A320飞机大气数据的采集和计算在排故中的应用

余潇

摘要：空客A320系列飞机大气数据的采集对飞机导航系统起到非常重要的作用。但地面确认故障源困难，难以做出针对性排故方案。本文通过研究大气数据的采集和计算方式，推算出大气数据的参考标准和偏差范围，以达到快速排故的目的，为航线排故提供参考。

关键词： 大气数据模块；大气数据惯性基准组件；数据位；飞机综合数据系统；综合备用仪表系统；主飞行显示器

Keywords：ADM；ADIRU；DATABIT；AIDS；ISIS；PFD

0 引言

大气数据模块（ADM）作为导航系统的重要部件，故障率一直偏高，且故障现象难以捕捉，给排故工作造成很多困扰。当机组反映飞机高度或速度指示出现偏差时，通常是采用地面查看ADM精度的方式来判断，一般会更换偏差较大的ADM。但由于缺少参考标准，导致排故方向不明确，排故周期较长。本文从空客飞机大气数据采集方式进行分析，利用静压和动压计算方程推导出ADM测量压力的参考理论DATABIT值，帮助维修人员快速定位故障源。

1 故障现象

机组反映飞机在地面时综合备用仪表系统（ISIS）与三部大气数据惯性基准组件（ADIRU）显示的高度值有差异，均相差60ft。初步判断为ISIS故障，并对相关静压管路进行了冲洗。但更换ISIS后，故障仍没有排除。由于高度差在标准范围内，故未做更进一步工作。

随后机组在执行起飞前检查时反映，切换至ADIRU3后主飞机显示器（PFD）速度有残余空速。排故中发现，飞机在静止情况下，ADIRU3的总压DATABIT值高出其静压值300。由于静止时总压压力应与静压压力基本一致，因此将故障源锁定至总压或静压ADM。最终确认是备用位静压ADM故障。

完成残余空速排故后发现ADIRU3高度值相比于ADIRU1和2均低60ft。查看所有ADM数据位，发现备用位总压和静压ADM比其他ADM均高出约300，故判断机长位和副驾位所有ADM均出现衰减。更换衰减的ADM后故障排除。

本故障实为多个ADM出现衰减而衍生出的一系列故障。在遇到多个ADM衰减时，由于没有参考标准，无法确认哪些ADM出现了故障，容易导致盲目换件。若按照手册要求进行动静压测试来判断，则工序繁琐、时间较长，且对动静压设备和管路连接有一定要求。因此，确定明确的参考标准可以帮助维修人员排除此类故障。

2 大气数据采集方式

飞机大气数据的采集由大气数据模块ADM完成。ADM将测量的静压和总压信号模拟量转换为数字信号，发送给ADIRU。ADIRU由压力传感器、处理器、供电组件和滤波组件组成。压力传感器测量当前状态下的压力和温度信号，发送给处理器。处理器进行数据运算和模数转换，输出ARINC 429信号。ADIRU再通过获取的数据，计算飞机当前的速度和高度。机长位和副驾位的数据通过三个ADM获取：总压ADM、左侧静压ADM和右侧静压ADM。备用位通过一根管路将左右静压连通，由一个静压ADM连接在管路上探测压力，备用位数据由总压ADM和静压ADM提供。ADM与大气数据传感器的连接如图1所示。

3 大气数据的计算和推导

3.1 大气数据的计算

ADIRU接收到ADM传输的数字信号后对其进行解码，获取相应的ADM压力值，并进行数据修正，得到正确的压力。在ADM输出的压力数据串中，第11～28字节的内容为无符号二进制压力值。可以通过AIDS系统的“PARAM LABEL CALL-UP”页面进行查看。各ADM对应的参数编号见表1。

静压修正通过静压源误差修正SSEC。SSEC根据当前襟缝翼状态、迎角传感器位置和马赫速度，对测量的静压值进行数据计算和修正，得到修正后的静压值。对于ADIRU1和2，由于接收为左右静压值，首先计算平均值后再进行误差修正。全压的修正则通过所测的全压和静压实现。

计算出修正后的静压PS和全压Pt值后，即可計算飞机的高度和速度，高度计算公式如下：

当速度低于30kts时，空速计算不再准确，ADIRU会产生一个无效数据，在PFD速度带上也不会显示当前速度值。获知DATABIT和相应高度和速度的转换关系，就可以更直观地帮助分析故障。

