民航飞机发动机状态监控技术与系统研究目 录1.引言.3 1.1 概念.3 1.2 意义.3 1.3 运用.32.发展历程.4 2.1 早期飞机数据记录器概述.42. 2 飞行数据记录的新发展.63.飞机状态监控技术.73.1 ACMS系统的组成.73.2 QAR概述. .73.3 ACMS其他部件.93.4 ACMS系统的工作原理.94. 发动机状态监控技术.11 4.1 数据收集.114.2 数据处理.124.3 修正.134.4 警戒.144.5 数据储存.144.6 分析.144.7 展望.154.8 结论.155. 飞机与发动机状态监控系统软件功能介绍.15 5.1 ACARS.16 5.2 COMPASS.17 5.3 AIRMAN.186.总结.237.参考文献.231、引 言1.1概念21世纪，随着人类科技的发展，人们的生活变得越来越便捷，地球正变成一个越来越小的地球村。而现今连接世界各地最方便快捷的途径，就是航空业。随着民航的日益发展，其快速性当然不言而喻，但是人们正越来越关心的是，民航运输的安全性。因此，飞机状态监控技术和飞机发动机状态监控技术作为与民航安全性最紧密的部分首先值得我们关注。最初，人们通过飞行数据记录器，即通常所说的“黑匣子”来记录飞行数据，当飞机发生事故之后，找到飞机飞行数据记录器，根据记录的飞机飞行状态参数，可以分析事故原因。近年来，随着电子技术、计算机技术和通讯技术的迅速发展，现代民用运输机上开始加装飞行状态监控系统（ACMS），通过系统可以更加有效、及时地利用飞行数据。对于现代飞机上，飞行数据已经在更多的领域发挥着重要作用：分析飞行数据、为航空公司的“视情维修”提供依据；分析与飞行员飞行操作有关的飞行参数，指导飞行员培训和提高飞行质量；分析飞行数据，总结飞行规律，改进飞机设计；分析试飞中的记录数据，排除故障，消除飞行隐患。而发动机是飞机的心脏，对其进行监控非常必要随着飞行参数系统的大量安装利用其记录的数据，如发动机的转速、温度等采用有效的数据处理方法，对发动机的工作状态进行监控，对于发动机的维修及早期发现事故征兆，无疑是一种投资少、见效快的新途径。1.2意义飞行监控数据所反映的任何机型的超限特点，无不反映了该机型飞行特性与操纵特点，而这些飞行特征与操纵特点又无不与飞行运行安全紧密相连。根据超限特点查找原因、掌握规律，有针对性的提出现实可行的解决方案。小而言之，保障每一次航班的安全飞行；大而言之，则是在推进民航同机型安全隐患治理，防患于未然，通过达到安全管理系统（SMS）所要求的干预使该机型在人们可以接受的风险水平下运行，使之成为保证整个民航安全运行的重要部分。所以说，借助飞行数据了解飞机的运行状态和飞机性能是较稳妥准确的途径之一。而对于发动机状态监控技术来讲，发动机是飞机的“心脏”,是飞机取得飞行高度和飞机速度的动力源。发动机工作状态的好坏不仅影响飞机任务的完成；而且影响飞行的安全。所以，良好的发动机监控系统对正确使用发动机，及时发现与排除发动机的故障，安全、有效、经济的完成指令时任务是十分必要的。1.3应用鉴于飞行数据的重要性，所以在现代民用运输机上，通过传感器或者与微机化的机载电子设备相连的总线采集了大量的的模拟信号、数字信号和离散信号，并将这些描述飞机的操纵、姿态、发动机运行状况、自动驾驶情况以及警告系统的信号保存记录下来，提供给技术人员分析使用。2.飞机数据记录器的发展历程2.1早期飞机数据记录器概述最早的飞行数据记录器采用模拟记录技术，称为FDR（Flight Data Recorder）记录结构非常简单，如图1.1：但是，FDR的数据记录载体是不锈钢薄带，记录方法是机械刻划记录波形，而且只能记录飞机飞行高度、飞行空速、航向、垂直加速度和时间五个参数。随着电子技术的迅速发展，许多机载电子系统实现了数字化合微机化，如INS、 ADC、 FCC、 FMC等都是以微型计算机为核心进行计算、处理或控制的设备。