基于QAR數(shù)據(jù)的PW4056發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文解析

曹惠玲，張興川

（中國(guó)民航大學(xué)航空工程學(xué)院，天津　300300）

基于QAR數(shù)據(jù)的PW4056發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文解析

曹惠玲，張興川

（中國(guó)民航大學(xué)航空工程學(xué)院，天津300300）

對(duì)QAR數(shù)據(jù)和ACARS報(bào)文數(shù)據(jù)的同源性進(jìn)行了分析，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文的結(jié)構(gòu)及其生成邏輯進(jìn)行解析，提出了一種從QAR數(shù)據(jù)中提取出滿足觸發(fā)條件的發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文的研究思路和方法，利用該方法不僅可以充分挖掘QAR數(shù)據(jù)中大量原始監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，還可獲得按邏輯提取的模擬ACARS報(bào)文，借助該報(bào)文可為航空公司提供應(yīng)急處置方案，協(xié)助其進(jìn)行飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)監(jiān)控及故障診斷，也可以將其用于科研單位及高校的研究和教學(xué)，通過(guò)對(duì)B747-400飛機(jī)實(shí)際ACARS報(bào)文數(shù)據(jù)和提取報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，驗(yàn)證了該方法的可靠性，具有良好的應(yīng)用前景。

QAR數(shù)據(jù)；ACARS報(bào)文；同源性分析；提取邏輯；可靠性檢驗(yàn)

QAR（quick access recorder）為機(jī)載數(shù)據(jù)記錄裝置，其每隔1 s準(zhǔn)確地記錄下來(lái)自飛機(jī)各系統(tǒng)的大量運(yùn)行參數(shù)，連續(xù)完整地反映了整個(gè)航程中各系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況。QAR記錄的參數(shù)種類繁多且數(shù)據(jù)量大，當(dāng)飛機(jī)落地后可由地面人員將數(shù)據(jù)拷貝出來(lái)或利用WQAR（wireless quick access recorder）下傳，為分析飛機(jī)性能和實(shí)現(xiàn)重要系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控及故障診斷提供重要的數(shù)據(jù)支持[1-4]。

ACARS（aircraftcommunicationaddressingandreporting system）是現(xiàn)階段國(guó)際民航通用的一種可尋址空/地?cái)?shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其通過(guò)飛機(jī)機(jī)載設(shè)備以數(shù)字電報(bào)形式實(shí)時(shí)地與地面數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸和交換，主要用于航空公司對(duì)飛機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控[4]。地面數(shù)據(jù)中心接收到數(shù)據(jù)后需對(duì)其進(jìn)行解譯，經(jīng)預(yù)處理、譯碼和校驗(yàn)后生成報(bào)文發(fā)給用戶航空公司。為保證報(bào)文傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和完整性，地面數(shù)據(jù)中心一般采用循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼對(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)[5]。但由于客觀存在的因素，如通信網(wǎng)絡(luò)傳輸差錯(cuò)、突發(fā)信號(hào)干擾、人為失誤和設(shè)備故障等造成報(bào)文信息出現(xiàn)誤碼、丟失或無(wú)法識(shí)別等情況往往不可避免。同時(shí)，受到數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)及費(fèi)用的限制，ACARS報(bào)文所包含的數(shù)據(jù)量小、參數(shù)信息少。且由于受到OEM（original equipment manufacturer）的技術(shù)封鎖，中國(guó)的航空公司只能依靠支付高額費(fèi)用來(lái)購(gòu)買(mǎi)部分ACARS報(bào)文數(shù)據(jù)以監(jiān)控飛機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，無(wú)法滿足航空公司對(duì)飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控的深層次研究需要，同時(shí)科研單位和高校由于沒(méi)有購(gòu)買(mǎi)權(quán)限，難以獲得實(shí)際ACARS報(bào)文，對(duì)開(kāi)展與ACARS相關(guān)的教學(xué)及研究工作帶來(lái)很大困難。

