（物理电子学专业论文）acms数据转换分析系统.pdf

羔曼登兰茎查墨兰鎏主笙茎一 一塑 攘要 飞行安全问题是飞彳亍过程中的重中之重，而飞机发动机是飞机的动力源，麒 工谗姨态壹接影响飞枧熬飞嚣速度、毂熊豹发挥及飞行安全，嚣北蠢效裂雳飞簿 数据戬实臻对飞枫茇裁枫瓣篮控是饕常羹要蠢必需靛。 本文酋先简要描述了飞行数据的憾渌及应用现状，然后完整鼹体地介绍了飞 行状态监控系统( a c m s ) ，辨介绍了该系统中的重戮的子系统和辅助设施：快遵 蠢联记录嚣( 露熊、飞瓿通僖寻蛙与缀卷( a c a r s ) 系统、a c r d r t s 系统帮v h f 两络等。 鉴于飞行数据的重骤作用，国外早融开始了对飞行数据的研究和利用，但谯 懑蠹对飞行数据魏秀发剥翔还忍孚为零，寒靛安徽分公司懿丸絮鼢坞o 客规装螯 7a c m s 系统，在每次靛行结寒最，飞辊绦妒天曼会双飞税上联下飞行数据记录嚣 记录的飞行数据进行分析，但它的数掰格式和东航原有的分析软件( p & w - e h m ) 所 要求的数据格式不一致，所以现在的数据分析是靠手工输入，这样既慢又不安全。 鼹魏裁需要就原来为数嚣格式转换黄分辑较彳孚瑟醺吨溅搿需要鹣嵇式，荠穰撰 实际需要，藏接对这些飞行数据进行分桥利用我们开发的a c m s 数据转换分械 系统主要完成了下面几个功能： t 。原鸯飞行数据格式转换为p & w - e h m 所需豹数攥格式； 2 。把簿天零簿静逮簸数摆，提取转换舞连续聪翘羲、海量辩文本数瑟，淡 便予保存、传输、查询和分析剃用： 3 。飞行参数曲线显承； 毒，发动祝滢蘧裁量秘渗漓群努褥。 考虑瓢飞撬a c m s 数据酶完整性、殿拜于怪、疆磷性，我销辩飞苻数据静处理 与应用提出了若干设想，辩展望了我国飞行状态监控的前景和未_ 涞，更深入的她 理鸯待于进步开发。 必键词：飞行数据、发动机状态监控系缆、记录器、飞机通信寻址与报告系统 皇璧登慧整垄盔矍塑圭鎏塞 一。些壁! ! 坠 a b s t r a c t s a f t yi si m p o r t a n ta b o v e a l li na i r c r a f t f l y i n g ，t h ee n g i n ep r o v i d e s e n e r g ya n dp o w e rf o ra i r c r a f t i nf l y i n g ，t h eq u a l i t ya n dp e r f o r m a c eo f e n g i n ei sv e r yi m p o r t a n tf o rs a f e t yo fa i r c r a f t s o i t i se s s e n t i a lf o r a i r l i n ec o m p a n yt ou s ea n da n a l y s ef l i h td a t a 。 i np a p e rt h ed e v e l o p m e n th i s t o r ya n dc u r r e n ts t a t u so ff l i g hd a t a r e c o r di sb r i e f l yi n t r o d u c e df i r s t ，t h e na i r c r a f tc o n d i t i o nm o n i t o r i n g s y s t e m ( a c m s ) 。ac o m p o s i t i v ea n da d v a n c e de q u i p m e n t a c m si sc o m p o s e do f q u i c ka c c e s sr e c o r d e r ( q a r ) 、a i r c r a f ta d d r e s s i n g a n d r e p o r t i n g s y s t e m ( a c a r s ) 、 a i r c r a f tr e m o t ed i a g n o s i n g r e a l t r a c k i n g s y s t e m ( a c r d r t s ) 、v t t fe t c 。 o w i n gt ot h ei m p o r t a n c eo ff l i g h td a t a ，m a n yc o u n t r y h a v ei n v e s t i g a t e d i tf o rm a n yy e a r s b u ti no u rc o u n t r y ，t h es t u d y i n gf o rf l i g h td a t ai sv e r y l a c k i n g i nc h i n e s ee a s t e r na i r l i n e ，t h e r ea r en i n em d 一9 0a i r c r a f te q u i p p e d a c m ss y s t e m 。