飞机大气数据系统维修模拟器设计与实现

■ 安树 汪天京/北京飞机维修工程有限公司华北航线中心

0 引言

飞机大气系统测试设备广泛应用于飞机维修领域。但是在日常工作中发现机库定检维修中队的电子维修人员对大气系统测试设备的使用相对熟练，航线维修中队的电子维修人员对该测试设备的使用较生疏，甚至存在部分人员不会使用的情况。经统计，我司波音737NG 飞机近5 年因大气系统突发故障而使用大气系统测试设备的平均频次为9.20 次/年。在CAMP 中，关于737NG 飞机的动静压系统渗漏测试规定间隔为24 个月，一般会结合C 检工作执行。经计算得出，我司定检维修中使用大气系统测试设备的平均频次为23.50 次/年，是航线排故使用量的2.55 倍。航线机务人员可能因对测试设备使用不熟练，对系统工作特点了解不透彻，导致判断故障耗时较长、判断故障不准确等情况。

本模拟器的研发从根本上改变了飞机大气数据系统机务维修训练与实际生产贴合度低的问题，通过模拟器的开发将机务实操训练与机上真实维修工作无缝衔接。

1 飞机大气数据系统简介

飞机大气数据系统通常由传感器、大气数据计算机、输出及显示装置组成。安装在机头部分的传感器采集全压、静压、全温、迎角等模拟信号数据，一部分信号直接发送到备用仪表系统，另一部分信号通过模数转换后为数字信号后送至大气数据计算机。信号经大气数据计算机进行解算、信号转换，通过相应的传输介质发送至相关系统及显示系统。经过转换后可输出的信号和参数主要包括全压、静压、高度、高度差、升降速率、指示空速、真空速、马赫数、大气密度比、总温、静温、迎角灯大气参数等。与之交联的系统主要包括飞行控制系统、导航系统、空中交通管制系统、飞行仪表系统、发动机控制系统以及告警系统等。大气数据系统提供飞机不可或缺的信息，满足飞机在各种环境条件下的使用要求，提供必要的信息显示。准确的大气数据信息对提高飞机机动性能、安全性和经济性起着至关重要的作用。

2 模拟器的总体结构

本模拟器以波音737NG 飞机为模板，模拟飞机端的大气数据系统，真实模拟飞机端的空速管、静压孔以及ADM（模数转换模块）部分。设备外部包括2 个空速管和2 个静压口。设备内部包括若干工业用压力变送器、二次仪表数据采集设备和工业HMI，用于模拟飞机大气数据相关参数显示。故障模拟以硬件方式实现。飞机大气数据系统维修模拟器总体结构如图1 所示。

图1 飞机大气数据系统维修模拟器总体结构

3 硬件部分

该模拟器的硬件部分包括空速管、静压孔以及接口部分，压力变送器和二次仪表数据采集器，如图2 所示。图2中间图片为模拟器展开后的内部结构，两侧图片分别为左右盖板上的空速管及静压孔。

图2 飞机大气数据系统维修模拟器硬件总览

3.1 接口部分

模拟器与飞机大气系统测试设备连接，因此空速管应与真实飞机尺寸一致，静压接入管路可通过转接头实现与飞机大气测试设备的匹配。模拟器的空速管与静压孔的气路接口采用螺纹方式连接，接头松脱后可模拟飞机大气系统气路的渗漏故障。同时，通过使模拟器管路发生形变，可模拟管路受挤压后的故障现象。

3.2 压力变送器

压力变送器将接收到的气压信号转变为模拟电信号。为确保在正常情况下模拟器显示的参数与大气测试设备输出的参数一致，测量误差如表1 所示。并且每个测试点的高度与相对应的空速都在误差范围内。

表1 为波音公司针对737NG 飞机大气数据系统给出的测试点。由表1 所要求的误差可以看出，测试点6 中高度所要求的精度最高，精度为0.573%。同时可得出，高度与空速所需测量最大值分别为：高度41000ft，空速340knos。

表1 压力变送器测量误差表

根据静力学公式：

式中，h为高度；t为气体温度；P为压力。

可以看出，当温度一定时，高度与压力成反比。因此，高度测量范围值应以标准海平面为准，即101.325kPa。

由于该模拟器主要在室内培训使用，根据动压公式：

可以得出，室温（25°C）情况下340knos 空速对应的压力为18.126kPa。高度与空速所得的两个压力值中最大为101.325kPa。因此，压力变送器量程应为0 ～200kPa。

综上所述，应至少选择量程为0 ～200kPa、精度等级为0.5%FS 的压力变送器。

3.3 二次仪表数据采集器

由于该模拟器有2 路空速输入信号和2 路静压输入信号，共4 路输入信号，因此需使用二次仪表数据采集器将接收到的多路模拟电信号转为数字信号，输出至RS485 总线。

4 软件部分

飞机大气数据系统维修模拟器软件部分的主要功能是对来自二次仪表数据采集器的信号进行处理后，在显示器上进行实时显示。软件采用kingview（组态王）在Windows 平台下运行。该软件是一种通用的工业监控软件，适用于单一设备的生产运营管理和故障诊断，以及网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。支持与国内外常见的PLC、智能模块、智能仪表、变频器、数据采集板卡进行数据通信。组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分组成。本模拟器使用该软件的工程浏览器，用于创建监控画面、监控设备及相关变量、动画链接等，设定运行系统的配置；通过运行系统从采集设备中获得通信数据，并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面，实现人机交互操作，软件界面效果如图3 所示。

图3 飞机大气数据系统维修模拟器软件界面

5 结束语

本模拟器真正解决了现有技能培养中低效且不同质的问题。低效体现在现有能熟练使用大气系统测试设备的机务人员通常工作年限大于3 ～5 年；不同质体现在团队不同、师傅不同、日常分工不同，维修技能水平参差不齐。通过模拟器反复密集地进行实操训练，实现操作标准统一、操作程序统一，操作结果直观、真实可见。