航空發動機狀態監視地面站建立規范研究

朱 瑾鄭宏亮于宏軍唐 偉榮 剛

（1.中航工業綜合技術研究所， 北京 100028 ； 2.航空動力控制系統研究所，江蘇 無錫214063；3.沈陽航空航天大學，遼寧 沈陽 110136）

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航空發動機狀態監視地面站建立規范研究

朱 瑾1鄭宏亮2于宏軍1唐 偉1榮 剛3

（1.中航工業綜合技術研究所， 北京 100028 ； 2.航空動力控制系統研究所，江蘇 無錫214063；3.沈陽航空航天大學，遼寧 沈陽 110136）

[摘要]從標準角度詳細闡述航空發動機地面站建設中的功能和性能，軟件、硬件、系統試驗等相關要求以及重點對地面站系統設計及試驗、軟件設計、硬件設計等進行了規定。

[關鍵詞]航空；發動機； 研究

[收修訂稿日期] 2016-03-24

航空發動機是飛機的心臟，其可靠性直接影響飛行安全，并且相關的維修費用很高，因此保證發動機良好的工作狀態及各系統參數正常非常重要。過去，營運人通常通過定期的預防性維修，來避免潛在的發動機失效。近年來，發動機制造商開始采用狀態監控的方法取而代之。

發動機狀態監控系統從功能上分為機載系統和地面站兩部分。發動機數據從安裝在發動機上的專用傳感器中獲取。大多數的監控數據都要傳送到地面站進行處理。機載裝置采集這些數據，并通過飛機通信尋址與報告系統（ACARS）實時傳送到地面站。沒有實時傳送的數據存儲在移動介質中，等飛機返回地面時再傳輸到地面站進行處理?，F代航空發動機大多采用狀態監控系統，其地面站建設標準研制需求強烈。

1 國內外相關標準情況

國外在20世紀70年代就開始注重發展發動機狀態監控技術，目前已成為科學技術發展的熱點之一，不斷由簡單向復雜、由低級向高級發展，各種先進技術也在狀態地面監控站中得到應用，并取得了很好的效果。與此同時，國外航空標準化的進程也在不斷向前推進，與發動機狀態監控系統相關的標準已經形成了比較完善的體系。

到目前為止，經過20多年的發展， SAE航空理事會已經制定和發布了31項發動機狀態監控標準，涵蓋了發動機狀態監控工作的方方面面。這些標準對于航空發動機監控系統的開發和使用具有重要的指導意義，它們的發布有力推動了發動機狀態監控系統的不斷發展與完善。

通過調研了解到的與發動機狀態監控相關的標準共計20項，其中航空航天推薦方案（ARP）2項，航空航天信息報告（AIR）15項，航空航天標準（AS）3項。

這20項標準大體可以分為5類，其中綜合性標準，涉及的內容包括監控系統開發指南、成本分析、可靠性、性能評估等；壽命管理標準；性能與狀態監控標準，包括溫度監控、滑監控、振動監控、部件監控等；診斷與預測標準；機載與地面數據管理標準。

在上述5類標準中，很多標準主要針對機載監控系統，涉及地面站的內容較少，主要為SAE AIR 4175《航空發動機狀態監視地面站建立指南》。

從地面站開發的角度出發，SAE AIR 4175為發動機狀態監控地面站的開發者提供了一個總體性的設計指南。該標準屬于航空航天信息報告（AIR），最初發布于1994年，2005年發布修訂版。該文件介紹了發動機狀態監控地面站的主要功能，給出了地面站開發中需要考慮的各種因素，另外還包括地面站技術的一些最新進展，可以為地面站的設計和開發工作提供明確的指導。標準的主要內容包括：運行考慮因素、系統功能要求、輸入數據、數據庫管理、輸出數據、高級功能、使用者考慮因素、系統開發考慮因素等。

縱觀國內從1995年民航總局要求航空公司開展發動機狀態監控工作以來，通過對發動機工作狀態和變化趨勢的監控，該項工作已取得了明顯成效，對提供發動機工作的可靠性和安全性起到了良好作用。同時，隨著對發動機狀態監控數據處理需求的提高，由發動機制造商提供的地面處理系統難以滿足各航空公司對于數據處理的多樣化要求，發動機狀態監控地面站的自主研發已經受到越來越多的重視，國內相關機構在這方面也取得了一定的進展。