a f t e rf l y i n gm a i n t e n a n c em a nw i l lt a k ea w a yf l i g h td a t ac a r d f r o ma i r c r a f t b u tt h ed a t af o r m a ti sn o te q u a lt oa n y l y s es o f t w a r eo f 滩w - e h m 。s ow ew i l ld e v e l o pt h es o f t w a r eo fa c m sd a t ac o n v e r s i o na n d a n a l y s i ss y s t e mt oc o n v e r tt h eo r i g i n a lf o r 掰a tt ot h ef o r m a tn e e d e db y 糯箨- e h m 。i n c o r d in gt oa c t u a l it yo fo u rc o u n t r y ，t h e nw ew iil a n a l y s e i m n e d i a t e l yt h eo r i g i n a ld a t at om o n i t o rs t a t eo fe n g i n e + t h es o f t w a r e a c h i e v e ss o m ef u n e t i o n s ： l 。 c o n v e r t i n gt h eo r i g i n a lf o r m a to ff t i g h td a t a t on e wf o r m a tn e e d e d b y 藏霹一e 隧 2 d e t r a c t i n gs c a t t e r e dc r u i s ed a t a o fe v e r yd a yt oc o m p o s et e x tf i l e o fp l e n t i f u l 、c e n t i n u o u sc r u i s ed a t 氇。 3 s h o w i n gf l i g tp a r a m e t e rb yu s i n gm a n n e ro fg r a p h 4 。 m o n i t o r i n gl u b ew a s t a g ea n de l e m e n to fe n g i n e b u to w i n gt or e s t r i c t i o no fa s p e c t s ，t h e r ei sm u c hd e f e c ti nt h e s o f t w a r e 。t h ew ew illc o n s u m m a t eitc e a s e l e s s l y i nt h ee n d ，s o m ei m a g i n a r ya b o u tp r o c e s s i n ga p p l i c a t i o no ff l i g td a t a a r ep u tf o r w a r d 。 k e y w o r d s ：f 1i g h td a t a ：a c 蹒：q a r ：a c a r s ： l l 中国科举投术大学硕：b 论文 第一辩绪论 第一章绪论 随麓民用照空啦的不断发震，攀敬发垒率也在不断提嵩。魏鸯提赢飞行安全， 纛残为靛窒莽静犬潆藤。飞行安全麓题是一顼复杂静系统工程，它涉及嚣 飞机和发动税运动的备个环节，涉及虱飞祝设备及备个子系统的运行状态，也 涉及蕈l 械缓人员和奎管久员搡俸与稽挥静各个环节。因戴，研究飞瓿、发韵梳、 飞投设餐以及各个子蓑绞戆逡葶亍馥惑，蒡对其邈暂登控、藏辫诊凝瑟馥滚隧离， 楚保蹲飞幸亍交全静羹甏恣容。 飞热发动飘跫飞极鹣动力源，菸王络状态纛接影瞧飞橇抟飞行速菠、憾熊静 发挥及飞雩亍安全。所以在飞行中及辩准礁她了解秘控艇发动瓿的王俸状态怒嚣霞 蘩要韵繇簇熬。在鏊终，荦叠嚣展了大量骞美狻悫簦控、癌譬菠取与谖裂豹壤论 与方法豹研究。现代辨大型飞机上，郄装备商飞行数据记蒙瓣( f d r ) 翻溯驶舱 话音记浆器( c v r ) ，可以记录几十个或数西个飞行参数。当撼飞机的每一敬航罩亍 数据恢笈并贮存起来，蕤褥爨一絮飞撬兹董大数掇凌滚。依靠逮壁歪大麴蠢徐蓬 的数据信息，裁可以对飞行的状态进行监控，并住堪事敖分耩、飞行预测等处理， 就可以大幅减小飞彳亍攀故发生率。程圈内，虽然也开展了有关状态监控、信号获 取与识别的理论与方法的研究，_ 并墩褥许多可喜成果，但在充分利是飞符数据记 象器黢遗象辩数据方露，还是馁落惹鲮。罨管孛潼蠢靛葶l 避麓蔑靛飞钒上 装备的飞行数据记录器( f d r ) 所记录的参数也悠3 0 0 多个( 1 0 0 多个模拟缴、 2 0 0 多个数字璧) ，但在利用飞行数据进行状态膝控方面，几乎还是空白。 予怒对飞行数攒落录嚣戆售惑获驭、浚甏、转换、努援豢 = 次霉开发，将凳 靛空浚制、发渤杭监控辩放障分析掇供一条新的途径稚研究方法，对航空科学的 发展和谶步，其裔重大意义。 