所以民航飞机上开始使用数字式飞行数据记录器DFDR（Digital Flight Data Recorder）,记录载体为磁带，具有6个或8个磁道，可进行循环记录；记录方法使用数字记录技术，先将信号转换成二进制代码，在通过磁头转换为磁信号，然后记录到磁带上；它所记录的参数比FDR多很多，课记录几百甚至上千个参数，DFDR可保存最后25个小时的飞行数据。同时，记录系统中增加了数字式飞行数据采集部件（DFDAU）、盒式磁带记录器、机载打印机、控制显示器以及以微处理为核心的数据管理单元（DMU）等部件。盒式磁带记录器主要用于日常的维护监控。整个系统的功能基本达到了磁带记录器的完备程度，其系统图如图1-2：目前有些飞机上开始使用体积小、重量轻的固态存储器式飞行数据记录器，它克服了磁带式记录器运带机构故障率高的缺点，大大提高了记录精度和可靠性；同时克服了磁带式记录器只能顺序读出数据的缺点，能够方便地提取最近4小时内任意时间点的飞行数据；并且它利用数据压缩技术节省了很大的记录容量，所以这种记录器将是目前的发展方向。目前，对DFDR的译码通常有两种方式：一是从飞机上拆下记录器直接译码，但是由于DFDR安装位置的限制，使得拆卸工作极为不便。二是利用拷贝记录器做媒介，将DFDR中的数据直接拷贝到该记录器中，然后将拷贝记录器送到译码站进行译码，但是拷贝过程缓慢，也不是一种较好的工作方式。盒式磁带记录器虽然装取方便，但其记录容量受到大大的限制，所以人们开始寻找更好的利用飞行数据的方式。22飞行数据记录的新发展现今，由于FDR和DFDR两种记录器容量的限制，以及无法为飞机进行实时监控的局限性，所以人们在现代民航运输机上加装ACMS（Aircraft Condition Monitoring System）系统，即飞机状态监控系统，开始将飞行数据用于日常的维护和监控。对于ACMS的具体研究及分析，将在第三章进行具体分析。利用ACMS是掌握安全飞行主动权的有效途径。在大量占有、分析飞行数据的基础上，及时的、准确地挖掘存在的隐患，预测可能出现的问题，制定有效的安全措施，将问题苗头遏制在萌芽状态，将大大提高飞行安全性，保障航空公司的高效运作。3.飞机状态监控技术3.1ACMS系统的组成飞行状态监控，顾名思义，就是对飞机的运行状态进行监视和控制。ACMS系统是飞机上安装的先进机载数据采集和处理系统，它能以实时方式收集数据，对发动机状态和飞行性能进行监控以及进行特殊的工程调查。由ACMS所收集到的各种原始数据既可以经机载的飞机通讯寻址与报告系统(ACARS)通过甚高频地空数据链发送到地面接收站，最后传送到航空公司的终端；也可以通过数字式飞行数据记录器（DFDR）和快速存取记录器（QAR）将数据记录保存下来，在飞机过站或航后供航务和机务人员使用；另外也可通过机载打印机、多功能控制与显示组件及时地获取数据信息。DFDR作为该系统的必备部分，主要用于飞行事故的调查取证，而其他部分主要用于日常的维护和监控。笼统的讲，ACMS系统主要包括核心组件和外围设备两大部分，下面详细介绍这两部分的内容。1.核心组件ACMS的核心组件是数字式飞行数据采集部件（DFDAU）或飞行数据管理部件（DFDM），其内部有两个中央处理组件CPU，两者之间通过422接口连接。CPU1为DFDR和QAR提供数据，以便在飞机发生事故或突发性事件后，供有关人员进行调查分析；CPU2为ACARS系统提供数据，供航务和机务人员实时监控发动机状态和飞行性能使用，其数据内容和格式可由用户更改，称为报告。2.外围设备ACMS系统的外围设备包括飞机通讯寻址和报告系统(ACARS)、快速存取记录器（QAR）、飞行数据记录器（DFDR）、多功能控制显示组件（MCDU）或综合显示组件（IDU）、座舱打印机（PRT）、飞行数据输入面板（FDEP）、三轴加速度计（LA）和记载装填器（ADL）等设备。其结构图如3-1： 图3-1 ACMS的系统结构组成3.2 QAR概述QAR和DFDR作为ACMS系统中两个最重要的部件，一个负责存取数据一个负责记录数据，在ACMS中发挥着极