关键词：水陆两栖飞机、飞行模拟机、试飞数据、精度
中图分类号：xxx 文献标识码：xxx
1.引言
飞行模拟机是一种模拟航空器执行飞行任务时的飞行状态、飞行环境和飞行条件，并给飞行员(空勤人员)提供相似的操纵负荷、视觉、听觉、运动感觉的试验和训练装置[1]。飞行模拟机通常由模拟座舱、运动系统、视景系统、计算机系统、声音系统及教员控制台系统等几部分组成[2]。飞行模拟设备需要根据中国民用航空总局发布的CCAR-60部《飞行模拟设备的鉴定和使用规则》进行客观测试及主观测试等内容[3]。数据包的研制直接影响着模拟机鉴定结果，鉴定科目中需要对平飞、爬升、纵向操纵的个多个科目进行校验，因此，没有试飞数据，数据包研制工作无法完成[4]。
2.试飞数据的生成流程
试飞数据分为两部分，一部分是为了模拟机数据包验证所需的试飞数据，可根据IATA《Flight Simulation Training Device Design and Performance Data Requirement》文件中试飞验证内容及CCAR-60部《飞行模拟设备的鉴定和使用规则》一般要求及客观测试内容总结得出部分试飞科目[5]。另外一部分是为了补足数据包，而工程数据无法满足的情况下进行的试飞工作。
试飞数据的生成流程如图1：在工程数据无法满足数据包开发的情况下，对试飞数据进行需求分析，主要分析建模数据需求及验证数据需求，看数据是否完整，建模数据需求主要是气动辨识需求及模型校验需求，验证数据需求主要是根据CCAR-60部按照科目要求进行。若建模数据及验证数据缺失不足以满足数据需求时，需要用试飞数据采集所需数据来满足数据包的研制要求。通过试飞数据需求分析编制试飞大纲，试飞大纲编制后需要进行评审，通过评审才能达到发布。
根据试飞大纲，与试飞员进行沟通后根据改装需求进行飞机的加改装工作，并进行端对端校准与检查，试飞完获得数据，并进行曲线校准，对试飞数据进行初步滤波，相容性检查判断是否有效，对无效数据进行重新试飞，对有效数据进行精准处理，然后进行数据验证直到数据处理完成。
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图1 试飞数据生成流程
通过数据采集流程可知，试飞数据的精度取决于试飞采集设备、试飞方法、及处理方法等因素。因此，试飞数据的精度取决于多个因素。
3.国内外飞机模拟机试飞数据试飞科目数据精度
下面通过具体型号的数据包的精度及规章制度要求的数据精度分析各类数据要求精度。
（1）国内某陆基飞机模拟机试飞科目数据精度
根据经验，国内某型号陆机飞机C级以上全动飞行模拟机研制过程中部分试飞数据采集数据精度内容如下：试飞数据采集分为飞行前记录和飞行过程中记录，主要分为飞控力学参数、控制面偏转参数、空中数据参数，起落架参数、发动机燃油参数及其他参数。重量重心等地面静态参数可在飞行前进行记录，飞行过程中的参数可采取抽引的方法进行记录，通常采样率为60，如飞机上不能直接抽引记录，需接相应的外接设备在飞机上进行加改装工作后实施抽引工作。国内陆机飞机重量单位采用lb，精度最小单位为1，角度单位为deg，精度从0.1到0.00001。惯性矩单位为slug-ft^2，精度单位为1，速度单位为kt’，精度为0.1，加速度单位为g，精度为0.001，角速度单位为deg/s，精度为0.01，力单位为N，精度为1，起落架压缩量单位以mm为计，精度为0.1，压力为psi，精度为0.1。由于不同的参数测量设备的精度要求，其精度不同，精度越高，模拟机逼真度越高，但是相应的软硬件及工作量将翻倍，因此应选取适合的精度。
（2）国外某水上两栖飞机模拟机试飞科目数据精度
国外某型号水上飞机C级以上全动飞行模拟机研制过程中部分试飞数据采集的部分科目及精度内容如表1：主要分为飞控力学参数、控制面偏转参数、空中数据参数，起落架参数、发动机燃油参数及其他参数。国外参数的精度单位选用国际标准单位，精度为≤1%的表示误差值在总量程的1%以内，精度为Aircraft为精度跟随飞机计。
此外该型号水陆两栖飞机需要测试水下控制器，左侧水探测情况，右侧水探测情况，以及各个水箱的水量，且精度跟随飞机自身精度。
表1国外某水上两栖飞机模拟机数据包部分试飞数据
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4.CCAR60部要求的试飞数据精度
