龔川森　杜小陽　周強(qiáng)　劉建輝

摘 要：目前的飛行試驗(yàn)任務(wù)的要求不斷的增高，很多試飛測(cè)試需求的標(biāo)準(zhǔn)以及需求量都開始倍數(shù)遞增。通過對(duì)目前國外有代表性的試飛測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成以及特點(diǎn)進(jìn)行研究后，根據(jù)其技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)以及試飛測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)的特點(diǎn)，對(duì)其新一代試飛測(cè)試系統(tǒng)的架構(gòu)以及應(yīng)用效果進(jìn)行了針對(duì)性的探討，得出其試飛測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：試飛測(cè)試；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；試驗(yàn)；脈沖

前言

飛行試驗(yàn)的目的是對(duì)航空器儀器以及發(fā)動(dòng)機(jī)等其技術(shù)構(gòu)成的特點(diǎn)進(jìn)行研究，其飛行試驗(yàn)是飛機(jī)正式投入應(yīng)用的必要前提工作和保障。目前我國的航空工程處在一個(gè)深度發(fā)展和技術(shù)變革的階段，試飛對(duì)象的多元化趨勢(shì)也開始成為了主要發(fā)展特征。

目前歐美發(fā)達(dá)國家在航空業(yè)的位置相對(duì)處在前列，處于領(lǐng)先地位。如美國和俄羅斯等國相繼推出了如F35等第五代戰(zhàn)機(jī)革新等飛機(jī)工業(yè)變革中，其技術(shù)需要建立在大量的試飛試驗(yàn)中。同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)實(shí)驗(yàn)，如大涵道比的發(fā)動(dòng)機(jī)研制改進(jìn)，機(jī)載武器好設(shè)備領(lǐng)域等等，很多技術(shù)都是通過測(cè)試技術(shù)獲得了系統(tǒng)的發(fā)展。很多國家開始建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化程度高的試飛測(cè)試系統(tǒng)，并基于CAIS來對(duì)其試飛測(cè)試工作進(jìn)行技術(shù)上的輔助。目前很多測(cè)試技術(shù)都是采用了嶄新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，進(jìn)而區(qū)別于PCM架構(gòu)，形成了一個(gè)嶄新的技術(shù)革命的更新。

1 幾種典型的試飛測(cè)試系統(tǒng)

1.1 空中客車A380測(cè)試系統(tǒng)

空中客車公司的A380試飛機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)建立的，其具體構(gòu)成為傳感器部分，采集器部分，數(shù)據(jù)交換裝置部分以及分析和記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)的處理層部分。并讓這四個(gè)部分分四層進(jìn)行了從外到內(nèi)的構(gòu)建。并對(duì)其測(cè)試系統(tǒng)又按照其功能屬性進(jìn)行了寬帶測(cè)試系統(tǒng)，應(yīng)急測(cè)試系統(tǒng)以及主控測(cè)試系統(tǒng)的區(qū)分。目前這套系統(tǒng)有多達(dá)兩萬個(gè)參數(shù)通道，其速率相對(duì)在65Mbps左右[1]。

1.2 專用總線測(cè)試系統(tǒng)

這種測(cè)試系統(tǒng)的誕生是美國對(duì)其傳統(tǒng)的通用航空儀表總線系統(tǒng)的改進(jìn)后的一次升級(jí)版本，讓系統(tǒng)功能獲得了實(shí)質(zhì)上的提高，進(jìn)而相應(yīng)的各構(gòu)成單元的整體體積相對(duì)降低，讓成本維護(hù)費(fèi)用也獲得了降低。這種系統(tǒng)目前在F-35戰(zhàn)機(jī)的研制試飛中起到了關(guān)鍵的作用。其系統(tǒng)8000個(gè)參數(shù)通道，其速率在35Mbps左右，整體雖然較空中客車公司的A380測(cè)試系統(tǒng)較低，但成本和體積相應(yīng)的更為優(yōu)化。

1.3 組合架構(gòu)的測(cè)試系統(tǒng)