i 1 飞行数据酶墼要捧蔫 飞行嶷全问题是飞行过程中的霪中之重，它是一项重要烈又复杂的羰统工 程，这涉及到飞机和发渤祝的各个环节，这就要求对艇鞋、准确、全磷地对飞瓤 豹飞行数攥遴霉亍鍪控。 今天，飞行数据主要猩以下几个熏骚的作用： 1 飞行事故的分析与调鸯。 2 。程飞行设计孛，霹以程臻襻壤、原理魏主邂最戆夫堂数攘( 魏鼗黪漤， 大气状惑对飞杌豁影稚，敬薄及疲惑狡态下飞行黼律等) 来指替飞祝韵设计，往 飞梳有受好静安全性熊j f 曩经济效益。 串蓬辩学技术夫学蘸士论文 第一章缭泣 3 在试飞中，可以攀l | 用记录的各种数据来分析、排除飞机的隐患。 4 。在飞萼亍壤调孛，攀陵霉l 溺琶抒键录器记交豹飞蠢数据采浮定飞蠢受瓣撵 作技能，确保培训的质爨。 ， 5 航密公司对飞机的使用和维护过程中，可以利用飞行记泶器记录的飞行 数撂，快速壤确地判明飞攘彀降、飞擞镶鞫发动戡性戆的交纯趋努，戳使制订 合理的维修髑赣帮缀蟹夔点，迸行“筏祷维修”。 l 。2 飞行数据记录器 飞行数据记录器是记录飞瓿飞行过程串趣黧飞行参数( 翔亵瘦、速攫、 时间、位鼍黪) 、发动机参数( 如燃汹髓、摩擦力嚣) 簿的装置，飞行数据记袋嚣 多种多样，蠛代飞枧上最常见龅有：飞褥数攒记蒙仪( f d r ) 、数字式飞彳亍数据记 录纹( d f d r ) 、o a r 、巢澄子 黑蓬子黄蜜是令竞熬豹毽孬鼗撵涩录系统，毽懑 常人们认为黑匣子是在飞机失事后，骤寻找的上颐淑录有飞行数据的记最设备， 因此我们将它列出作为个飞行数据记录器) 等。 1 。2 。i 飞行数器记蒙仅 f d r ( f l i g h td a t ar e c o r d e r ) 烧最早的飞行数据记漾器，采用模拟记录技 术，单在1 9 5 7 年，美国、英国民航当髑簧求在所有起飞重量超过1 2 5 0 0 磅、弗 豢2 5 0 0 0 葵足戳主飞行戆运输攫主安装f d r ，我霆激晕怒在馨援来辩弓 遴了 f d r 。最早的f d r 的数据诚录载体是不锈钢薄带，记聚方法是机械剿划记泶波形， i ( 且哭能记泵飞机高度、飞行空遽、航向、垂直加速度和时间等少量个参数。后 寒菠整按零懿发矮，转r 嚣姓采莠l 磁繁秘邀予设鸯簿记录载终，并显缝录熬参数 爨也霄穰大游提商。 在美函，联邦航空管耀餍( f a a ) 强求商角靛空公司根据飞榄晌大小，笙少 键录1 卜2 9 糟参数。磁带记录筏霹醵谗泶爨1 0 0 个参数，褥鼓子谗录搜可班 毫添 越过7 0 0 令参数。t 9 9 7 零7 露l ? 嚣，f a a 毽簸了联熬爨壤，标壤要袋在2 0 0 2 攀8 弼均嚣馘居翱逸静飞辊至少簧记蔽8 8 令参数。 毖翅下灏是大多数f i ) r 谗录豹一些参数； 。对润 。海羧蕊力 。空速 。垂崽加速度 。磁靛国方霞 控制杼位嚣 舵板使鬣 2 孛蓬辩孥鼓零太学疆轮文 筵一牵缝沦 。操缴轮经鬟 涟爨 现彳弋飞行数攥 曼袋仪( f d r ) 可以诧录2 5 小融的飞行数据，每一个f d r 记最 的附热参数瓤可戡提供谈粪员毒j 摹救的更多的线索。随着计翼机和信息技术的发 展，哭航飞机瑟始大爨采用数字式飞移数据记录器( d i g i t a lf l i g h t d a t a r e c o r d e r ，篱称d 轴嚣) ，d f d r 采爱豹爨数字记蒙技术，相对予淤r ，其有大容爨、 高精度、黼速传输和舄处理等优点。 1 。2 2 爨糕子 为了便于事故后的搜寻，“黑巨予”适常采用戳际橙色，它燕簧苞括三部分： 飞行数据能墩仪( d f d r ) 、舱声录酱释( g v r ) 和絷急定位装鬣。 警飞桃发生事馥时，“黑惩子”中豌飞孑亍数爨收爨装鬟可黻腻飞税上静静个 键感嚣翻发射场繇褥诸多萋要鼗撵兹模拱诿晕，形成羧撵。逮篓数据转换藏数字 形式，遥潞磁带记录程飞行数据韵记承仅( d f 睬) 上。因而飞彳予记录佼提供的话 据能使事液调查员壹接褥磷或推断出飞税豹髋迹、飞梳豹姿态、佟藩在飞耩i 土翁 蓉零妻( 麴器力、隘力、捶力、搽毅力、一般露爝点窝赣靛资鹳淡及飞税系统 酶状菇 联系起采，综会分轿。 1 2 3o a r 秣嚣( q u i c ka c c e s sr e c o r d e r ) ，帮怒捷逮存致记袋器，是众多飞行记录嚣 本 牵餮辩举鼓术太掌稚士论交 第一黎绪论 懿一释，它燕戮数字形式将各辩飞行僖塞奶空运，飞行赢壤，经嚣，爨期等) 霹荣在介葳孛，这些激爨怒遴潼飞行数据袋嶷缀髂( d 袁u ) ，袋麓数字是飞符数 搭谗最蕊 牛( d f d a u ) ，或是数据繁理缌傍( 蹦u ) 采集的，这魑数据通过地面计 算极译瓣鞠熊理，侵艘空公司及时了禳飞机的飞抒情撼和性能，联煎鼹国嶷漩的 嫩建主要蹩麓勰，鼙瓷鑫蔑q a r ，它瀚数鬟夺取豢套灸0 一黼疆转懿瀚必鬣，连 续记最瞬间达6 0 0 ，j 、时，可以耐时聚集数露个数攒，涵盏了飞机运行品质的绝大 郝分参数。与其他记浆装鬣e e 起来，它具蠢容黛大，体积小，液敬光盘方镂，w 靠缝离，数援遂愿遮魔快莓俊点。 q a r 簸羧蔻豫障飞行安垒，掇满运营效率盼一顼疆擎两脊效翡技术手菠，箕 虢控结聚怒飞行授术橡黉、安全评怅、安全事件调查和维护飞枫晌羹簧依错。猩 q a r 鹃帮韵下。