新一代网络化试飞测试技术创造航空工业新纪元

2015-05-19 09:16 测控要闻   

导读大国博弈,航空工业的发展及其技术成熟是一块重要砝码,而能够支撑这块砝码质量的,就包括试飞测试技术。一位国内专家曾评价到,试飞测试技术是统领试飞技术的灵魂。  

大国博弈,航空工业的发展及其技术成熟是一块重要砝码,而能够支撑这块砝码质量的,就包括试飞测试技术。一位国内专家曾评价到,试飞测试技术是统领试飞技术的灵魂。

2012年3月28日,中航工业专家组宣布:“中航工业试飞中心研制的网络化测试系统攻克了多项关键技术,集成设计的测试系统功能和性能指标满足型号试飞测试的总体要求,技术水平达到国内领先,国际先进。”几个月后,某型机验证了试飞中心独立研制的网络化测试系统

55年来,我国的飞行试验事业从无到有,从小到大,从弱到强,取得了光辉的成就。如今,试飞中心的实力大大增强。与上世纪90年代相比,试飞测试和地面监控能力成数量级地增长;数据处理周期从以月计到以时、分、甚至秒记。

试飞测试技术的发展轨迹

试飞测试技术主要由试飞测试参数传感器与校准、试飞机载测试、试飞遥测监控、试飞数据处理、试飞外部参数测试等五个方面组成,是一个覆盖传感器、信号调理、数据采集、数据记录、遥测传输、实时监控、数据处理、光电测量、影像分析、雷达电子等多个专业的综合应用技术,参数涉及高度、速度、压力、温度、力、振动、过载、姿态、位移、角速度、流量、迎角、侧滑角、电流(压)、应变、噪声、空间位置等十几种类型。而飞行试验测试的目的就是获取数据,用以验证被试对象的各种性能指标和对试飞中出现的各种现象、状态进行分析研究。可以说,完整的测试链是飞行试验的一个最重要的关键试验环节。

一位美国试飞员说过,没有先进的测试技术保障,就没有现在的F-22、F-35,俄罗斯“BOR”系列为高超声速飞行器和航天飞机所做出的贡献也将永远尘封在档案袋里。

从世界范围来看,最早的飞行试验测试即试飞结果主要靠试飞员主观评述;1910年,飞机座舱内从一个转速表增加到10个座舱仪表,试飞员通过读表得到数据并记在他们膝盖上的卡片上;20世纪30年代,飞行试验开始用电影胶片记录仪表读数。第二次世界大战后,传感器开始出现,光学示波器开始使用。50年代开始出现调频磁带记录器;60年代PCM编码为主要记录标准,数字磁带机开始应用,遥测技术亦在此时得到应用。伴随测试设备和技术的提升,测试参数也从最初的几个增加到几十个、上百个到后来的上万个,甚至到现在的海量数据。

上世纪50年代末,我国的科研试飞事业刚刚起步,国内对飞机试飞测试还比较陌生。当时,由原苏联专家对试飞中心的第一代科研人员进行了培训,讲义被整理编制成册。靠着一本小册子,试飞人逐渐掌握了试飞参数测试方法、测试仪器配置、测试方案设计、测试仪器机上改装、测试数据判读处理等。

20世纪60~70年代,我国的试飞测试主要依赖于航空自记器和光学示波器,初步实现了从手工计算到计算机处理,摄影测量从定性到定量。同期,美国的经济、科技飞速发展,阿波罗登月计划成功,并实现了影像超远距离传播。70年代中期,试飞中心成功研制出了国内首台调频和数码磁带机;遥测技术开始投入使用。

20世纪80年代是试飞测试技术开始与国际接轨的时期。期间引进的是第一个可编程的PCM数据采集系统,测量参数达200个,速率8K字/秒;测试参数达1000个,PCM速率达 32K字/秒,实现了飞行试验的地面监控。这些系统对“三机定型”(J8Ⅱ、J7Ⅲ、JJ7)和Y7系列适航试飞发挥了重要作用。同期,试飞中心成功研制出了三代数码磁带机。

20世纪90年代以来,我国的试飞测试水平得到空前提高,以ADAS/GDAS研制成功为标志,试飞中心的测试技术全面进入综合测试阶段,测试技术实现与国际接轨。ADAS/GDAS系统在国内首次攻克了包括三代机、飞控等一大批专用采集器研制技术,整套系统完全自主综合、集成和调试,磁(带)遥(测)视(频)三合一的系统达到了国际先进水平。该系统总采样率达8Mb/秒;地面监控参数达2000个,总速率达 3MB/S;监控显示画面约60幅;80%的试飞数据做到了实时和准实时处理。1999年,该系统获原中航工业总公司科技进步一等奖;2003 年,ADAS/GDAS系统首次出口国外。

