A320飛機大氣數據的采集和計算在排故中的應用

余瀟

摘要：空客A320系列飛機大氣數據的采集對飛機導航系統起到非常重要的作用。但地面確認故障源困難，難以做出針對性排故方案。本文通過研究大氣數據的采集和計算方式，推算出大氣數據的參考標準和偏差范圍，以達到快速排故的目的，為航線排故提供參考。

關鍵詞： 大氣數據模塊；大氣數據慣性基準組件；數據位；飛機綜合數據系統；綜合備用儀表系統；主飛行顯示器

Keywords：ADM；ADIRU；DATABIT；AIDS；ISIS；PFD

0 引言

大氣數據模塊（ADM）作為導航系統的重要部件，故障率一直偏高，且故障現象難以捕捉，給排故工作造成很多困擾。當機組反映飛機高度或速度指示出現偏差時，通常是采用地面查看ADM精度的方式來判斷，一般會更換偏差較大的ADM。但由于缺少參考標準，導致排故方向不明確，排故周期較長。本文從空客飛機大氣數據采集方式進行分析，利用靜壓和動壓計算方程推導出ADM測量壓力的參考理論DATABIT值，幫助維修人員快速定位故障源。

1 故障現象

機組反映飛機在地面時綜合備用儀表系統（ISIS）與三部大氣數據慣性基準組件（ADIRU）顯示的高度值有差異，均相差60ft。初步判斷為ISIS故障，并對相關靜壓管路進行了沖洗。但更換ISIS后，故障仍沒有排除。由于高度差在標準范圍內，故未做更進一步工作。

隨后機組在執行起飛前檢查時反映，切換至ADIRU3后主飛機顯示器（PFD）速度有殘余空速。排故中發現，飛機在靜止情況下，ADIRU3的總壓DATABIT值高出其靜壓值300。由于靜止時總壓壓力應與靜壓壓力基本一致，因此將故障源鎖定至總壓或靜壓ADM。最終確認是備用位靜壓ADM故障。

完成殘余空速排故后發現ADIRU3高度值相比于ADIRU1和2均低60ft。查看所有ADM數據位，發現備用位總壓和靜壓ADM比其他ADM均高出約300，故判斷機長位和副駕位所有ADM均出現衰減。更換衰減的ADM后故障排除。

本故障實為多個ADM出現衰減而衍生出的一系列故障。在遇到多個ADM衰減時，由于沒有參考標準，無法確認哪些ADM出現了故障，容易導致盲目換件。若按照手冊要求進行動靜壓測試來判斷，則工序繁瑣、時間較長，且對動靜壓設備和管路連接有一定要求。因此，確定明確的參考標準可以幫助維修人員排除此類故障。

2 大氣數據采集方式

飛機大氣數據的采集由大氣數據模塊ADM完成。ADM將測量的靜壓和總壓信號模擬量轉換為數字信號，發送給ADIRU。ADIRU由壓力傳感器、處理器、供電組件和濾波組件組成。壓力傳感器測量當前狀態下的壓力和溫度信號，發送給處理器。處理器進行數據運算和模數轉換，輸出ARINC 429信號。ADIRU再通過獲取的數據，計算飛機當前的速度和高度。機長位和副駕位的數據通過三個ADM獲取：總壓ADM、左側靜壓ADM和右側靜壓ADM。備用位通過一根管路將左右靜壓連通，由一個靜壓ADM連接在管路上探測壓力，備用位數據由總壓ADM和靜壓ADM提供。ADM與大氣數據傳感器的連接如圖1所示。

3 大氣數據的計算和推導

3.1 大氣數據的計算

ADIRU接收到ADM傳輸的數字信號后對其進行解碼，獲取相應的ADM壓力值，并進行數據修正，得到正確的壓力。在ADM輸出的壓力數據串中，第11～28字節的內容為無符號二進制壓力值。可以通過AIDS系統的“PARAM LABEL CALL-UP”頁面進行查看。各ADM對應的參數編號見表1。

靜壓修正通過靜壓源誤差修正SSEC。SSEC根據當前襟縫翼狀態、迎角傳感器位置和馬赫速度，對測量的靜壓值進行數據計算和修正，得到修正后的靜壓值。對于ADIRU1和2，由于接收為左右靜壓值，首先計算平均值后再進行誤差修正。全壓的修正則通過所測的全壓和靜壓實現。

計算出修正后的靜壓PS和全壓Pt值后，即可計算飛機的高度和速度，高度計算公式如下：

當速度低于30kts時，空速計算不再準確，ADIRU會產生一個無效數據，在PFD速度帶上也不會顯示當前速度值。獲知DATABIT和相應高度和速度的轉換關系，就可以更直觀地幫助分析故障。