當(dāng)前，航空公司主要依靠ACARS報(bào)文和QAR數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式進(jìn)行飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷[6]。發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文（engine stable frame report）是航空公司經(jīng)常使用的一種重要的發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控報(bào)文，通常在飛機(jī)的巡航階段產(chǎn)生并通過(guò)ACARS系統(tǒng)下發(fā)，每次航班一般只下發(fā)2份報(bào)文[7]。如果能通過(guò)QAR數(shù)據(jù)提取出滿足觸發(fā)條件的報(bào)文，則不僅能夠充分利用QAR數(shù)據(jù)中所包含的大量原始監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，而且還可以獲得模擬ACARS報(bào)文，提供給科研單位以及高校便于進(jìn)行分析研究和教學(xué)應(yīng)用；同時(shí)還可以在ACMS（aircraft condition monitoring system）出現(xiàn)故障而無(wú)法獲得報(bào)文或出現(xiàn)誤碼等狀況時(shí)暫時(shí)替代ACARS報(bào)文，為航空公司提供應(yīng)急處置方案。本文以B747-400飛機(jī)為例，研究從其全航段QAR數(shù)據(jù)中提取出滿足觸發(fā)要求的發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文的方法，其他種類的報(bào)文同樣可用這種方法獲得。

1　ACARS報(bào)文數(shù)據(jù)與QAR數(shù)據(jù)同源性分析

飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)（ACMS）是先進(jìn)的機(jī)載數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，其能實(shí)時(shí)收集各種監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)的狀態(tài)與性能進(jìn)行特殊的工程調(diào)查[6]。B747-400飛機(jī)的ACMS系統(tǒng)由數(shù)字式飛行數(shù)據(jù)獲取組件（DFDAU，digital flight data acquisition unit）、數(shù)據(jù)管理組件（DMU，data management unit）組成，其外圍設(shè)備主要包括飛行數(shù)據(jù)記錄器（DFDR，digitalflightdata recorder）、飛機(jī)通訊尋址和報(bào)告系統(tǒng)（ACARS）、快速存取記錄器（QAR）、多功能控制顯示組件（MCDU，multipurpose control&display unit）、駕駛艙打印機(jī)（PRT，printer）、監(jiān)控報(bào)告記錄器（DAR）和機(jī)載裝填器（ADL，airborne data loader）等部件。

圖1給出了B747飛機(jī)在飛行過(guò)程中數(shù)據(jù)傳輸流程圖。從圖中可以看出，DFDAU通過(guò)總線傳輸系統(tǒng)從飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)傳感器上獲取飛行數(shù)據(jù)、發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)、駕駛員操作行為、駕駛艙錄音等數(shù)據(jù)信息，并將這些數(shù)據(jù)傳輸至飛行數(shù)據(jù)記錄設(shè)備（DFDR/QAR）或DMU中，DMU則控制數(shù)據(jù)的存取、報(bào)告生成、打印等一系列應(yīng)用行為，包括對(duì)DFDAU中滿足ACARS報(bào)告觸發(fā)邏輯的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理后生成報(bào)告，并通過(guò)甚高頻系統(tǒng)發(fā)送至地面基站。

圖1　飛機(jī)數(shù)據(jù)傳輸流程圖Fig.1　Flow chart of aircraft data transmission

ACMS采集的各種數(shù)據(jù)應(yīng)用主要有3種：①通過(guò)DFDR和QAR進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，用于維護(hù)人員分析飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)性能；②經(jīng)ACARS通過(guò)甚高頻收發(fā)機(jī)發(fā)送到地面RGS（remote ground station）接收站，傳送到OEM及航空公司，實(shí)現(xiàn)機(jī)組人員和地面管理人員之間的信息交互；③通過(guò)機(jī)載打印機(jī)、控制顯示部件實(shí)時(shí)提供給機(jī)組人員，方便機(jī)組人員實(shí)時(shí)了解飛機(jī)性能。飛行數(shù)據(jù)采集部件（DFDAU）是ACMS的核心部件，其內(nèi)部有2個(gè)中央處理器（CPU），CPU1為DFDR和QAR提供數(shù)據(jù)，供有關(guān)人員進(jìn)行突發(fā)性事件或事故調(diào)查分析使用，CPU2為ACMS的數(shù)據(jù)管理部件（DMU）提供數(shù)據(jù)，且DMU負(fù)責(zé)向ACARS、MCDU、PRT等外圍設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)，供發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控和飛機(jī)性能分析使用[6]。