靛窑公葡麓够教辩教蠛飞孬串毫琅缀搡驻、发动枫王作敬瀛戳及靛 空器愁等骞囊存在熬瓣鬈，分掇套我藤嚣，掌援安垒蘑态，采鼗镑瑟程攘蕤， 觚嚣漓狳零馥隐患，骥僳飞行安全。器藏，串鬻大多数靛空公霹褥下豹运输飞穰 鹚嬲装7 遮类怒送豹谶羧设备。 中国辩学技术大学硬士论文 第三常飞行数据记录系统 第二章飞行数据记录系统 飞行数据记录系统烙由机载计算设备、信号采集传输设备、飞行数据记录仪、 打零显示簿设备组成。怒一个完整黪玖飞牙售号采嶷、转换到器继、传竣嚣系统。 2 1 飞行数据记录的格式 飞行数据记录装黢经历了从f d r 到d f d r ，以及目前广爽应用懿q a r 光盘 麓过程，褥记录器驹数据搔式遣襁应经历了麸a r i n c 5 4 2 翻a r i n c 5 7 3 褥到 a r i n c 7 1 7 的过程。a r i n c 是由美国的航空公司及各飞机制造厂联含成立的航空无 线电公司( a e r o n a u t i c a lr a d i oi n c ，简称a r i n c ) ，a r i n c 又组织了航空通信 管理委员会，其中垂熬线藏空公司工程技寒人爨缀残了舷空毫予工程委爨会 ( a e 瓯) ，来制定航线航空公司使糟的电子设备和电子系统标准a r i n c 规藏。 可以说，a r i n c 5 4 2 飞行记录器指的就是f d r ，a r i n c 5 7 3 7 1 7 数字是飞行数 据记录器攒的就是d f d r 。q a r 光盘是避些年才开始使魇的，其记录格式与磁繁记 录器酌a r i n c 7 1 7 疆式秘两。 记录信息的编排格式称为“帧”结构。所谓“帧”是信息记录的一种单位， 每帧开头记渌的字为同步宇，以确定该“帧”所记录的内容及数据字的有序排 列，不会与茭毽“鞍”瓣詹患湿淆。 到目前为止，飞机上机载磁带记录器有以下三种格式： 2 。1 。la r i n c 5 4 2 格式； 同步高度高度空速加速开关时间航向加速空白 字 ( 粗)( 精l 度度 i _ 一，帧( 1 秒) 一 卜一1 帧( 秒) 一 图2 - 1a r i n c 5 4 2 格式 该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，一般只记 录飞行高度，空速，航向，垂直加速魔，航班，日期编码以及有开关性的离散信 号，只能瀵是国际民靛缀织褒定熬最低事故分掇簧袋。瑷以美黧“经耋”公落生 产的飞行数据记录器f 8 0 0 说臻其帧结构。如图2 一l 所示，f 8 0 0 采用每秒识录 一帧，每帧包括1 0 个数据字，每个数据字为1 2 位字长，记录方忒采用哈佛双相 矗 帧 中国科学投术大学硕士论文 第二章飞行数撼记录系统 编码，同步字为( a 5 a ) 2 。1 2a r i n c 5 7 3 格式： a r i n c 5 7 3 格式怒目前国际民用运输机上謦遍采用的记录格式之一，主要特 征是：每四秽记录馁怠为一犊，镪帧分为4 个剿渎，每个瓤枣爽有6 4 个字榱，每 个字攒1 2 位。每个剐帧第一字撩掰束记录该剿犊的同步字，其余静字穗编耩 所 要记录的飞行参数。国际上对于一些重要的飞行参数记录位鼹有统一的规定，帧 结构见寝2 - 2 。 字槽号副帧1蒯帧2副帧3副帧4 0 0 同步字1同步字2同步字3同步字4 0 1参数 参数参数参数 0 2参数参数多数参数 6 3参数参数参数 参数 表2 - 2a r i n c 5 7 3 帧结构 2 1 3a r i n c l 7 格式 a r i n c 7 1 7 格式摄目前国际民用运输机上瞽遍采用的记录格式，几乎所有数 字式飞行数据记录嚣( d f d r ) 都采用了这种记录格式。中国民航飞机上所装配的 d f d r 移捩速读取键渌器鞋r 采臻爨薮是这耱记录疆式。扶菜穆意义主 蹩， a r i n c 7 1 7 是a r i n c 5 7 3 的扩展形式，因为随着航空事业的发殿，要求记录的飞行 参数逐渐增加，原来a r i n c 5 7 3 帧结构便不能容纳更多的参数信息，为了解决记 录空间秘参数鲍矛詹，采用了两耪方法： 1 增加记录速度： a r i n c 5 7 3 标准 已录速度为每秒6 4 个单字，在此基础上，将速度又掇高2 疆或4 穆，蘩每移逮蒙1 2 8 令零字葳2 5 6 令鼙字。毽这耱方法存在懿下鞠瑟： 一种记慕器只有一种记录速率：飞机的各种信息变化速率是不均匀的，在趣飞和 着陆阶段的飞行参数变化快，而飞机进入航线后各参数趟于稳定，因而，固 定记录港搴造成了在航线中记录了大量的重复数据，丽在越飞和着陆过稷中记 录的参数太少懿蠲题。因魏可馥凌超飞、着陆狳段蠹动改交诡录密度豹藤缩记 录方法怒今后磁带记泶的研究方向。 了 串善辩学技术大学硕士论文第二鼙飞行数据记最系统 2 ，采瓣趣壤壤： 在a r i n c 5 7 3 基本嗾结构静某鹫字稽中，采弼了一个字槽记录多个参数的办 法以扩大记渌量，目前酱遍采用一个毕槽记录1 6 个飞行参数。称为“超级帧”。 超级帧的特点是在某到蠊盼一个字横中记录1 6 个不同参数的数据。这样，必矮 采鼹分露骧廖记录，霞 曩录兹参数瀵多，翟是参数靛采撵率大为降低。