3.2 大气数据计算推导

要建立参考标准，必须先明确ADM传输至ADIRU的数据与压力值之间的关系。ADIRU将ADM传输的二进制压力值转换为十进制DATABIT值，最终解码成标准大气压下的压力值。压力值和DATABIT值的转换关系如下：

P[hPa]=DATABIT×k （4）

其中，k表示ADIRU的采样精度。目前空客A320系列飞机的大气数据计算机有两种采样精度，分别对压力字符串的十八位和十六位数据进行采样，对应的采样精度值为1/128和1/32。

我国机场的场压均大于226.323hPa，使用式（1）建立静压的理论DATABIT值。由于海平面压力和标准大气压力难以一致，导致机场的真实高度和指示高度之间有偏差。空客在性能手册中给出，在标准大气温度情况下，压力每变化1hPa，对应的高度变化近似于28ft。可以通过修正海平面气压QNH从而计算出飞机真实高度和指示高度之间的高度差H△。当飞机停在地面时，已知此地机场标高，再通过机载空中交通信息管理系统ATIMS获取当前时刻该机场的修正海平面气压QNH，就可以计算出标准大气压下的高度H。

通过式（7）可以确认所在机场的飞机ADM接收静压数据的理论DATABIT值。

以成都天府机场为例，天府机场的标高为1453ft，通过机载ATIMS获取当前修正海平面压力QNH为1010hPa。通过式（5）计算出标准大气压高度为1542ft，按照采样精度k=1/128计算，换算成DATABIT值为122631。该DATABIT值为ADM在零误差情况下理论上测量的压力值。ADM测量的真实压力值越接近该数值，表示ADM的性能越好。由于ATMIS获取的QNH值省去了小数位，因此和实际大气的QNH值也存在一定误差，根据计算允许的误差范围，约为DATABIT±60。

4 大气数据故障的排故建议

4.1 确认标准的DATABIT值

根据以上公式，可确认飞机所在机场当前状态下的标准DATABIT值以及所允许的误差范围。在排故中，可以将标准DATABIT值与当前飞机实际DATABIT值进行比较，以确认ADM传输数据是否出现偏差，以此作为判断ADM是否衰减的非常重要的条件。由于飞机处于地面静止状态，总压和静压基本一致，计算的标准DATABIT值对总压和静压的ADM均能作为参考依据。这种判断方式可以帮助维修人员在不使用动静压设备的情况下，直观判断具体哪一ADM出现正向或反向衰减，为排故节省大量时间。

4.2 检查连接管路状况

若更换ADM后测量的DATABIT值与标准值仍有偏差，则需考虑连接管路是否存在堵塞或漏气。首先需要检查ADM和管路的快卸接头是否正确连接，其次通过动静压设备进行渗漏测试。模拟飞机处于飞行状态，测量飞机的渗漏率是否符合手册标准，排查漏点。若管路出现堵塞，需要对相应管路进行冲洗。

4.3 调整动压和静压值

若同时更换多个ADM，需要考慮ADIRU系统内和各系统之间的动静压能否相互匹配，否则可能导致其他系统出现残余空速或高度差。按照空客手册要求，地面状况下各系统之间的高度差值不应超过20ft。若取采样精度k=1/128，则各ADIRU获取的修正静压DATABIT值允许偏差不应超过90。DATABIT值会随着机场标高和修正海平面压力的变化而小范围波动。假设修正海平面压力为1010hPa，允许偏差△DATABIT=f（H）-f（H+20），函数曲线如图2所示，可以看出静压△DATABIT值的允许偏差会随着飞机所处机场位置海拔高度的升高而下降。

4.4 定期进行精度检查

ADM内部有一个真空膜盒，长时间使用会使真空膜盒内的特定部件出现恶化，导致压力测量出现偏差。空客建议每48个月进行一次ADM精度检查，将精度偏低的ADM返厂进行重新校准。

5 结束语

本文通过分析大气数据的采集和计算方式，推导出飞机测量动压和静压DATABIT值的计算方程。建立理论参考标准值和偏差范围，帮助维修人员快速发现缺陷部件。飞机动静压故障的多种排故方法，可为维修人员提供排故思路和参考方向。