通過(guò)對(duì)ACMS系統(tǒng)的組成和功能進(jìn)行分析可以得出，DFDR、QAR和ACARS系統(tǒng)均接收DFDAU內(nèi)部CPU輸出的數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)都是由DFDAU和DMU進(jìn)行收集、存儲(chǔ)和運(yùn)算產(chǎn)生的，數(shù)據(jù)源都是飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝的各種相關(guān)傳感器測(cè)得的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。DFDR主要記錄飛機(jī)飛行數(shù)據(jù)、駕駛艙錄音、駕駛員操作行為等信息；QAR除了記錄飛行數(shù)據(jù)外，還會(huì)記錄飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)及其系統(tǒng)和部件的性能監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)信息更加完備；而ACARS數(shù)據(jù)則是在DMU中將DFDAU傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)一步運(yùn)算后得出的各種報(bào)告。由此可以看出，ACMS系統(tǒng)的各個(gè)外圍設(shè)備所接收的數(shù)據(jù)都來(lái)自相同數(shù)據(jù)源，所測(cè)得的相關(guān)參數(shù)也是相同的，因此本文利用QAR數(shù)據(jù)模擬ACARS報(bào)文的提取過(guò)程也是合理可行的。

2　發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文提取邏輯及其解析

飛機(jī)在飛行中測(cè)得的數(shù)據(jù)經(jīng)ACARS系統(tǒng)傳輸后可以存儲(chǔ)在文本文檔中，稱之為原始報(bào)文[5]，飛機(jī)的ACARS報(bào)文有110多種，從應(yīng)用角度可分為面向航空公司的飛機(jī)運(yùn)營(yíng)管理（AOC，airplane operational control）報(bào)文和面向空中交通管制與服務(wù)的空管服務(wù)（ATS，air traffic service）報(bào)文[4]，發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)（DFD,digital flight data）是眾多AOC報(bào)文中的一種，主要包括起飛報(bào)、巡航報(bào)和爬升報(bào)3種[5]，本文所討論的發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文屬于發(fā)動(dòng)機(jī)巡航報(bào)。

2.1發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文的提取邏輯

以某航空公司的B747-400機(jī)隊(duì)為例，該機(jī)隊(duì)選裝了PW4056型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)，OEM要求在飛機(jī)進(jìn)入巡航階段之后進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)監(jiān)控初始條件（engine stability monitoring initial conditions）和穩(wěn)態(tài)容限值等級(jí)（stable condition tolerance category）的判定，該判定過(guò)程會(huì)一直持續(xù)到無(wú)法滿足判定條件或巡航階段結(jié)束。按照OEM的規(guī)定，每個(gè)航班都將產(chǎn)生和下發(fā)2個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文，在首次滿足所有判定條件之后立即下發(fā)第一個(gè)報(bào)文，巡航階段內(nèi)最后一個(gè)滿足判定提取條件的報(bào)文將作為第2個(gè)下發(fā)報(bào)文[7]；B747-400發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文必須按以下OEM規(guī)定的判定邏輯進(jìn)行提取。

步驟1飛機(jī)進(jìn)入巡航階段后，在其飛行數(shù)據(jù)中選取該時(shí)間點(diǎn)的飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，判定如表1所示的飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)初始條件。對(duì)4臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)分別判定前4個(gè)參數(shù)（MACH、高度、EPR、N1），對(duì)于飛機(jī)則需判定全部參數(shù)，以此來(lái)檢測(cè)飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)是否滿足穩(wěn)態(tài)初始條件，如果在1 s內(nèi)全部參數(shù)均滿足條件則進(jìn)入步驟2；否則判定為不成立，從下1 s重新開(kāi)始此過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行判定，判定時(shí)間節(jié)點(diǎn)向后順延1 s，直到所有監(jiān)控參數(shù)都滿足表1要求的條件[7]。

表1　飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)監(jiān)控初始判定條件Tab.1　Aircraft/engine stability monitoring initial conditions