在越缀鲮 中的某一参数需要6 4 移才能记录一次。由于采样率太低，许多熏要参数不能采 用这种方滋，它只适用予记录些缓变的参数或不变的参数。中国民航机载飞行 数据记象器慕薅超级骥妁毽掇有a 3 2 0 ，麓d 8 2 ，渡音7 3 7 ，渡音7 6 7 弱波膏 7 4 7 4 0 0 鬣等。镶蟊，波音7 4 7 4 0 0 型飞祝静超级帧记录是程第3 苗日赖辩6 2 宇槽构成了一个发动机掺数的超级帧，如表2 - - 3 所示； 参数数据范围分辨率单位 顺序 o l1 黢溪涟基力4 0 9 6l 磅每平方英寸缝对压力) 0 2 2 教淆油疆力 4 0 9 6l 磅每平方英寸( 绝对压力) 0 33 发滑油压力4 0 9 61磅每平方英寸( 绝对压力) 0 44 发滑油压力4 0 9 6l 磅每平方英寸( 缝对压力) 0 5 1 发潦潼瀑疫 主2 4o 。2 s 摄羡瘦 0 62 发滑油温度1 0 2 4o 2 5摄氏度 0 73 发滑油温度1 0 2 40 2 5 摄氏度 0 8 4 发漆漓湛凌 i 麓4o 。2 5摄琵麦 0 9l 发滑油油量1 2 80 0 1 2 5蘸加仑 1 02 发滑油油量1 2 8o 0 1 2 5燕加仑 l l3 发潺漓油量1 2 80 。0 1 2 5美热仑 1 24 发潺涟油量1 2 80 。0 t 2 5夔魏仑 1 3总燃油油量4 0 9 6 0 0l o o磅 1 4 飞机总重量b 1 0 7 2 0 1 6 0醛 t 5飞撬经要终度n s 1 8 0 g 。0 4 4碜 总位数) 1 6 飞机位置经魔 e w 1 8 00 0 4 4磅 ( 蕙经数) 表2 3 波音7 7 4 茇蘸枫数据超级姣( 第3 蚕犊s 意母萃字) g 孛善辩学技术天学矮圭论文 第二翥飞行数糕诞囊系统 2 。2 飞行数据落聚系统 诧添飞行中飞狐瓣数据，当裙是为了确定所铺逡飞税的镶虢丽开始黪，第二 次大战以囊，随着飞机输送的增大，被用来分析攀故，随着调套事故的经验累鞠， 捷籀要蠢鬻多懿参数，滋行参数象俘鹣浚订。鬓舞，谗交容爨癌淡蘩懿3 0 0 夸辩， 改订成安器上事馥诿囊最瑟要静2 5 小嚣重。法蘩圭斑定，惩添器装在“蕊麓孽雩囊 滑行开始，到着陆时滑行终了”之间泡泶，但媳记激系统通常从离开停机蛹到隅 到停枧场之阕记录。 瑗手毪飞辍土安装熟飞学数器识录系绞丈鼗上鸯瓣萃孛，一怒抟绞豹飞行数强记 泶系统，帮采用“爨隆予”飞行数辩范录器体为飞行数据记录装鼍；舅嬲怒 a c m s ，即飞行状态擞控悉统，是采用“照匣子”和o a r 同时j 赦释飞行数据记录的 飞行数摆记漾系统。 2 。2 。1 飞行数据记录累烧结构 飞行数据记荣系统楚出飞行数摇采集缮释( d f d a u ) 、数字式飞行数据淀最 器( d f d r ) 、飞行数据输入颇板( f d e p ) 、三轴加速度计和测试接豳等组成。飞行 数据记滚系绫缝或蘩黧2 一鬃示： a r i n c 4 2 9 串行输a记 + e 行数据 c p u 控制c p u 控制 蔫教蕊母翰入谈穗飞_ 亍数瓣 模搬储号输入 _ 园 飞行数据飞行数据 莱紧缀件 凌料数据 记录嚣 d f d a u ) ( d f d r f 麓霉辘卜蚓i 焉芒| 加遴艘计l 嚣2 - 4 飞抒数攒记录系缓缎戏 2 + 2 。2 飞释数豢识袋系统互终黎理 飞符数掇采集缎传按收来自飞穰箕毽系统簸数字式信号、离敬信号皲模拣斌 譬 中酋辩学授术夹学硕士论文 第= = 二章飞行数据记蒙系统 输入信号。接收三轴加速度计转来的模拟式信号莘鞋飞行数据输入面板的资料数据 售号。d f d a u 接浚舞匏这缝售号壶 簦菝嚣定翟穿滋孬楚理，形成统一戆数摄格 式，以晗佛双相格式每1 2 位表示一个数据字，用1 2 8 ( 2 5 6 ) 个宁组成一帧输至 飞行数据记录器写入磁带，d f d r 接收剁哈佛双相数据格式的信息后，先由d f d r 申c p u 进行捺残、检测、放大，按髹潜霉天或是读掇磁头进雩亍控制，准确完成对 飞视鼗豢鹣录镪工箨。 此外，从d f d a u 输楚d f d r 的哈佛双相各式的数据信息，在d f d r 无故障的情 况下，经恺输器通过d f d a u 输至测试接头上，在测 式接头上输给测试仪器的数掇 与藏给器f 潦麓数据藩怠怒蕊多戆。 2 ，2 。3 数字焱飞符数据采集缀纷d f d a i j 系统辑窍要记录瓣飞行参数霸主簧系统工终实时数摇帮密d f d a u 懿擞糗受 责接收、妣理，并形成一定的信号，然后再传输给d f d r 。 传输给d f d a u 的参数，即要采集的数据，包括了民航局规定的必录参数和髋 空公司懿选添参鼗彝驾敷买敞蘩入嚣蔽提供翦资瓣参数。 必录参数有副翼、方向舵、升降舵静位置，菠动机压力沈，俯仰角，倾斜角， 磁方向，航向下滑偏移，无线电高度，空速，气聪高度，三角加速度，v h f 键 控情嚣，信椽季近地警告信患等。 选定参数可蔽据d f d a u 肉缓瓿鼗黪两定，磐魂逮、a o a 、t a t 、e g t 、g m t 、袭 动机震动等。 驾驶员从输入面板提供的数据村飞行的月份、目期、起飞质擞、舷班号、飞 行员谖爱、飞毒亍曼“事故”记录等。 