行中机组操纵、发动机工作状况以及航空器性能等方面存在的问题,分析查找原因,掌握安全动态,采取针对性措施,从而消除事故隐患,确保飞行安全。 2.2.2 飞行数据的记录格式
由于飞机的型号不同,机载磁带记录器也各有各样,它的发展经历了从飞行数据记录器(FDR)到数字式飞行数据记录器(DFDR),以及目前广为应用的QAR光盘的过程。相应地,飞行数据记录格式也经历了从ARINC542到ARINC543再到ARINC717的过程。
ARINC规范
Aeronautical Radio Inc.(简称ARINC),为了使航空电子设备的技术指标、电气性能、外形和插件等规范统一,由美国各航空电子设备制造商、定期航班的航空公司、飞机制造商以及其他一些国家的航空公司联合成立了一个航空无线电公司。由该公司制定的一系列统一的工业标准和规范,称为ARINC规范。
ARINC 429
ARINC429是定义航空电子设备和系统,且彼此之间相互通信的一种规范;他们之间通过双绞电缆线来联系的。信息传输是以每秒12.5千位比特或者100千位比特来传输的,接收和发送是相互独立的。ARINC429大部分运用在商用运输机上,这包括在空中客车A310/A320和A330/A340,贝尔直升机,波音727、737、747、757和767,以及麦道MD-11。 ARINC429数据字长度总是32位比特长。
ARINC 542
记录信息的编排格式成为帧结构。帧(frame)是一种信息记录单位,每帧分为4个副帧(subframe),每个副帧的时间是1秒,一帧为4秒。每帧开头记录的字位同步字,以确定该帧所记录的内容及数据字的有序排列,不会与其它帧的信息混淆。ARINC542格式的飞行数据记录器,所记录的参数较少,帧结构比较简单,它一般只记录飞行高度、空速、航向、垂直加速度、航班/日期编码以及有关开关性的离散信号,只能满足国际民航组织规定的最低事故分析要求。
ARINC 543
ARINC543格式是目前国际民航运输机上普遍采用的记录格式之一。几乎所有数字式飞行数据记录器(DFDR)或通用型飞行数据记录器(UFDR)都采用了这种记录格式。中国民航飞机上所装配的QAR和DAR盒式磁带记录器也采取了这种记录格式。它的主要特征是:每4秒记录信息为一帧,每帧分为1秒磁带运行长度的4个副帧,每个副帧64个字槽,每个字槽12位。每个副帧第一字槽用来记录该副帧的同步字,其余字槽编排所要记录的飞行参数。
ARINC717格式是ARINC543的扩展形式。由于航空事业的发展需要,要求记录的飞行参数逐渐增加,而原来ARINC543帧结构便不能容纳更多的参数信息,所以需要ARINC717格式,而该格式之所以能扩大记录参数,是因为采用了“超级帧”和“增加记录速度”这两种方法。
2.2.3 飞行数据的译码系统
飞行数据记录器将飞机的有关飞行状态参数和发动机状态参数用特殊的编码格式记录下来,但记录的只是一个过程,并不是目的,真正的目的是在地面恢复所记录的参数,利用计算机进行处理后,变换成工程单位的数据(即恢复原始数据),然后利用诸如仪表、航迹、曲、表格、三维动态等多种方式再现数据并提供给国家适航管理部门及技术专家使用以便达到应用的目的。这一系列过程都离不开对所记录的飞行数据的译码工作。
译码系统的硬件组成
译码系统的硬件组成比较简单,其设备的配置方框图如图2-3所示。
图2-3 译码系统的硬件组成
译码系统的软件体系
绘图仪 打印机 终端操作台 译码设备(中央处理机) MO磁光盘驱动器 译码系统可以以Microsoft Windows98/2000/XP等常用操作系统为工作平台,其软件流程图如图2-4所示。
译码系统模块 1、原始数据下载模块
依据航空公司更换MO的周期长短,MO上保存的数据量相对较多或较少。 对QAR磁光盘译码的第一步就是把以二进制形式记录在MO上的所有数据信息下载到计算机硬盘,并暂存在C++Builder数据库软件中自带得Paradox表单中,作为译码模块的数据来源。在下载过程中,同时完成航班的正确划分。下载完成后,用户可以选择是否在硬盘上保存该原始数据。
2、飞行数据译码模块
每个机型通常对应着多种记录方式,例如波音737飞机737-1、737-2和737-3