基于电子飞行包EFB 的多机型性能计算集成研究

曾丽辉

（南京航空航天大学，江苏 南京 210016）

电子飞行包（EFB）作为一种主要用于驾驶舱的电子信息管理和显示系统，能够取代传统的纸质资料显示多种航空信息数据和进行飞机性能等基本的计算。目前国外关于飞机实时性能计算的典型是空客公司的Flysmart 和波音公司的OPT 软件，但在国内应用存在以下缺点：（1）开发接口封闭，无法与国内自主研发的EFB 应用软件关联，无法自动获取相关航班动态信息；（2）2 款软件之间无法交互，后台性能人员需要分别维护2 个机型的性能底层数据；（3）由于存在技术垄断，2 款软件服务费收费高昂，增加航司的运营成本。因此，加快推进基于电子飞行包EFB 的多机型性能计算集成应用的探索，打破国外技术垄断，助推国产民机在该领域的应用研究，其必要性和重要性不言而喻。

1 起飞着陆过程分析

飞机在起飞降落过程中，发动机、刹车等装置会受到天气、气压、跑道状况等多方面的影响，这些影响因素会导致起飞和降落阶段的性能参数产生变化。

1.1 起飞性能影响因素分析

（1）温度。当外界温度低于平推力温度，起飞推力保持恒定的平额定推力，当外界大气温度达到或高于平推力温度之后，起飞推力受限于排气温度的限制，起飞推力减小。（2）风。顶风有助于起飞，顺风不利于起飞。（3）气压高度。气压高度增加时，可用推力减小，真空速提高，起飞爬升梯度减小，所需要的跑道长度相应增加。（4）跑道坡度。上坡起飞，可用起飞滑跑距离增加，可用加速-停止距离减少；下坡起飞，可用起飞滑跑距离缩短，可用加速-停止距离增加。

1.2 着陆性能影响因素分析

飞机着陆主要经受定高飞行、下滑与地面减速等阶段。飞机着陆的影响因素为以下几点。

（1）着陆入口速度和入口高度。着陆入口速度和入口高度增加，着陆距离增长。（2）着陆接地点的控制。实际飞行员操作中，拉平飞段方式会增加着陆距离。（3）道面情况。积水、污染使摩擦系数降低，所需的着陆距离增加。

2 EFB 性能计算多机型集成应用设计

2.1 性能计算存在的问题

目前，国内主流飞机机型为空客、波音和中国商飞机型，多机型、多厂商、多性能计算软件共存的现实情况在各大航空公司普遍存在，通过调研，发现目前性能工程师和机组人员在使用的过程中普遍存在2 个问题：（1）性能工程师在日常的数据维护过程中，需要在电脑终端分别安装各厂商提供的性能计算软件并分别对其中的机场、跑道、障碍物的机场基础信息进行维护，重复工作量大、存在人为错误风险并且在数据周期时，需要进行大量性能图表的计算和数据分析工作。（2）在存在多机型的航司，对飞行员使用性能软件提高了不小的切换成本，飞行员需要在执飞不同厂商机型的任务时，需要切换不同的性能软件进行飞机性能评估，且各个厂商的性能计算软件无论从使用方式和结果展示方式均各不相同。

2.2 计算软件系统框架设计

EFB 性能计算界面可以通过指定的输入参数调用基于SCAP 协议封装的WEB 服务接口，能够实现EFB 性能计算的在线性能计算功能。通过规范指定的性能计算条件，能够将多厂商、多机型的输入条件进行规范处理，这样只需基于SCAP 协议维护各机型的构型参数以及设计后台计算逻辑就可以实现多机型计算的功能效果，同时通过接口的方式，还可以设计不同的商用计算逻辑，为后期实现不同性能需求留有个性化的业务逻辑设计空间，大幅提升了EFB 多机型性能计算的个性化需求设计。

2.3 逻辑框架设计

（1）物理结构框架。EFB 性能计算多机型集成应用以性能服务器、接口服务器、应用服务器和数据库服务器为基础。性能服务器用于实时性能计算，一般由2 台服务器进行负载均衡；接口服务器可与应用服务器共用，基于接口服务器通过EFB 与飞行员建立连接；应用服务器和数据库服务器服务于性能工程师，其中应用服务器用于提供通告解析、图形分析、告警等应用服务部署，数据库服务器采用双机热备用于数据库存储。（2）客户端逻辑架构。性能管理系统需将客户端与数据库进行连接，实现性能计算。客户端包括机场数据管理、机型数据管理、飞机数据管理、构型数据管理、构型参数数据管理、导入数据管理与导出数据管理，数据库包括机场跑道数据、障碍物数据、机型数据库和性能数据库。通过Web Api 与EFB 将客户端与数据库进行连接，实现数据的有效提取和计算。（3）框架和架构组件。基于上述逻辑框架，通过公共模块、工具模块、模型层、数据访问层、业务逻辑层、自定义控件层、窗体模块、项目主程序、服务层、服务宿主和数据接口层等11 个模块实现具体功能，主要实现日志管理、基础数据访问和审核数据的存取、性能计算主程序、对外提供WebApi数据接口等功能。