以ADAS/GDAS研制成功树立中国试飞测试技术发展里程碑开始,我国的测试系统建设从“交钥匙工程”的成套引进方式转为自行进行系统设计、部分测试设备自行开发、自行调试和系统集成、自行完成鉴定试飞的建设模式,试飞中心机载测试专业技术发展和建设开始着重向深度发展。

当今世界试飞测试技术发展趋势

从美国F系列飞机和欧洲空客飞机机载测试系统发展变迁可以看出,机载测试系统由传统系统构架正逐步向网络化方向迈进。

为了满足21世纪的需要,美国国防部提出了通用机载仪表系统(CAIS)的发展计划,目的是实现飞行试验测试设备的标准化、通用性和互换性。CAIS标准颁布后,CAIS总线应运而生,据此建立的系统已在F/A-18E/F、F-22和F-35等飞机上得到成功运用。CAIS成功之处在于它统一了美国各飞行试验和鉴定机构之间测试设备的使用语言之标准,真正实现了飞行试验各机载测试分系统之间以及与地面数据系统间数据与信息的高度集成与综合,提高了飞行试验效率。

空客A380飞行试验数据采集网的系统组成和网络结构则比较清晰,系统采用了基于网络的4层体系结构,第一层负责传统的模拟量、开关量等信号的获取和调理;第二层完成来自传感器层和航空电子总线、1553B总线、串行总线的数据采集;第三层为数据集合和分配层,通过以太网交换机完成采集层各采集单元的数据集合,并按需要把数据分配给数据处理、记录和遥测设备;而最后的数据记录和分析层则包括双余度数据记录系统和实时数据处理系统。

然而,更让人关注的是美国试验中心和项目评估投资机构于2004年10月启动的增强遥测综合网项目开发计划。该计划的目的是为试验场和试验基地自主发展综合增强型遥测网络系统,解决试验中空地网络化、遥测宽带、多系统信息融合分析等问题,由机载网络系统、遥测射频传输网络系统、地面网络系统三部分组成,即建立空天地一体化的遥测网络系统。

由此推断,以太网必将取代各种专用总线,形成新的机载数据采集记录网络架构。至此,我们可以清晰地看出国际上遥测技术的发展趋势。

新一代网络化通用机载测试系统再开纪元

随着新型飞机越来越先进、系统越来越复杂,测试参数开始快速增长,飞行试验参数也越来越多,从20世纪50、60年代几十个测量参数,到20世纪80年代上千个测试参数、90年代两三千个参数,进入21世纪预计大型客机机载采集参数将达到20000个以上。同时,伴随着新一代飞机试飞对安全性、经济性和信息化更高的追求,各种测试设备从几百台件猛增到几千台件,一个架次测试的数据量也从几十兆字节增加到上百万兆字节,传统的测试设备和测试技术已经无法满足现代飞行试验测试需求的快速增长。

2011年3月,试飞中心开始着手新一代网络化通用机载测试系统研制,目前,该项目已通过试飞验证,突破了八大关键技术,形成了一批专利群,并逐步建立了我国综合遥测网络标准。2014年10月,该项目荣获“中航工业优秀预研项目奖”。

新一代网络化通用机载测试系统中的设备除了具有高数率、大容量、可进行智能化管理等优势,还具有标准化、积木式、通用性等特点,可全面提供飞行试验遥测机载测试设备解决方案,未来将逐步满足从军机到民机测试、单系统到全状态试飞测试全范围的应用需求,为我国的航空飞行器研制模式开辟了新的历史纪元。

试飞测试技术是一个由众多学科研究组成的系统工程。如今,走进试飞中心,测试成果琳琅满目。多种试飞测试参数传感器及天线等已形成系列,并成功应用于航空航天试飞领域,助推了国防现代化进程;地面实时安全监控系统在国内首开先河,实现了实时监控的各类数据关联,以及对飞机故障趋势的实时监控和预告警,有效提高了科研试飞安全系数;机载BD/GPS授时定位器IRIG-B(AC)码时间同步精度优于4微妙,技术独树一帜,加快了某系统在飞行试验中的应用步伐。

在对试飞测试技术的孜孜探索中,试飞中心以先进的机载光电测试、地面跟踪测试、船载平台光电测试及伴飞光电跟踪测试技术和手段交织形成了一张庞大的、无形的“天网”,书写了腾飞世界、问鼎蓝天的辉煌,创造了对标国际、创新发展的奇迹。不久的将来,试飞中心必将在飞行试验测试技术领域和国际同行一较高下。

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