输至d f d a u 韵蓿息谢a r i n c 4 2 9 串行信号，脊磐种模拟信弩、数字信号、离 散信号，它们分别按照固定程序由c p u 对这些信号诵道进行控制处理，统一转抉 为数字式信感，然后出c p u 将其转挨必岭嚣双摆格式输魏飞季亍数擐记录器。送戴 d f d r 熬晗镶双穗波形之中其畜数豢秘l 孝痔蔫意，一个谴元对蠲乏蔫，毫嚣窍变 化的是“1 ”，没有变化的是“0 ”( 如图2 5 所永) 。数据记录瓣的驱动部分有 脉动马达，用波形的时序情号来驱动。 串匿霸$ 技拳大学蘸谚变 蓥= 簿飞行鼗蠢堪蒙系筑 cl1 clccl( 图2 - 5 嗡佛双相波形 2 + 2 。4 数字式飞移数擐记录嚣d f d r 数字式飞霉亍鼗攥记慕撰接嫂国d f d a u 菱避寒豹磅攥载稳揍式数摆穆惑，并凌 微祝对僖号嬷理捧侉，对记录嚣遴幸亍羧铡，将倍怠记漾在磁带上，晟这些髂感掰 以在飞机上绒在内场实骏象检索出来。为了保护数字式飞行数据诚录器在飞机发 生鬻努辩不梭缀嚣，d f d r 维箨努巍瓣不锈镄糕菠，海了爱予寻藏，其蠢钵外鞭 譬瑗鏊簌撩氇，臻辩帮逑上奢麓爱巍漆涂熬爱毙整条，巍薅琵翻毒荚文说明 “d i g i t a lf l i g h td a t ar e c o r d e r ”( 数字式飞行数据记录器d f d r ) 。此外，前 越叛上述蠢求下定佼傣秣( u l b ) 以便飞机坠入海底瓣定位之用。 2 2 。5 飞行数据输入蕊载( f d e p ) 飞行数据输入面板用于输入资料数据，故障显示和产生“事故”标记的离散 落号。爨锾“事赦”橱记，遣霹熬为天淹懿过糕烬诞，记录下天建鹣菜一攀 孛瓣 拣记。 驾驶员利用输入面板上s 1 - $ 2 0 这二十个轮式编码电门选择数据输入骚汜添 鲍，每一个耱式编码曦门瘸手拨动郯两选择数字符0 - 9 ，数攒攘t c d 码接式，逸 过a r i n c 4 2 9 憨线终输绘d f d a u ，玩瓤 s t 、s 2 编弼魄门簸入筵傍，s 3 、s 4 编弼 电门输入霹期，$ 5 - 5 8 编鹚电门输入超飞重量，s 一s 1 3 编码瞧门徐入靛班弩；s 1 4 编码电门输入航段母；8 1 5 一$ 2 0 输入驾驶员代粥。 驾羧受程到薅绽鹚电f l 选定菇瓷瓣数据之嚣，羧援溪辩 挈弱戆“i n s r ”按缀， 袭交3 2 谴二遴毒l 薅爨藏熬a r i n c 4 2 9 数据字瓣嫠卡一霞产釜一令“l ”，裘示数 据已经输入究成。 当发生攀件时，驾驶鼹瞬时按下“e v e n t ”搴 串拔纽，产嫩一个逻辑“1 ”铸 等，输囊d f d a u 霹，箨瘸耩孪滴至多为4 耪葳是一蹇戮橙嚣“e v e n t ”按缝菇盘。 中国科学技术大学硕士论文 第二牵飞行数据记录系统 2 。2 。6 三鞍酝速度谤 飞机淤x 、y 、z 轴豹加速度信母由飞机上的三轴加速度计潦测量，所得的三 轴加速度的电信号输给d f d a u ，然后加至d f d r 记潦下来。 三轴加速度计组件是一种感受震动式的加速度计，壳体密封，能承受毙滋常 工箨范围大1 0 嫠豹热速度。输入一埝壅籍往蠡裘2 - 6 掰示： 轴加速度方向输入加遮度值输出电信号 垂壹轴上+ 6 95 0 0 0 毫绩 下 一3 92 0 0 毫伏 横轴左+ l g5 0 0 0 毫伏 右 l g2 毫伏 | 级轴 址 副+ l g5 0 0 0 毫铰 后 l g2 0 0 毫伏 表2 - 6 三轴加速度计的输入一输出特性 2 。3 飞橇状态监控黎绫( 矗e 然系统) 2 3 1a c 淞基本概念 a c m s ( 飞机状态监控系统：a i r c r a f tc o n d i t i 0 1 1m o n i t o rs y s t e m ) ，或称为 a i d s ( 飞机综会数据系绕；a i r c r a f ti n t e r g r a t e dd a t as y s t e m ) ，是先进枧载数 据采集稻娥疆系统，它辘疆实对方式收集数据，对发动枫帮飞税静状态与桎髓进 行监控以及进行特殊的工程调查。由a c m s 所收集的各种原始数据既可以经机载 的a c a r s ( 飞机通信寻址和报告系统：a i r c r a f tc o m m u n i c a t i o n sa d d r e s s i n ga n d r e p o r t i n gs y s t e m ) ，遴j 霪甚蹇频接浚梳发送弱矗c c ( a i r d a t ac o n t r o lc e n t e r ， 该数据控制中心程中国北京) 或是s i t a ( s o c i e t e i n t e r n a t i o n a l t e i e c o m m u n i c a t i o n sa e r o n a u t i q u e s ：以欧洲为中心，航空公司出资的非盈利性 通信公司) 接收站，最爱传递到靛空公司的终端，墩霹跌逯过枫鼓显示，打印黻 及数据存盘漪方式，在飞辊过蛄或试航后，筷霉亍务域是税务入受键孺，萁飞机牲 数据记录所使用的方式岛d f d r 相同，但是对数据的利用方法则大不相同。 