步驟2當(dāng)參數(shù)滿足穩(wěn)態(tài)初始判定條件后，從該時(shí)間點(diǎn)向后選取180 s數(shù)據(jù)，記錄該180 s內(nèi)各個(gè)穩(wěn)態(tài)參數(shù)的最大值和最小值之差，與表2中對(duì)應(yīng)參數(shù)的穩(wěn)態(tài)容限值（TB，tolerance category band）進(jìn)行逐個(gè)比較，如果在3 min穩(wěn)態(tài)判定周期內(nèi)，每個(gè)參數(shù)的最大值和最小值之差都小于表2中與之相對(duì)應(yīng)的TB（至少滿足E等級(jí)），則獲取該判定區(qū)間內(nèi)最后20 s參數(shù)數(shù)據(jù)的平均值，同時(shí)給出對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)容限值等級(jí)（共有“A～E”5個(gè)等級(jí)），產(chǎn)生第一份ACARS報(bào)文并且進(jìn)行下發(fā)，同時(shí)將報(bào)文數(shù)據(jù)和等級(jí)信息一并存儲(chǔ)在永久存儲(chǔ)器（NVM，non-volatile memory）中；如果在3 min判定周期結(jié)束前給定的參數(shù)不能滿足與之對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)容限值，則穩(wěn)態(tài)判定周期將會(huì)向后順延1 s繼續(xù)運(yùn)行，在隨后的每1 s不斷記錄判定周期內(nèi)最新的參數(shù)最小值和最大值并覆蓋之前存儲(chǔ)的數(shù)值，直到可以在整個(gè)判定區(qū)間獲得1組可以接受的穩(wěn)態(tài)參數(shù)，進(jìn)而產(chǎn)生并下發(fā)第1份ACARS報(bào)文；此時(shí)將啟動(dòng)長(zhǎng)為1 h的“中斷間歇”，在這個(gè)時(shí)段內(nèi)將不會(huì)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文的提取[7]。

表2　飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)容限值等級(jí)Tab.2　Aircraft/engine stable condition tolerance degree

步驟3系統(tǒng)在1 h“中斷間歇”結(jié)束后會(huì)重新啟動(dòng)步驟1和步驟2所描述的穩(wěn)態(tài)監(jiān)控，直到獲取下一個(gè)滿足要求的穩(wěn)態(tài)報(bào)文數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)等級(jí)信息。在此階段系統(tǒng)會(huì)將提取出的發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到臨時(shí)緩存器中（不覆蓋NVM中第一個(gè)穩(wěn)態(tài)報(bào)文數(shù)據(jù)）并啟動(dòng)一個(gè)新的1 h“中斷間歇”，但不會(huì)產(chǎn)生和下發(fā)ACARS報(bào)告；發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文的提取必須在“中斷間歇”結(jié)束后才能進(jìn)行，系統(tǒng)會(huì)不斷用新數(shù)據(jù)覆蓋之前存儲(chǔ)在臨時(shí)緩存器中關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)的后續(xù)判定結(jié)果，并忽略之前存儲(chǔ)報(bào)文數(shù)據(jù)的穩(wěn)態(tài)等級(jí)信息[7]。在巡航階段系統(tǒng)會(huì)一直進(jìn)行上述的提取過(guò)程，但當(dāng)飛機(jī)飛行階段發(fā)生改變，如從巡航階段變?yōu)榻德?、滑跑階段或空/地信息發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將存儲(chǔ)在臨時(shí)緩存器中的最后一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文通過(guò)ACARS下發(fā)并將報(bào)文數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)穩(wěn)態(tài)等級(jí)信息存儲(chǔ)在NVM中。圖2為發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文提取全過(guò)程的示意圖，圖中假設(shè)第1次提取用時(shí)0.3 h并獲得穩(wěn)態(tài)等級(jí)為“D”的報(bào)文，第2次提取用時(shí)0.2 h并提取出穩(wěn)態(tài)等級(jí)為“E”的報(bào)文。

圖2　發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文提取示意圖Fig.2　Schematic diagram of engine steady frame report extraction

在表1中，EPR代表發(fā)動(dòng)機(jī)壓比，當(dāng)系統(tǒng)無(wú)法從任何總線上獲取有效EPR數(shù)值時(shí)，會(huì)使用備用初始判定條件N1（低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速）。表2中，等級(jí)“E”是可接受的發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)判定的最小容限值等級(jí)，與各個(gè)參數(shù)穩(wěn)態(tài)容限值相關(guān)的“+”表示一個(gè)最小/最大范圍，這定義了參數(shù)穩(wěn)定在穩(wěn)態(tài)容限內(nèi)可能的變化范圍?！癤”表示該參數(shù)沒(méi)有被用作穩(wěn)態(tài)判定標(biāo)準(zhǔn)。