如P-8A海神飛機(jī)就是通過這種數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的通用結(jié)構(gòu)進(jìn)行的測(cè)試試飛工作的，其系統(tǒng)的構(gòu)成形成了一個(gè)大系統(tǒng)中包含小系統(tǒng)的過程。大系統(tǒng)對(duì)其設(shè)備配置以及數(shù)據(jù)處理進(jìn)行一個(gè)整體單元的運(yùn)作，而內(nèi)部又具體分為五個(gè)對(duì)應(yīng)的局部運(yùn)作系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)也都是采用獨(dú)立運(yùn)作的方式，并通過相應(yīng)的接口連接，完成數(shù)據(jù)的收集、數(shù)據(jù)的記錄、數(shù)據(jù)的控制以及處理和顯示等必要過程。讓各個(gè)試驗(yàn)可以通過各局部系統(tǒng)間的運(yùn)作獲得整體完成的保障，但是目前這種系統(tǒng)還處在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的繼續(xù)研究狀態(tài)，在具體飛機(jī)應(yīng)用上也較為有限，應(yīng)用范圍并沒有其他兩種系統(tǒng)廣泛。

2 測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析研究

2.1 測(cè)試系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了相關(guān)的技術(shù)革新的高速轉(zhuǎn)變，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開始在機(jī)載測(cè)試技術(shù)中獲得了高效的應(yīng)用。如ieee1588精密時(shí)鐘技術(shù)，其就是對(duì)試飛測(cè)試領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用的有效變革，其高標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)要求讓很多傳統(tǒng)方式難易解決的問題獲得了合理化的解決，進(jìn)而讓測(cè)試系統(tǒng)開始體現(xiàn)處理了開放性和標(biāo)準(zhǔn)性的優(yōu)勢(shì)作用[2]。

2.1.1 基于ieee1588的精密時(shí)鐘同步技術(shù)。ieee1588時(shí)間同步技術(shù)在其提出的設(shè)計(jì)初期，是通過測(cè)量和控制系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建的。如今在應(yīng)用領(lǐng)域涉及到工業(yè)和軍事的不同方面。其誕生初期的基于網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步協(xié)議具有高度的時(shí)間時(shí)效特點(diǎn)，但是在分布式時(shí)間方面并不能夠獲得相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的精度要求。進(jìn)而ieee1588使分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在其同步要求上具有一定的差距表現(xiàn)。同時(shí)系統(tǒng)也重新解讀了精確時(shí)間協(xié)議的理解范疇。進(jìn)而通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)和多通道內(nèi)存技術(shù)的分布式總線系統(tǒng)中涉及到的不同環(huán)節(jié)和連接點(diǎn)，進(jìn)行著精確到微秒的傳遞。目前ieee1588成為交換式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的試飛測(cè)試系統(tǒng)，其提供一種區(qū)別以往的時(shí)鐘同步的解決計(jì)劃。優(yōu)勢(shì)在于數(shù)據(jù)線不用通過增加額外的電纜和時(shí)鐘差別較大的信號(hào)傳遞，突破了模擬信號(hào)傳遞的劣勢(shì)，通過IRIG-B碼信號(hào)的傳遞讓數(shù)據(jù)在同步上獲得了保障。

2.1.2 新的遙測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)-INET。美國試驗(yàn)中心和項(xiàng)目評(píng)估機(jī)構(gòu)（CTEIP）通過自主研發(fā)誕生了增強(qiáng)遙測(cè)集成網(wǎng)絡(luò)INET的標(biāo)準(zhǔn)化工作經(jīng)過對(duì)候選的通信技術(shù)的調(diào)查和分析后。工作組確定了以太網(wǎng)作為技術(shù)為最終的目標(biāo)選擇，為了適應(yīng)是不同的試驗(yàn)單位上的測(cè)試系統(tǒng)以及遙測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個(gè)整體的表現(xiàn)。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)飛行試驗(yàn)測(cè)試并通過整合現(xiàn)有資源，形成一個(gè)高效集成的集成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。INET就是提供了標(biāo)準(zhǔn)度相對(duì)較高的實(shí)現(xiàn)途徑?？梢远喾矫娴牡臐M足試飛測(cè)試系統(tǒng)以及整體的系統(tǒng)管理要求，實(shí)現(xiàn)一個(gè)高效的同步時(shí)間過程，數(shù)據(jù)采集單元的配置和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程獲得了極高的性能上的優(yōu)化，進(jìn)而在多個(gè)方面和多個(gè)領(lǐng)域滿足了標(biāo)準(zhǔn)試飛測(cè)試系統(tǒng)需要提供的必要要求，使得其系統(tǒng)在設(shè)計(jì)方面的靈活性和便捷性程度開始進(jìn)行了遞增式的精準(zhǔn)效果等[3]。