而國內由于在航空發動機狀態監視系統領域的研發領域尚處于起步階段，至今還沒有建立相關標準，也由于相關標準的缺乏和滯后，導致發動機狀態監視系統，特別是發動機狀態監視地面站的設計、開發和使用并沒有較為明確的指導和依據，存在一定的盲目性。

因此在編制國內航空發動機狀態監視地面站建立規范時，應積極參考SAE AIR 4175標準，但同時由于該標準屬于航空信息記錄，其中含有大量說明性的信息，內容相對比較冗長，而國內標準則要求言簡意賅，所以在參考SAE標準同時應參考GJB 4866-2003《飛機參數記錄系統地面站通用規范》框架結構，在充分理解SAE內容及相關技術背景前提下對該標準內容進行合理剪裁和消化驗證。

2 待編制標準主要內容

2.1 功能和組成

通常把發動機狀態監視系統（EMS）的功能劃分為發動機監視裝置（EMU）和地面支持站（GSS）兩部分。其中，EMU是個機載平臺，安裝在飛機上，實現EMS的一部分功能，GSS是EMS的地面部分，一般承擔EMS的主要功能。

航空發動機狀態監視地面站的主要功能是處理、分析、管理和備份各種與發動機相關的飛行數據、后勤數據和維護數據，以支持航空發動機的維護和后勤管理。

地面站包括硬件和軟件，其中硬件主要包括計算機、輸入輸出設備、以及為提高用電安全而配置的不間斷電源等；軟件裝載在計算機中，標準中應給出軟件的主要功能模塊。

2.2 設計與結構

標準應規定地面站的設計應符合相關標準規定并參考國軍標相應要求。如軟件的模塊化設計要求，滿足相關軟件開發標準的要求；滿足各種潛在用戶實際使用需求的輸入輸出接口設計、能自動檢測、識別輸入輸出設備失效并采取安全措施的要求；友好的人機界面設計要求；不同用戶的權限管理設計；以及規定一般情況下，對地面站進行性能測試的外部環境條件。同時標準應規定地面站軟件測試要求，如應規定地面站硬件、軟件須經過系統聯試，并經驗證表明其功能、性能滿足設計要求。

2.3 硬件要求

標準應分兩個方面對硬件提出要求，一是硬件設備的要求；二是對一些關鍵的硬件性能參數提出要求。在設備要求中，主要參照國外指南，應提出在硬件平臺設計時，應考慮的主要要求，某些要求之間可能存在矛盾，如加固性和可維修性或經濟性等，需根據實際需要加以權衡。

性能要求中，應著重提出應考慮硬件的處理速度、顯示速度，以及存儲設備的容量要求，以滿足地面站系統的運行和擴展性要求。

同時應參考GJB 4866-2003《飛機參數記錄系統地面站通用規范》相關要求，考慮一般要求和經濟性，UPS容量應能斷電后持續供電10min以上。

2.4 軟件要求

軟件要求中，有關運行環境、開發語言和工具、數據精度要求、結構化設計要求等，應主要參考GJB 4866-2003《飛機參數記錄系統地面站通用規范》的相關要求，并結合國內主流應用軟件的相關要求規定。

軟件要求中，主要功能模塊的要求，基于國內目前在發動機狀態監視地面站建設方面可供借鑒的經驗不多，相關標準缺乏的現狀，尚不足以歸納總結提煉成規范，所以該部分內容應主要參考國外航空發動機狀態監視地面站的相關資料（SAE AIR 4175），同時為滿足國內規范編制要求，在保留所有功能模塊框架結構基礎、充分理解其內容及相關技術背景的前提下，對SAE AIR 4175的相關內容進行合理的刪節和簡化。

另外，考慮到地面站的使用環境，標準應規定地面站的溫度、振動、濕熱、霉菌、鹽霧等環境適應性設計要求，以滿足在不同使用環境下能可靠地完成任務。同時考慮在砂塵嚴重地區的使用環境要求，應增加砂塵試驗要求等。

3 結論

待編制的航空發動機狀態監視地面站建立規范為航空發動機狀態監控系統的重要標準，其應主要針對航空發動機地面站建設中的功能和性能，軟件、硬件、系統試驗等相關要求進行規定；同時標準中應詳細規定地面站系統設計及試驗、軟件設計、硬件設計、質量保證規定等要求，為航空發動機狀態監視地面站設計和使用提供標準技術支持。

（編輯：雨晴）

[中圖分類號]T-65

[文獻標識碼]C

[文章編號]1003-6660（2016）03-0014-03

[DOI編碼]10.13237/j.cnki.asq.2016.03.004