2.2報(bào)文格式解析

以該機(jī)隊(duì)為例，B747-400原始發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)巡航報(bào)文（DFD）格式如圖3（a）所示，可看出系統(tǒng)為了節(jié)省存儲(chǔ)空間，將報(bào)文中數(shù)據(jù)或字母連續(xù)排列存儲(chǔ)，無(wú)長(zhǎng)度、精度及數(shù)值含義信息，可讀性差[1]。本文通過(guò)對(duì)比、分析原始ACARS報(bào)文與QAR數(shù)據(jù)中的參數(shù)信息，并查閱波音使用手冊(cè)和航空專業(yè)英文縮寫(xiě)字典，明確了圖3（a）原始報(bào)文中參數(shù)的信息及其縮寫(xiě)詞匯，設(shè)計(jì)了如圖3（b）所示的B747-400發(fā)動(dòng)機(jī)巡航穩(wěn)態(tài)報(bào)文數(shù)據(jù)的模板，同時(shí)也標(biāo)注了參數(shù)的意義、長(zhǎng)度、精度及其格式等信息。原始報(bào)文的第5～16行分別表示B747的4臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)控參數(shù)，縮寫(xiě)詞匯后面的數(shù)字1代表編號(hào)為1的發(fā)動(dòng)機(jī)，第2到第4臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)控參數(shù)格式與第1臺(tái)相同，圖3（b）中沒(méi)有重復(fù)顯示。

圖3　發(fā)動(dòng)機(jī)巡航穩(wěn)態(tài)報(bào)文格式Fig.3　DFD format

2.3基于QAR數(shù)據(jù)的報(bào)文生成邏輯

本文第1節(jié)驗(yàn)證了原始ACARS報(bào)文數(shù)據(jù)與QAR數(shù)據(jù)都是經(jīng)DFDAU和DMU進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和運(yùn)算得到的，數(shù)據(jù)源都是飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝的各種相關(guān)傳感器，即原始報(bào)文數(shù)據(jù)與QAR數(shù)據(jù)是同源的，所以按照2.1中描述的發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文生成邏輯從QAR數(shù)據(jù)中模擬其提取過(guò)程的方法和思路是合理且可行的。

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文的提取邏輯，設(shè)計(jì)相應(yīng)的算法從QAR數(shù)據(jù)中提取穩(wěn)態(tài)報(bào)文，算法流程如圖4所示，由此利用Matlab進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，在3.1中給出計(jì)算結(jié)果。用飛機(jī)下傳的2份實(shí)際ACARS報(bào)文對(duì)所生成的報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，即可驗(yàn)證算法的可靠性。實(shí)際每趟航班只記錄2份ACARS報(bào)文數(shù)據(jù)，但利用QAR數(shù)據(jù)可以提取任何時(shí)間段的報(bào)文，也可以提取出滿足條件的多份報(bào)文，同時(shí)還可利用歷史QAR數(shù)據(jù)還原報(bào)文數(shù)據(jù)，并且將提取出的報(bào)文應(yīng)用于科研單位課題研究及高校教學(xué)，可以很好地解決ACARS報(bào)文數(shù)量少及獲取受限的問(wèn)題。

在執(zhí)行該邏輯進(jìn)行提取的過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)某些問(wèn)題，如無(wú)法提取出符合條件的數(shù)據(jù)或提取報(bào)文與原始報(bào)文時(shí)間點(diǎn)相差特別大等狀況，這時(shí)需對(duì)選取參數(shù)及其范圍進(jìn)行調(diào)整，并適當(dāng)降低穩(wěn)態(tài)容限值等級(jí)（TB），直到可以獲得滿足觸發(fā)條件且較滿意的穩(wěn)態(tài)報(bào)文。

圖4　從QAR中提取發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文的邏輯圖Fig.4　Extraction logic diagram of steady frame report from QAR data

3　實(shí)例應(yīng)用

3.1基于QAR數(shù)據(jù)的報(bào)文提取

以該機(jī)隊(duì)的一架B747-400飛機(jī)為例，收集其20份QAR數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的2份ACARS發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文，部分QAR參數(shù)數(shù)據(jù)如表3所示，表中給出了2份原始穩(wěn)態(tài)報(bào)文生成時(shí)間節(jié)點(diǎn)附近的數(shù)據(jù)，生成的第1個(gè)ACARS報(bào)文如圖3（a）所示。表3中的符號(hào)“///”說(shuō)明測(cè)量該參數(shù)的傳感器暫時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，ENG1代表1號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)。

