關于組織飛機測試的主要方法及應用

周弘 倪永江

摘 要：飛機測試是現代飛行器飛行試驗中的重要手段。通過介紹飛機測試所需的主要裝備及其特點，從裝備角度分析組織飛機測試的方法、特點及應用，使讀者對組織飛機測試的主要方法及應用有一個初步的認識。

關鍵詞：飛機測試；數據采集；外測

1 飛機測試的定義及特點

1.1 飛機測試的定義

飛行測試是飛行試驗技術的重要手段。在現代飛行器飛行試驗中，必須依賴測試系統獲取的大量信息才能定性和定量的確定飛機及其系統的性能，因此飛機測試是飛行試驗不可分割的組成部分。

1.2 飛機測試的特點

（1）飛機測試有助于保證試飛質量

新型號飛機研制有明確的技術指標，飛機鑒定也有相應的標準和規范，新機型的鑒定必須按這些標準和規范進行試飛以檢驗其是否達到設計指標要求。通過對飛機測試信息的分析和處理，一方面可了解飛機的技術狀態和構型是否正確，各項指標是否達到設計要求。另一方面還可判斷飛行員的操縱是否符合要求，飛行科目是否達到了預期目的，從而保證試飛質量。

（2）飛機測試有助于加快試飛進度

通過飛機測試系統，每架次的試飛科目都可通過實時監控確認飛行的有效性，避免飛行的盲目性。每個新機型在定型前都必須進行大量的試飛科目，在飛機測試系統的參與下，可在一次試飛科目中進行多個專業的試飛測試，獲取相關專業所需信息，從而減少重復飛行，最大限度地利用試飛資源。

（3）飛機測試對保證飛行安全具有重大意義

目前飛機都配有黑匣子（飛行事故記錄器），但是黑匣子記錄的數據只能在事后進行處理分析，另外黑匣子數據無論是數量和類型還是采樣率上對于判斷飛行科目的質量都是不夠的。飛機測試是利用機載遙測系統、地面接收系統、外測系統和地面數據處理和監控系統實時了解飛機及其系統的狀況，監督飛行員的操縱，以一個技術團隊的力量支持飛行員預防飛行事故。通過對測試系統記錄的信息進行處理和分析，可迅速得出飛機的故障原因從而采取相應措施，是故障分析的主要依據。

2 飛機測試的主要方法

飛機測試主要方法是利用飛機上加裝的采集設備采集有關飛機的各類參數傳輸至地面，并輔以外測設備對飛機飛行的軌跡、外型進行測量，通過地面平臺對大量數據、視頻進行分析、處理，達到實時監控、定量分析和科學鑒定的目的。主要由機載數據采集分系統、外測分系統、地面監控和數據處理分系統三大部分組成。系統結構如圖1所示。

2.1 機載數據采集分系統

機載數據采集分系統主要指加裝在被測試飛機上用于采集、傳輸各類參數的設備，由傳感器、信號調節器、機載數據采集器、記錄器和遙測發射設備等組成。

根據飛行科目要求，通過在飛機上加裝各種傳感器，或者從飛機上直接提取相關的參數傳輸至地面供飛行指揮人員及工程人員使用。

2.2 外測分系統

外測分系統用于測量飛機精確的瞬間位置、飛行軌跡及其動態參數（如速度，加速度等）。對危險和臨界試飛項目提供實時顯示、預警、監控的參數和圖像信息。

外測以光電經緯儀和測量雷達為主，加上通訊、時統、數據和圖像傳輸、采集處理、計算等組成系統或測量區、測量帶，是融光、機、電及計算機為一體的綜合測量技術。采用的主要測試技術有：攝影測量、電視測量、雷達測量、激光與紅外測量、航空遙感測量以及無線電定位、GPS、慣性導航、航跡測試等。

（1）攝影測量

根據的幾何特征和物理特性，通過對目標攝影位置的研究、判讀和計算，確定被測對象在曝光瞬間的形狀、大小、空間位置及其相互關系。常用于起飛著陸過程、外掛物投放、彈射救生全過程、反尾旋的作用機理、起落架著地撞擊試驗、空中對接加油、發動機吞煙、鳥撞試驗等。

（2）無線電定位測量

利用地面上不同位置的若干臺無線電發射機和接收機，在飛機上安裝應答器，或在飛機上安裝發射機和接收機，而在地面上不同位置上安裝若干臺應答機，同時測出各臺站到運動目標的斜距，根據空間前交原理來確定飛機的空間位置。

（3）激光雷達測量

通過激光發射裝置以一定頻率向目標發射激光束，激光束被目標或目標上安裝的角反射器反射回來，由激光接收裝置接收。接收裝置能自動測量出目標相對于激光光軸的脫靶量，水平分量和豎直分量。這兩個分量既是實現自動跟蹤所必須的方位和俯仰誤差信號，也是參與計算被測目標的水平角和垂直角所必須的兩個分量。有了這兩個分量和被測目標的水平角和垂直角，再利用激光在同一時刻所測的斜距，便可實時計算出被測目標精確的空間位置。