2.1.3 網(wǎng)絡(luò)化試飛測(cè)試系統(tǒng)的技術(shù)要求。目前的飛行測(cè)試系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的要求最高，要求數(shù)據(jù)的延遲要在極小的范圍內(nèi)，并對(duì)其機(jī)載環(huán)境要求也更為細(xì)致，對(duì)局部的設(shè)備保養(yǎng)也較為嚴(yán)格，不容許細(xì)微的環(huán)節(jié)出現(xiàn)破損現(xiàn)象，從而避免極其微小的細(xì)節(jié)破損導(dǎo)致系統(tǒng)面臨崩潰的危險(xiǎn)。但是交換式的設(shè)備發(fā)生系統(tǒng)故障問題是不可避免的，進(jìn)而如何處理好交換式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個(gè)需要解決的技術(shù)問題。其次，系統(tǒng)時(shí)間要求高度精度的同步也是其試飛測(cè)試的一個(gè)重要的數(shù)據(jù)傳輸保障，如硬件設(shè)備的主控時(shí)鐘出現(xiàn)外部環(huán)境的變化讓其工作狀況發(fā)生改變，就需要特別注意。最后，在試飛測(cè)試系統(tǒng)階段，很多網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的流量都是要同步到交換機(jī)上的，關(guān)于流量上的分配效果也是其整體網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)傳輸保障構(gòu)成。在數(shù)據(jù)處理的后續(xù)階段，需要對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的合理性進(jìn)行一定的質(zhì)量評(píng)定，讓其結(jié)果可以真實(shí)的反映測(cè)試需要得到的要求。

2.2 測(cè)試系統(tǒng)專用總線結(jié)構(gòu)

相對(duì)一個(gè)成熟的測(cè)試系統(tǒng)，需要對(duì)其總線的選擇要進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)的建立，進(jìn)而對(duì)其總線進(jìn)行準(zhǔn)確和嚴(yán)格的評(píng)價(jià)。其評(píng)價(jià)的要求有是否有相對(duì)統(tǒng)一的規(guī)格，是否獲得了強(qiáng)有力的商業(yè)支持保障，同時(shí)也要保障其具有良好的容錯(cuò)能力和維護(hù)能力，進(jìn)而在保障帶寬的同時(shí)，也可以在嚴(yán)酷的環(huán)境中正常的運(yùn)作等等。

目前美國的波音公司開放的IN總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，把試飛測(cè)試當(dāng)成一個(gè)必要的子系統(tǒng)的構(gòu)成，同時(shí)對(duì)其不同的數(shù)據(jù)總線解讀點(diǎn)的數(shù)據(jù)連接保障，讓多數(shù)據(jù)線以及多路信號(hào)調(diào)整裝置模塊獲得最為穩(wěn)定的運(yùn)作。進(jìn)而讓系統(tǒng)可以生產(chǎn)更為便捷和高效狀況。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都是在飛機(jī)的相對(duì)遠(yuǎn)點(diǎn)進(jìn)行安置，同時(shí)進(jìn)行多個(gè)新號(hào)調(diào)節(jié)器和功能裝置的連入，當(dāng)按照多接口模塊的傳感器和新號(hào)獲取器進(jìn)行布置后，其就可以減少傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的連接并聯(lián)數(shù)量，進(jìn)而通過智能總線的控制，讓連接器以及電纜和安裝設(shè)備等獲得了成本上的降低，讓材料費(fèi)用也獲得了一定比例的大規(guī)?？s減，其成本控制在300萬美元左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的連接方式。

3 結(jié)束語

目前不同的總線和網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議都是讓測(cè)試獲得更為精準(zhǔn)的結(jié)果產(chǎn)生，其需要在系統(tǒng)架構(gòu)上獲得更為清晰和靈活的反映成為了系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。同時(shí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的出現(xiàn)也讓測(cè)試系統(tǒng)的變革產(chǎn)生了一個(gè)重要的轉(zhuǎn)變，其成熟的可靠性能和技術(shù)性能保障是其未來試飛測(cè)試系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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