表3　部分QAR數(shù)據(jù)Tab.3　Partial QAR data

利用Matlab對(duì)QAR數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算生成發(fā)動(dòng)機(jī)巡航穩(wěn)態(tài)報(bào)文，得到滿足觸發(fā)條件的2份報(bào)文，分別用提取報(bào)文1、2表示，OEM提供的ACARS報(bào)文分別用原始報(bào)文1、2表示，在表4中列出了提取報(bào)文與原始報(bào)文部分重要參數(shù)的對(duì)比情況，ENG4代表4號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)。

表4　提取報(bào)文與原始報(bào)文部分?jǐn)?shù)據(jù)Tab.4　Partial extracted report and original report data

3.2可靠性檢驗(yàn)及誤差分析

將提取的40份報(bào)文數(shù)據(jù)與其對(duì)應(yīng)的ACARS原始報(bào)文數(shù)據(jù)做誤差分析，如圖5所示。從圖中可以看出，大部分?jǐn)?shù)據(jù)的計(jì)算誤差都能控制在4%以內(nèi)，以表2中最低等級(jí)“E”估計(jì)，4%的計(jì)算誤差是可以接受并且可以用于工程實(shí)踐應(yīng)用的，因此證明了該方法的有效性。

圖5　計(jì)算誤差對(duì)比Fig.5　Comparison of calculation errors

利用QAR數(shù)據(jù)提取的模擬報(bào)文數(shù)據(jù)與原始ACARS報(bào)文數(shù)據(jù)存在一定誤差，為了最大限度減小誤差，更好地用于工程實(shí)踐，本文對(duì)誤差產(chǎn)生的原因做出如下分析：①OEM所提供如表1和表2所示的發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文的提取條件較少且范圍廣，造成滿足觸發(fā)條件的報(bào)文數(shù)量較多，與原始報(bào)文提取時(shí)間點(diǎn)有一定偏差，從而造成所提數(shù)據(jù)存在偏差;②報(bào)文由第三方接收ACARS數(shù)據(jù)并傳送給OEM，經(jīng)OEM計(jì)算后發(fā)給航空公司，其中具體算法OEM嚴(yán)格保密，也可能隱藏了某些計(jì)算模型和更嚴(yán)格的限制條件，這就造成了誤差的必然存在；③QAR數(shù)據(jù)及ACARS報(bào)文數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中都經(jīng)過(guò)一系列傳輸協(xié)議的轉(zhuǎn)換，如QAR數(shù)據(jù)是DFDAU經(jīng)ARINC-573/717協(xié)議傳輸至QAR中進(jìn)行存儲(chǔ)，而報(bào)文數(shù)據(jù)是由DMU經(jīng)ARINC-724協(xié)議傳輸至ACARS，再經(jīng)ARINC-618/-620協(xié)議封裝傳輸至地面用戶[5，8]，傳輸協(xié)議的不同會(huì)導(dǎo)致譯碼方式不同，且ACARS報(bào)文提取過(guò)程與本文提供方法分別是在譯碼前和譯碼后進(jìn)行，所以譯碼方式及譯碼順序的不同可能會(huì)造成數(shù)據(jù)變化而導(dǎo)致誤差的存在。

為了減小誤差，需嚴(yán)格按照?qǐng)?bào)文提取邏輯，盡可能增加提取條件，縮小提取范圍，使提取報(bào)文的時(shí)間節(jié)點(diǎn)盡量接近實(shí)際ACARS原始報(bào)文，從而提高提取報(bào)文的工程應(yīng)用價(jià)值。

3.3報(bào)文的實(shí)際工程應(yīng)用

航空公司現(xiàn)階段利用基線和偏差值進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控及性能排隊(duì)[9]，根據(jù)ACARS報(bào)文數(shù)據(jù)及OEM提供的趨勢(shì)圖偏差值做出N1和EGT隨EPR的變化情況，可以清晰地看到N1和EGT與EPR呈正相關(guān)關(guān)系，為了得出其更精確的定量關(guān)系及進(jìn)一步挖掘發(fā)動(dòng)機(jī)性能基線，需對(duì)報(bào)文中的數(shù)據(jù)進(jìn)行相似修正，結(jié)合趨勢(shì)圖偏差值作出發(fā)動(dòng)機(jī)重要監(jiān)控參數(shù)的性能基線，提供給科研單位及高校以用于研究及教學(xué)。利用本文中ACARS報(bào)文和趨勢(shì)圖可以作出PW4056發(fā)動(dòng)機(jī)重要監(jiān)控參數(shù)（EGT、N1、N2、FF）的性能基線，并且能夠?qū)⑾鄬?duì)偏差控制在3%以內(nèi)，具有不錯(cuò)的可靠度，進(jìn)一步挖掘了報(bào)文數(shù)據(jù)的實(shí)際工程應(yīng)用途徑。

