蔡坤燁，蔡 景，黃世杰

(南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院，江蘇 南京 211106)

由于地空數(shù)據(jù)鏈技術(shù)日益成熟，因此飛機(jī)可以通過飛機(jī)通信尋址與報(bào)告系統(tǒng)(aircraft communications addressing and reporting system，ACARS)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。地空數(shù)據(jù)傳輸主要用于將飛機(jī)狀態(tài)參數(shù)以報(bào)文的形式傳輸?shù)降孛?，從而?shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,因此通過設(shè)計(jì)客戶化報(bào)文實(shí)現(xiàn)對(duì)具有潛在重著陸事件的航班進(jìn)行診斷，并以觸發(fā)報(bào)警的方式及時(shí)提醒機(jī)務(wù)人員進(jìn)行故障排查，對(duì)降低飛機(jī)維修的經(jīng)濟(jì)成本具有重要意義。目前國內(nèi)對(duì)報(bào)文的研究已趨于成熟。曹惠玲等[1]分析了ACARS報(bào)文數(shù)據(jù)與快速訪問記錄器(quick access recorder，QAR)數(shù)據(jù)的同源性，并提取發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性檢驗(yàn)和誤差分析。Sun[2]介紹了ACARS下行報(bào)文的兩種識(shí)別方法以及相關(guān)應(yīng)用，成功減少了維修停機(jī)事件，提高了維修效率。同時(shí)，飛機(jī)運(yùn)營商不滿足僅由飛機(jī)制造廠商提供的報(bào)文，已通過對(duì)報(bào)文的設(shè)計(jì)、編輯、研究，制定出客戶化報(bào)文以滿足個(gè)性化需求。在報(bào)文客戶化研究中，丁銳等[3]通過客戶化報(bào)文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)滑油消耗的監(jiān)控，并通過設(shè)定閾值實(shí)現(xiàn)多級(jí)警報(bào)。陳新霞等[4]應(yīng)用報(bào)文編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)左右發(fā)動(dòng)機(jī)的加速異常監(jiān)測(cè)。徐爽等[5]則通過分析引氣系統(tǒng)的故障機(jī)理設(shè)計(jì)出引氣故障的客戶化報(bào)告，通過ACARS傳輸報(bào)文實(shí)現(xiàn)故障的在線檢測(cè)。

報(bào)文客戶化需要對(duì)故障機(jī)理、形成原因以及各參數(shù)指標(biāo)有充分的了解，并通過自定義報(bào)文參數(shù)記錄以及邏輯觸發(fā)條件實(shí)現(xiàn)對(duì)專門的事件進(jìn)行監(jiān)控。客戶化的報(bào)文要求報(bào)文觸發(fā)準(zhǔn)確，記錄的參數(shù)能夠表征事故發(fā)生原因。本文通過對(duì)報(bào)文的設(shè)計(jì)與制定的研究，實(shí)現(xiàn)重著陸客戶化報(bào)文，并通過計(jì)算報(bào)文記錄重著陸影響參數(shù)的序列數(shù)據(jù)與評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的相關(guān)性系數(shù)進(jìn)行排序，得到與指標(biāo)最相關(guān)的影響參數(shù)，可用于輔助機(jī)務(wù)人員定位事故發(fā)生原因以及排除故障等工作。

1 重著陸的判斷條件

目前，航空公司對(duì)重著陸的診斷主要依靠以下2種方式：1)判斷機(jī)組人員在著陸過程中是否出現(xiàn)明顯頓挫感；2)判斷15號(hào)載荷報(bào)(load report)中的垂直加速度(VRTG)值是否超限。空客公司在飛機(jī)維修手冊(cè)(aircraft maintenance manual,AMM)中對(duì)重著陸有明確的定義，根據(jù)定義可以明確重著陸的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，同時(shí)更加細(xì)化客戶化報(bào)文的觸發(fā)邏輯。在A320的維修手冊(cè)中給出以下重著陸判定標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)重著陸進(jìn)行了詳細(xì)的分類。

1)超重著陸。

當(dāng)飛機(jī)著陸重量大于最大著陸重量時(shí)，垂直加速度大于等于1.70g且小于2.60g，或者垂直下降率大于等于6 ft/s(英尺/秒)且小于13 ft/s。