3.2 大氣數據計算推導

要建立參考標準，必須先明確ADM傳輸至ADIRU的數據與壓力值之間的關系。ADIRU將ADM傳輸的二進制壓力值轉換為十進制DATABIT值，最終解碼成標準大氣壓下的壓力值。壓力值和DATABIT值的轉換關系如下：

P[hPa]=DATABIT×k （4）

其中，k表示ADIRU的采樣精度。目前空客A320系列飛機的大氣數據計算機有兩種采樣精度，分別對壓力字符串的十八位和十六位數據進行采樣，對應的采樣精度值為1/128和1/32。

我國機場的場壓均大于226.323hPa，使用式（1）建立靜壓的理論DATABIT值。由于海平面壓力和標準大氣壓力難以一致，導致機場的真實高度和指示高度之間有偏差。空客在性能手冊中給出，在標準大氣溫度情況下，壓力每變化1hPa，對應的高度變化近似于28ft。可以通過修正海平面氣壓QNH從而計算出飛機真實高度和指示高度之間的高度差H△。當飛機停在地面時，已知此地機場標高，再通過機載空中交通信息管理系統ATIMS獲取當前時刻該機場的修正海平面氣壓QNH，就可以計算出標準大氣壓下的高度H。

通過式（7）可以確認所在機場的飛機ADM接收靜壓數據的理論DATABIT值。

以成都天府機場為例，天府機場的標高為1453ft，通過機載ATIMS獲取當前修正海平面壓力QNH為1010hPa。通過式（5）計算出標準大氣壓高度為1542ft，按照采樣精度k=1/128計算，換算成DATABIT值為122631。該DATABIT值為ADM在零誤差情況下理論上測量的壓力值。ADM測量的真實壓力值越接近該數值，表示ADM的性能越好。由于ATMIS獲取的QNH值省去了小數位，因此和實際大氣的QNH值也存在一定誤差，根據計算允許的誤差范圍，約為DATABIT±60。

4 大氣數據故障的排故建議

4.1 確認標準的DATABIT值

根據以上公式，可確認飛機所在機場當前狀態下的標準DATABIT值以及所允許的誤差范圍。在排故中，可以將標準DATABIT值與當前飛機實際DATABIT值進行比較，以確認ADM傳輸數據是否出現偏差，以此作為判斷ADM是否衰減的非常重要的條件。由于飛機處于地面靜止狀態，總壓和靜壓基本一致，計算的標準DATABIT值對總壓和靜壓的ADM均能作為參考依據。這種判斷方式可以幫助維修人員在不使用動靜壓設備的情況下，直觀判斷具體哪一ADM出現正向或反向衰減，為排故節省大量時間。

4.2 檢查連接管路狀況

若更換ADM后測量的DATABIT值與標準值仍有偏差，則需考慮連接管路是否存在堵塞或漏氣。首先需要檢查ADM和管路的快卸接頭是否正確連接，其次通過動靜壓設備進行滲漏測試。模擬飛機處于飛行狀態，測量飛機的滲漏率是否符合手冊標準，排查漏點。若管路出現堵塞，需要對相應管路進行沖洗。

4.3 調整動壓和靜壓值

若同時更換多個ADM，需要考慮ADIRU系統內和各系統之間的動靜壓能否相互匹配，否則可能導致其他系統出現殘余空速或高度差。按照空客手冊要求，地面狀況下各系統之間的高度差值不應超過20ft。若取采樣精度k=1/128，則各ADIRU獲取的修正靜壓DATABIT值允許偏差不應超過90。DATABIT值會隨著機場標高和修正海平面壓力的變化而小范圍波動。假設修正海平面壓力為1010hPa，允許偏差△DATABIT=f（H）-f（H+20），函數曲線如圖2所示，可以看出靜壓△DATABIT值的允許偏差會隨著飛機所處機場位置海拔高度的升高而下降。

4.4 定期進行精度檢查

ADM內部有一個真空膜盒，長時間使用會使真空膜盒內的特定部件出現惡化，導致壓力測量出現偏差。空客建議每48個月進行一次ADM精度檢查，將精度偏低的ADM返廠進行重新校準。

5 結束語

本文通過分析大氣數據的采集和計算方式，推導出飛機測量動壓和靜壓DATABIT值的計算方程。建立理論參考標準值和偏差范圍，幫助維修人員快速發現缺陷部件。飛機動靜壓故障的多種排故方法，可為維修人員提供排故思路和參考方向。