4　結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)QAR數(shù)據(jù)和ACARS報(bào)文數(shù)據(jù)的同源性進(jìn)行了分析，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)報(bào)文的結(jié)構(gòu)及其提取邏輯進(jìn)行了解析研究，提出了利用QAR數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘以提取出滿足觸發(fā)條件報(bào)文的研究思路和方法，通過(guò)對(duì)B747-400飛機(jī)實(shí)際QAR數(shù)據(jù)和ACARS報(bào)文的計(jì)算分析，驗(yàn)證了方法的可靠性。利用該方法可加強(qiáng)飛機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控，對(duì)ACARS數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的補(bǔ)充，為航空公司提供備用數(shù)據(jù)以便在ACMS出現(xiàn)故障時(shí)為航空公司提供應(yīng)急處置方案，還能通過(guò)歷史QAR數(shù)據(jù)提取出任何時(shí)間段的報(bào)文，還原歷史報(bào)文數(shù)據(jù)，并且可為科研單位及高校提供模擬ACARS報(bào)文以及據(jù)此進(jìn)一步挖掘出的發(fā)動(dòng)機(jī)性能基線，廣泛用于分析研究及教學(xué)應(yīng)用。

[1]曹惠玲,周百政.QAR數(shù)據(jù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)民航大學(xué)學(xué)報(bào),2010,28(3):15-19.

[2]陳國(guó)焉.淺談渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)故障的QAR數(shù)據(jù)分析[J].航空維修與工程, 2012(2):44-46.

[3]晏震乾,黃愛(ài)軍.基于ACMS報(bào)文實(shí)時(shí)監(jiān)控與QAR數(shù)據(jù)分析的飛機(jī)排故應(yīng)用[J].航空維修與工程,2014(1):44-47.

[4]耿宏,揭俊,徐文艷.ACARS報(bào)文參數(shù)的辨識(shí)[J].航空電子技術(shù), 2006,37(4):6-11.

[5]李書(shū)明,呂文禮,黃燕曉.ACARS空地?cái)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)及報(bào)文解析[J].裝備制造技術(shù),2014(2):54-57.

[6]王旭輝.飛機(jī)飛行安全實(shí)時(shí)監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京:南京航空航天大學(xué),2010.

[7]Boeing 747-400 Airplane Specification Control Document[G].

[8]曲建嶺,唐昌盛,李萬(wàn)泉.飛參數(shù)據(jù)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].計(jì)測(cè)技術(shù),2007,27(6):1-4,8.

[9]FAA.Airplane Turbofan Engine Operation and Malfunctions-Basic Familiarization for Flight Crews[G].2000.

（責(zé)任編輯：楊媛媛）

Analytical study on PW4056 engine stable frame report based on QAR data

CAO Huiling,ZHANG Xingchuan
（College of Aeronautical Engineering,CAUC,Tianjin 300300,Chian）

The homology of QAR data and ACARS report data has been analyzed,as well as the structure and extraction logic of the engine stable frame report.An extracting method of engine stable frame report which meet the triggering conditions from QAR data is proposed.With the help of this method,not only the vast amount of raw monitoring QAR data can be fully tapped,but also a simulated ACARS report is obtained,which can be used in emergency management of airlines,assisting researches in condition monitoring and fault diagnosis of aircraft and engine.It can also be used in universities and scientific research units in teaching and researching. Computational analysis of both the actual ACARS reports and the extracted data of a B747-400 airplane verifies the reliability and great prospects in application of this method.

QAR data;ACARS report;homology analysis;extraction logic;reliability testing

V23

A

1674-5590（2016）05-0014-06

2015-11-04；

2016-01-09

中國(guó)民航大學(xué)博士啟動(dòng)基金項(xiàng)目（QD02S04）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（Y15-03）

曹惠玲（1962—），女，河北唐山人，教授，工學(xué)博士，研究方向?yàn)楹娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)性能分析與故障診斷等.