2)嚴(yán)重超重著陸。

當(dāng)飛機(jī)著陸重量大于最大著陸重量時(shí)，垂直加速度大于2.60g，或者垂直下降率大于等于13 ft/s。

3)硬著陸。

當(dāng)飛機(jī)著陸重量小于等于最大著陸重量時(shí)，垂直加速度大于等于2.60g且小于2.86g，或者飛機(jī)垂直下降率大于等于10 ft/s且小于14 ft/s。

4)嚴(yán)重硬著陸。

當(dāng)飛機(jī)著陸重量小于最大著陸重量時(shí)，垂直加速度大于2.86g，或者飛機(jī)垂直下降率大于等于14 ft/s。

5)高俯仰速率著陸。

飛機(jī)俯仰變化率大于10 (°)/s。

根據(jù)以上重著陸判定標(biāo)準(zhǔn)，將著陸重量(GW)以及飛機(jī)著陸階段的垂直加速度(VRTG)、垂直下降率(ALT_RATE)、俯仰率(PITCH_RATE)這4個(gè)參數(shù)用于編輯客戶化報(bào)文觸發(fā)條件。

此外，通過對(duì)重著陸形成機(jī)理的分析可以得到影響重著陸是否發(fā)生的相關(guān)參數(shù)，從而能夠通過豐富報(bào)文記錄參數(shù)更好地輔助機(jī)務(wù)人員進(jìn)行故障排除。陳思、聶磊等[6-7]將重著陸分為下滑、拉平、平飄、接地和滑跑等5個(gè)階段，分別闡述了飛機(jī)在這幾個(gè)階段中飛行員的人為因素以及外界環(huán)境因素對(duì)重著陸造成的影響，得到共計(jì)22個(gè)飛機(jī)重著陸的影響參數(shù)，具體見表1。

表1 重著陸影響參數(shù)表

2 客戶化報(bào)文設(shè)計(jì)

2.1 報(bào)文驗(yàn)證

本文基于以上的重著陸判定條件分析進(jìn)行客戶化報(bào)文設(shè)計(jì)，圖1給出了報(bào)文設(shè)計(jì)的流程圖。其中，在parameter中設(shè)計(jì)了一個(gè)用于監(jiān)測(cè)飛機(jī)是否發(fā)生彈跳的參數(shù)，在event中基于重著陸判定條件設(shè)計(jì)了報(bào)文的觸發(fā)邏輯；同時(shí)豐富了報(bào)文下發(fā)的記錄參數(shù)，使得下發(fā)報(bào)文更能說明重著陸的形成原因。將設(shè)計(jì)好的客戶化報(bào)文應(yīng)用于實(shí)際的航班監(jiān)控中，可以發(fā)現(xiàn)該報(bào)文能夠正確監(jiān)測(cè)到含有重著陸事故的航班。

圖1 客戶化報(bào)文制定流程

2.2 報(bào)文驗(yàn)證

本文選取某航空公司發(fā)生重著陸事件的航班數(shù)據(jù)以及另外幾次正常航班的航班數(shù)據(jù)，通過譯碼軟件對(duì)航班數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼，并將滿足邏輯條件的航班及事件編號(hào)在Analysis界面中顯示出來。最后判定結(jié)果如圖2所示。

圖2 重著陸事件驗(yàn)證結(jié)果

從圖中可以觀察到只有一個(gè)航班的重著陸事件被觸發(fā)，驗(yàn)證了重著陸客戶化報(bào)文觸發(fā)的準(zhǔn)確性。同時(shí)，依據(jù)預(yù)先設(shè)定的報(bào)文將重著陸事件發(fā)生前后10 s的數(shù)據(jù)以報(bào)文的形式保存下來。觀察重著陸的各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)按時(shí)間序列的變化情況，可知該次重著陸事件是由于VRTG值過大而產(chǎn)生的，具體變化情況如圖3所示。

圖3 重著陸事件航班的VRTG值變化情況

VRTG值的峰值達(dá)到1.977g，依據(jù)重著陸判斷分類標(biāo)準(zhǔn)可以確定是超重著陸事故，需要進(jìn)行相關(guān)的結(jié)構(gòu)檢查。