（4）目標特性測量

目標特性測量涉及從紫外光、可見光、紅外光、直到毫米波的整個電磁波頻譜特性的測量。這種測量是在遠距、高動態情況下進行，且目標的放射、輻射、吸收和光譜空間分布特性是隨距離、方位、時間、目標狀態、大氣條件等變化而變化。目標特性測量除需要對各種光譜、波譜特性進行測量的設備，還需要有對被測目標的跟蹤、定位、測距、控制、目標狀態測定、大氣參數測量、時統等裝置組成。目標特性測量分為靜態測量和動態測量。目前主要包括雷達波反射特性測量和紅外輻射特性測量。

2.3 地面監控與數據處理分系統

地面監控和數據處理系統由遙測接收設備、記錄/重放設備、監控終端、事后數據處理計算機、網絡設備及軟件等組成。

飛行測試中，接收機載數據采集分系統和外測分系統的數據、圖像，通過搭建的系統平臺完成對飛機的實時監控和飛行結束后的數據回放分析處理，判斷科目的完成質量，監控飛行風險。

3 組織飛機測試的主要裝備及其特點

組織飛機測試是復雜的系統工程，需要的裝設備涉及專業、類型較多，不可能一一列舉，以下主要按照三大部分將有代表性的裝備作一簡單介紹。

3.1 機載數據采集分系統主要裝備

（1）傳感器

傳感器是能感受規定的被測物理量，并按一定規律轉換輸出可用的模擬或數字信號的裝置或器件。由于絕大多數的被測量都是非電量（如溫度、壓力、位移、流量、過載），而采集器只能接受電量，所以說傳感器就是用來將非電量變成電量的裝置，也可以稱為變換器或探測器。

（2）信號調節器

信號調節器是在測試系統中將傳感器與采集記錄設備間的電子匹配裝置。將傳感器輸出的信號變換成適于采集記錄器接收的信號，具有阻抗匹配、信號變換、信號放大、信號濾波四大功能。隨著傳感器和采集器的發展，目前信號調節器趨向于與傳感器或者采集器結合在一起，并向著系列化、標準化、微型化發展，以及適用于自動測量的數字程控式信號調節器。

（3）機載數據采集器

機載數據采集器是對多路模擬信號和數字信號進行采集、變換的裝置。其輸出信號直接送入遙測發射機、機載記錄器等設備，是機載數據采集系統的核心裝置。

（4）機載記錄器

機載記錄器從光學記錄器、模擬磁帶記錄器、數字磁帶記錄器發展到目前的數字固態記錄器，類似于計算機的硬盤。具有記錄容量大，輸入速率高的特點。可以同時輸入多條數據流。可以直接與計算機通訊，數據下載快，處理方便。

（5）遙測發射設備

在飛機的飛行試驗中，采用無線電通訊技術，將測得的試驗數據和圖像信息實時發送到地面進行記錄、顯示、監控、數據處理。主要包括發射機、功放、發射天線。

3.2 地面監控與數據處理分系統主要裝備

（1）遙測地面接收設備

遙測系統固定式或移動式遙測地面接收站組成，主要完成飛機內部狀態參數地面接收、存儲并實時監測，為地面監控提供實時決策和事后分析的數據依據，為試驗、訓練的指揮員、工程師、技術人員提供基本的數據支撐。

（2）指揮監控設備

指揮監控設備完成內測、外測和現場電視監控等數據視頻信息的采集、綜合處理和顯示。可滿足飛機測試對實時安全監控、事后試驗結果分析等多種需求。系統接收測試信息和遙測數據，實現多類型多數據流實時分析處理、顯示和指揮控制的功能。在飛行試驗訓練完成后，利用同步處理技術實現數據回放，能夠完整地再現試驗訓練過程。

（3）數據處理設備

數據處理設備提供飛機測試裝備的時間同步、采集、處理、存儲、遠程下載，飛行訓練效果講評，事后重演等的數據支撐平臺，實時采集外測分系統視頻和數據，進行實時處理和顯示。同時通過后期數據處理為飛行性能測試與飛機測試鑒定提供依據。

（4）時空統一及校準設備

時空統一及校準設備由空間統一、時間統一和空間校準等設備組成，為各外測分系統提供時間和空間的統一基準，并為各測量系統提供精度檢查和設備定期校準的平臺。

（5）配套保障設備

配套保障設備是各測量系統能夠有效運行的保障條件，系統主要由網絡設備和移動發電設備組成。

3.3 外測分系統主要裝備

（1）測量雷達

測量雷達由相控陣精密測量雷達組成，在飛機離機場大于20km時，由精密測量雷達進行跟蹤測量。當飛機進入到20km以內后，由精密測量雷達自動引導光電經緯儀和可控光學電視進行跟蹤測量。

（2）光電經緯儀

光電經緯儀可采用單套、兩套或多套交匯測量、外引導與互引導的方式完成對目標的自動捕獲，采用紅外和可見光的圖像自動跟蹤方式，實現對飛機起飛、進場和著陸時空中和地面段高精度的軌跡、速度和視頻的自動跟蹤測量。

（3）高速攝像機

高速攝像機用于飛機起降過程以及飛機關鍵部位（起落架、尾翼、襟翼）的精確測量與實時監控，獲取精確數據和高分辨率圖像信息。

參考文獻

[1]龔正文.面向航空自動測試設備的動態計量方法研究與應用[J].中國高新技術企業（中旬刊），2014，（5）：114-115.

（作者單位：91351部隊）