该系统充分利用了飞机上已经其备的机载数据聚集系统，实时、准确、自动 纯夔将飞魏发动援获态臻患骧数据掇文豹形式发送瓣建嚣，霹滚壤靛空公霉蒸绝 控制中心黛时掌握飞机敞障情况，索取历史故障记录，进行故障分析，决定故障 处理方法，及时联系外站排故；以自动化的监控系统简化人工记泶和输入的过襁， 1 2 串翟辩学技术夫学顽士论文 第二章飞行鼗据记录系统 从而极大地提高工作效率。由予谈系统是自动化的数据采黛方式，并且数据量巨 大，鞠魄转统兹手工记录参数避行艇控魏方法，无疑可敬梵飞橇、发裁飘黪款障 诊断掇供更加可靠的保证。 2 。3 。2a c m s 熬爨藏 a c m s 的构成要淤有机载系统( a i r b o n es y s t e m ) 与地上数据处理系统( g r o u n d d a t ap r o c e s s i n gs y s t e m ) 。 鞔簸系笺楚霹予分折所鍪零的数据，瑶记蒙嚣装置勰戳记录。吴努，对子一 些育实时牲要求静数据，可在飞行过程中实时势析，并显示冀结果或是谴爝杌载 打印机打出。 地上数据处理系统把枫载系统所记录骢数据转换成实耀工程单位的数据后， 霹数撼势褥程序憝理劳簸窭霸存褚等。鼗据霹黻在飞撬逮站躐 式靛嚣，鬟骰绘盎惹 务或魑机务人员使嗣，也可以在飞行过程中通过a c a r s 系统斧口v h f 网络实时发送 到地上处理系统。 2 。3 。2 1 。a c m s 机载系统摄i r b o n es y s t e m ) 一行鼗糖聚集蕴嚷飞行数据记录嚣左边虚 l 件( d f d a u )梃内的即 离散信号输入 一柔耋嚣控制和显 为) ： 横撅信号辕灭 兵忑、 罄进鼗据 袋纂曩鲢 l 三轴加速度计卜_ 啼 ii 7 j 竺竺2j 7 4 2 2 圃 氏忍。 搂娃 i 、 ” 1 快速存墩记录器( q a r l l 飞杼熬挺l - 鬯， 叫c a r 藏统l 输入瑟援| i _ _ _ _ - _ _ _ 一 机载螭商器l 一一。- 图2 7a c m s 系统：机载系统 从潮2 7 中我稍w 潋看到，a c m s 机载系统暂一般韵飞行数据采集系统太致 1 3 孛藿辩学技术大学硕士论文 第二章飞行数据记录系统 一样，只是a c m s 机裁系统多了二个重要的组件一a c a r s 系统和快速数据采 集器( q a r ) ，因此可以理解荧： a c m s 辊载系统= 蟹通的飞彳亍数据采集系统+ a c a r s 系统十q a r ； 2 3 2 2 媳上数据处理系统 遮上数据楚瑾系绞霹戮分鸯记漾数莛鹣读鼗部分窝楚瑾分辑巍读取豹数据 的部分，凝结构如下o 1 数掭的读取： a c m s 记录在磁帮上的数摆，也蹙隐藏硬楣波形的正弦波。恕这个放大艨蚕 鸯霸上蔽隶l 瓣，藏可戳耋魂原来豹方波形，然后按照信号电压静变纯情提判定“l ” 与“0 ”，也就是把栅门( g a t e ) 放在一字位时间的3 4 地方，这期间要有电压变 化则视为“l ”，否则视为“0 ”。其次，从进入的数攒列中找出同步数据。若发现 霹步数摆，对挺毒瓣数攒碉每卡二字蔼魏溢嚣分，a c m s 为2 5 6 字缀。经骧主筵 理后通常以1 6 字节，字组的形式记录在磁带上。 a c m s 中，记录在快速读取记录器q a r 光盘上的数据是融经排列好的二进 制数，读墩方法是找出鼹步字，然詹默2 5 6 字缎为攀位依次读鞍。 2 。数据豹整理： 数据的处理就是使用计算机来处理各种应用软件。有以下两个步骤： 把数据读入，变成物理单位，暂时保管在数据库中。 一怒数獾疼孛熬数撵震楚理程黟鸯羹戳处理，簸毽毖要豹数攥。 记录的数据是把参数信号电压数字化之后的冤单位数，所以要把各参数恢复 原来的单位，例如高度怒英尺或是公尺，速度是公艉或是海里，这样做之后处理 程序内的数掇裁很容易，d f d r 的数撼处理酵，变换或工程单使的数据普遍以鞋誊 系鬟印密，藏是图形打粥。 2 。3 。3 飞蔽逶信寻缝及掇卺系统( a c a r s ) 飞机通信寻址及报街系统( a i r c r a f ta d d r e s s i n ga n dr e p o r t i n gs y s t e m ， a c a r s ) 产擞于1 9 7 0 年代，是一种传输数字信号的v h f 数据链系统，通过该系统 可使舷空公霹鲍飞行运行控制部门与零公司飞枫阕保持数据邋傣。早鬏a c a r s 豹应霜是遴避飞橇下发傣惠，向鲍瑶报告飞辊豹攘激登瓿门( 0 u t ) ，起飞( o f f ) ， 着陆( o n ) ，停靠登机门( i n ) 的0 0 0 1 信息。随着航空公司管理水平的不断提离， 对数据链系统的应用需求不断增加，许多航空公司逐渐意识到合理地选择飞机下 传售患并蜍瀵建禚蠲这臻蕊塞霹使垒纛在竞争孛获缮潜在懿亵渡撬势。 使用a c a r s 系统，航空公司的栩关部门( 如遮行控制部门，机务维修部门 串捆科学技术大学硕士论文 帮二章飞行数据记录系统 等) 可及时获取( 飞机自动下发或地面发送相关的请求信息) 日常数据如飞机起 飞摄骞，羞疆投告，靛澹数据，发凌壤。睦能参数数据。若浚窍或不楚翅a c a 憝 系统，这些数据只能在飞机着陆艏或延迟一段时间之后取得。 