在数据包集成完成后，经过仿真模拟完成模拟机研制并进行主客观测试，根据客观测试容差及测试调节等条件可知，若满足CCAR-60部中容差的精度要求，需要试飞数据的测试数据具有相同等级的精度。部分测试科目的容差数据中要求的数据精度和单位如下表2：
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5.试飞采集设备决定的数据精度
根据大量的数据包开发经验积累，在模拟机数据包专项试飞过程中，通过大量的工程经验积累，在针对于模拟机数据专项试飞过程中，各参数的采样率应不低于50Hz但不宜高于80Hz，抖振的采样率应不低于300Hz。在模拟机数据包中的一些参数可从飞机上抽引，无法抽引的参数应安装传感器进行测量，为保证数据的精度、采样率和可靠性等，一些可以抽引的参数也需要安装相应的传感器，如迎角、侧滑角和各配平片偏度等。
对不同的传感器或参数，应满足下列要求：
1.线位移传感器或角位移传感器：用于测量舵面偏转、功率杆位置、状态杆位置、起落架支柱压缩量等。为确保测量的准确性，传感器拉线应固定在被测部件上或与被测部件连接的拉杆、摇臂、传动轴上等。传感器的精度要求为1%F.S. （F.S为全量程，1%F.S.指精度为全量程的1%，下同），传感器的量程不能小于被测部件的运动范围，且不能大于被测部件运动范围的两倍。
2.温度传感器：用于测量刹车片温度等。为确保测量的准确性，非接触式温度传感器应尽量贴近但不接触到被测部件，接触式温度传感器应深入被测部件内部。传感器的精度要求为±2.5℃，传感器的量程不能小于被测部件的温度变化范围。
3.力传感器：用于测量操纵力的大小，如盘力、杆力、脚蹬力等，为确保测量的准确性，力传感器应直接加装到被测部件上或替换被测部件，传感器精度要求1%F.S.，传感器的量程应大于被测部件的受力范围，且需要冗余一定的受力范围，以防止力传感器受损，导致采集的数据出现异常。
4.迎角、侧滑角：使用前支杆或压差传感器进行测量，精度要求为0.1%F.S.。
5.座椅抖振传感器：用于测量驾驶舱抖振信号，应安装在主驾驶员座椅附近，精度要求为0.5%F.S.，传感器的量程不能小于被测部位的最大加速度，且不能大于被测部位最大加速度的两倍。
6.声音信号：采集驾驶舱的声音信号，声音信号传感器应安装在主驾驶员右耳附近，且传感器的安装位置不能在测试过程中出现触碰的情况，灵敏度50mV/Pa，频率范围7Hz—20KHz，动态范围15dB—140dB。
7.摄像机：记录驾驶舱视频信号（操作手柄位置、灯闪信号等），摄像机的安装应注意防抖，可拍摄到所需画面。
6.水陆两栖飞机试飞科目及精度要求
水陆两栖飞机根据飞机机型，需要进行的试飞科目主要分为CCAR-60部要求的科目以及补足工程数据的试飞数据，补足试飞数据的科目需要经过试飞需求分析进行统一规划，精度可以参考国内外经验数据及精度要求，并结合所需的采集设备的精度。根据CCAR-60进行的试飞科目及精度除了陆上部分，水上科目及精度样例如表3：
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结束语
模拟机数据包试飞精度要求决定了模拟机数据包的级别，且模拟机数据包的精度可以根据经验、测试设备、规章要求及后期处理方法决定，是多方因素决定的。因此试飞数据测试时因对试飞科目及每个数据的精度进行详细规划。
本文在研究了试飞数据生成过程的基础上，参考已有国内外C级模拟器试飞数据采集精度案例，根据民航规章要求，考虑试飞采集设备精度因素，探讨了水陆两栖飞机试飞科目及精度要求。但是试飞数据的精度影响因素重多，需待进一步研究。
参考文献：
[1] 李林，翁冬冬，王宝奇，马起跃，王涌天． 飞行模拟器［M］． 北 京: 北京理工大学出版社，2012: 1 － 3．
[2]徐世诚． 一个用于工程开发的飞行模拟器［J］． 计算机仿真， 1995 － 2: 2 － 3．
[3]中国民用航空总局． 飞行模拟设备的鉴定和使用规则［Z］． 2005
[4]吴文庆,蔡伟健,汤鸿,汪洋.直升机模拟机客观测试的试飞数据处理方法[J].计算机仿真,2019,36(06):135-139.
[5]Flight Simulation Training Device Design and Performance Requirements. IATA. . 2009
论文作者:贾志艳,胡宇强
论文发表刊物:《科学与技术》2019年19期
论文发表时间:2020/4/29
标签：精度论文; 数据论文; 数据包论文; 科目论文; 模拟机论文; 传感器论文; 参数论文; 《科学与技术》2019年19期论文;