3 测试用例及验证

本文以波音B737-800 机型为例，将计算结果与PET比对，验证搭建的计算框架的准确性。起飞阶段计算的输出结果包括最大起飞限重值、V1、V2 和VR 数据。

（1）固定的风速、温度、襟翼选项数据、反推选项数据、空调选项数据、防冰选项数据和道面选项数据选择ZBAA 机场的01 跑道参数为温度12℃，静风，干道面、襟翼05、空调AUTO、放冰OFF、所有反推工作，进行计算得到输出结果为V1=151.8 节，V2=157.3 节，VR=152.9 节，最大起飞限重值为77791kg，性能计算软件PET 计算的结果信息为V1=151.8 节，V2=157.3 节，VR=152.9 节，最大起飞限重值为77791kg，经比较输出结果数据与PET 软件的输出结果数据一致。（2）固定的风速和温度，按照不同的襟翼选项数据、反推选项数据、空调选项数据、防冰选项数据和道面选项数据组合选择ZBAA 机场01 跑道使用静风、12℃以及分别与干和湿的道面选项、01 和05 的襟翼选项、AUTO 和OFF 的空调、OFF 和ON 的放冰选项以及工作和不工作的反推选项的计算条件，有32 种组合计算条件进行计算验证，选取三种组合关系进行展示。经比较，三种条件下的计算结果与PET 一致。条件1：静风、12℃、干道面、襟翼01、空调AUTO、放冰OFF、反推工作。ZBAA 机场01 跑道的输出结果信息为V1=158 节，V2=163.2 节，VR=159.3 节，最大起飞限重值为77791kg，性能计算软件PET 计算的结果信息为V1=151.8 节，V2=157.3 节，VR=152.9 节，最大起飞限重值为77791kg。条件2：静风、12℃、湿道面、襟翼05、空调AUTO、放冰OFF、反推工作。ZBAA机场01 跑道的输出结果信息为V1=145.4 节，V2=157.3节，VR=152.9 节，最大起飞限重值为77791kg，性能计算软件PET计算的结果信息为V1=145.4节，V2=157.3节，VR=152.9 节，最大起飞限重值为77791kg。条件3：静风、12℃、干道面、襟翼05、空调AUTO、放冰OFF、反推工作。

ZBAA 机场01 跑道的输出结果信息为V1=151.8节，V2=157.3 节，VR=152.9 节， 最大起飞限重值为77791kg，性能计算软件PET 计算的结果信息为V1=151.8 节，V2=157.3 节，VR=152.9 节，最大起飞限重值为77791kg。（3）使用固定襟翼选项数据、反推选项数据、空调选项数据、放冰选项数据和道面选项数据以及分别按照不同的风速和温度组合。选择ZBAA 机场01 跑道，使用干道面、襟翼05、空调AUTO、放冰OFF、所有反推工作以及风速和温度的计算条件，分别进行组合计算，验证比较输出结果数据与性能计算软件PET 的输出结果数据是否一致。由于组合较多，本文选取3 种组合结果展示，经比较输出结果数据与性能计算软件PET 的输出结果一致。

条件1：顶风-10KT、12℃、干道面、襟翼05、空调AUTO、放冰OFF、所有反推工作。结果1：ZBAA 机场01 跑道的输出结果信息为V1=149.8 节，V2=156.4 节，VR=151.8 节，最大起飞限重值为76689kg，性能计算软件PET 计算的结果信息为V1=149.8 节，V2=156.4 节，VR=151.8 节，最大起飞限重值为76689kg。

条件2：静风、26 ℃、干道面、襟翼05、空调AUTO、放冰OFF、所有反推工作。结果2：ZBAA 机场01跑道的输出结果信息为V1=151.8 节，V2=157.3 节，VR=153 节，最大起飞限重值为77791kg，性能计算软件PET 计算的结果信息为V1=151.8 节，V2=157.3 节，VR=153 节，最大起飞限重值为77791kg。

条件3：顺风10KT、30℃、干道面、襟翼05、空调AUTO、放冰OFF、所有反推工作。结果3：ZBAA 机场01 跑道的输出结果信息为V1=152 节，V2=157.2 节，VR=152.9 节，最大起飞限重值为77699kg，性能计算※软件PET 计算的结果信息为V1=152 节，V2=157.2 节，VR=152.9 节，最大起飞限重值为77699kg。

通过上述对本文性能计算结果与PET 结果进行比对，数据基本无误差，且该构型参数基本维护一遍不需要频繁修改操作，因此本文的基于电子飞行包EFB 的性能计算结果较为准确，具有较强的实用价值。

4 结语

本文创新的提出基于EFB 的多机型性能计算，通过分析起飞和着落性能影响因素，按照软件设计模块研究飞机性能计算过程必须使用的各类参数，实现系统内部各功能的解耦设计以及外部数据抽取的服务化。本文为解决国外性能计算软件不能进行多机型的性能计算，搭建国内集成多机型性能计算的平台，为性能计算的可行性提供理论和数据支撑的同时，为其应用研究提供技术方向和解决方案。