3 相關(guān)性分析

對(duì)報(bào)文記錄參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析能夠得到與重著陸評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)的相關(guān)性排序，可用于分析重著陸事故發(fā)生的原因。

3.1 灰色關(guān)聯(lián)度理論描述

灰色關(guān)聯(lián)分析(grey correlation analysis，GCA)是灰色系統(tǒng)理論的一個(gè)分支[8]。其基本思想是根據(jù)被比較的序列曲線與參考數(shù)列構(gòu)成的曲線之間的幾何相似程度來確定比較數(shù)列集與參考數(shù)列之間的關(guān)聯(lián)度，幾何形狀越相似則其關(guān)聯(lián)度越大[9-10]。

灰色關(guān)聯(lián)度算法是基于信息論的一種算法，計(jì)算公式如下：

式中：X0為參考序列；Xi為被比較的數(shù)列；γ(X0,Xi)為X0與Xi的灰色關(guān)聯(lián)度；X0(k)為母序列；Xi(k)為子序列?；疑P(guān)聯(lián)度γ(X0,Xi)常簡記為γ0i,k點(diǎn)關(guān)聯(lián)系數(shù)γ[X0(k),Xi(k)]可簡記為γ0i(k)。

灰色關(guān)聯(lián)度的計(jì)算步驟如下：

1)求各參數(shù)序列的初值像或均值像。令

2)求差序列Δi(k)。記：

3)求兩級(jí)最大差M和最小差m。記：

M=maximaxkΔi(k)

m=miniminkΔi(k)

4)求關(guān)聯(lián)系數(shù)γ0i(k)：

式中：ε為分辨系數(shù)。

3.2 灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果

將某航空公司重著陸事故的航班下發(fā)的報(bào)文數(shù)據(jù)作為輸入，通過灰色關(guān)聯(lián)度分析獲得了各參數(shù)之間的相關(guān)性熱力圖，如圖4所示。圖中TRKANGEL為航跡角度，GW為飛機(jī)全重，RUDD為方向舵角度，ELEVE1為左升降舵角度，VRTG為垂直下降加速度。

圖4 與VRTG參數(shù)高相關(guān)性的參數(shù)排序

盡管不同的機(jī)型、不同的環(huán)境下飛機(jī)的操作手法不同，但導(dǎo)致重著陸事故的因素大致有以下2個(gè)原因：外部的環(huán)境因素和飛行員自身因素。飛機(jī)重著陸容易使飛機(jī)發(fā)生尾翼擦傷[11]。

圖中與VRTG存在著高相關(guān)性的其余4個(gè)參數(shù)分別為GW、RUDD、TRKANGEL、ELEVE1。其中，GW與VRTG具有最高的相關(guān)性系數(shù)0.95，其余3個(gè)參數(shù)分別記錄了飛機(jī)的方向舵角度、航跡角度以及左升降舵角度。這些參數(shù)都用于表征飛機(jī)的航姿，因此可以判斷出該起事故是由飛行員操作不規(guī)范導(dǎo)致的重著陸事件。而根據(jù)與重著陸判斷參數(shù)相關(guān)性最高的記錄參數(shù)可推斷出飛機(jī)隱藏的損傷部位，作為飛機(jī)檢查的依據(jù)。因此，在該重著陸事故中，除了飛機(jī)機(jī)腹蒙皮出現(xiàn)褶皺這些通過一般目視可觀察到的飛機(jī)損傷外，還需要對(duì)飛機(jī)的機(jī)翼做結(jié)構(gòu)檢查等工作。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的重著陸客戶化報(bào)文已通過驗(yàn)證，能夠預(yù)警到重著陸事故的發(fā)生，并可利用下發(fā)的報(bào)文數(shù)據(jù)做相關(guān)性分析，從而指導(dǎo)飛機(jī)的維修檢查。在數(shù)據(jù)分析過程中僅通過相關(guān)性系數(shù)排名得到與重著陸評(píng)價(jià)指標(biāo)的高相關(guān)性參數(shù)作為飛機(jī)損傷檢查的依據(jù)，但仍存在不足，可通過豐富的報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)一步挖掘數(shù)據(jù)與故障之間的聯(lián)系，進(jìn)行相關(guān)的研究。