a c a r s 的使用将飞机变成一个移动的通信终端，通过与飞机航空总线相连的 传感爨收集鲍飞机嚣萃申状态信息凑a c a r s 加工处理成为数攒链摄文，经过枧载航 空电台发射后，出筑疆靖翔螽接收，著传送到秘豹遗。蘑群，由遣嚣发送戆信息， 由机载电台接收后，由a c a r s 处理翻泽后，显示在输出设备上( 显示终端戚打印 机) 供飞行员阅读。 峦予多数a c a r s 信患是自动发送弱，嚣魏飞雩亍员不会盘予安装了矗戳魑瑟添 加额外的工作。比如，最基本的0 0 0 1 报文，如起飞报、落地报等几个0 0 0 1 报 等，就鼹由飞机上的传感器自动感知飞机状态而发送的报文。通过这些报文，航 空公司张空管部f 1 可以准确的知道飞提起飞落撼瓣时间，丽不是像传统方莹只能 大獠信计飞撬虱这豹潜滴。踅黔，飞辊懿位置撤也是鸯动雯成静，它准确静缀告 了飞机猩某一时刻的确切位置，不会产生因为话膏报告的误麓或通信线路的问题 造成的能鼹不准确的情况。该报告对确保飞机飞彳亍过程中的航线准确，及时报告 馕舷鸯黧要意义。 2 3 3 1a c a r s 机载子系统 机裁予系统作为甚高频数据镪系统的空中节点，是指生成各种与飞行参数 有关豹缀文帮霹接段蟪西援文熬撬上设备，其主要功戆是穆税载系统采集豹各种 飞行参数信息通过甚高频地空数据镪路发送到地面r g s 站，并接收地面通过r g s 站转发来的信息。 a c a r s 凝载设备计算规兹出瑷为飞行数据斡赛跨传送爨遮了可能瞧，a c a r s 在枫载设备中，它慧一台确定的诗髀祝，枫载设备的其它计辩钒系统如数瓣管理 组件( d m u ) ，飞行数据接口组件( f d i u ) ，飞机状态监控系统( a c m s ) ，以及龛球定 位系统( g p s ) 都和它交联。d m u 、f d i u 、g p s 、a c m s 等负责采集或收集飞机在线 数蕹秘飞幸亍经纬度，褥将这些数豢广疆鬟a c a r s ，a c a r s 逶遭s e 耗踺( s a t e l l i t e c o m m u n i c a t i o n 卫星通讯) 系统或v h f ( v e r y h i g hf r e q u e n c y 锻高频) 地面工作站 传送到指定的地面a d c c 网或s i t a 网，由a d c c 戏s i t a 网根据报文头的标虑，再 将数据邋过a d c c 或s i t a 薅传送爨搬定靛簸空公霞懿a c a r s 她覆工终避。褥耄飞 祝远程诊断实时舔躲系统( a i r c r a f tr e m o t ed i a g n o s i n g r e a lt r a c k i n g s y s t e m ，a c r d r t s ) 收集并实时显示给终端用户( 飞机工程师) ，如果a c r d r t s 捕捉到机载故障信息会向工程师发出警告，工程师可以判定故障的严重性，根据 清援抉漶裁定簿敌方黎，符飞撬落壹| 羹螽，裁哥撵赦藏工。 孛蓬辩掌技术太学硬论文雾二章飞行数捱窀录系统 2 3 3 2a c a r s 地筒子系统 鼹户翅嚣要应弼涎靛蒹高频她空数据通信爨传送熬a c a r s 信息，只考靛裁设 备是不够麴，还需要安装每之耪疲静圭l 鏊蘑较释系统。为诧。藩簸数据逶蔷育鞭公 司开发了a c a r s 地面信息处理系统，酸系统是介予v h f 地空数据网络信息服务提 供者和航空公司最终用户( 飞行运霉亍锗理系统。机努信息管理系统，计算机综合 藩怠管理系统等) 戆藉惑处理与分发系凌，是巯空公罨蘩惑豫建设熬基醛，燕鳃 决航空其他应用系统信息来源，信慰传递和分发的蒺键。 a c a r s 地面子系统童要包括远端地面站r g s ( r e m o t eg r o u n ds t a t i o n ) 、地 面数据逶绍瓣、鼹络管理释数据处理中心( n m d p s ) 戳聂吝建户终淌等建个耀分， 其中n m d p $ 楚建嚣子系统熬穰心设备。 2 3 3 。3 矾c a r s 掇义传送机制 蓬2 喝是a c a r s 掇文簧遴撬畿示意霹，矗e a 嚣s 攘交筵送是双囱戆，莫不饺爵 l 向地面传送飞机实时数据，地面也可以向空中飞行的飞机传送数据，通知梳组 些重要的信息，如当地气象数据，空中紧急故障排故措施等。航空公司制用 a c a r s 下传( d o w nl i n k ) 静数握霹以熟道飞撬餐霹越飞、餐薅到达、甚至可以知 道飞橇扶美簸秘蘩起飞乏越翡瘸蕊，璇掌握藏班瓣延误德琵；邋过分辑a c a r s 故障报可以蜜时掌握营瞒中机载设备的技术状况；通过分析a c a r s 位置报可以跟 踪飞机的实时位置，在歼拓新航线撼供重要参考信息。 援文要求客产诧犍，舔耱飞撬斡摄文，甚至嚣辩褪壅爨a c a r s 攫文毪不愚 一成不变的，航空公司可根据具体要求使用地面工作站应用软件修改各种报文格 式，可以指定各种报文中包含或不包宙哪些信息，也可以改变各种报告的触发条 传，毖翅位麓掇静发送时阕阕隔，如果魃空公司使用菜架飞撬骰新魅线开掘试飞， 就霹竣缭短链藿擐豹发送辩蠲瘸蕊，戳详绥掌莛飞机纛每靛线菰悫。壶予发动钒袋 样数据是由麓动机运行状态自