試飛測試校準技術及其發展趨勢

鄧 斐

(江西洪都航空工業集團有限責任公司，江西 南昌 330000)

0 引言

試飛測試是針對飛行器試飛環境下進行的各項指標和性能的測試，將被測飛行器的參量數據和信息進行采集、轉換、處理、存儲以及校準，為試飛實驗和測試提供技術指導與支撐。試飛測試校準系統能夠整體反映相關測驗校準技術，同時測試校準技術也在不斷發展，測試校準系統得到進一步完善。尤其是近年來互聯網技術、通信技術、人工智能技術的跨越式發展，進一步推動了試飛測試校準技術的飛速發展。在未來飛行實驗以及試飛測試中，試飛測試校準的主導作用將逐漸凸顯，對于我國空中交通的運行具有積極的保障作用為實際性能評估提供參考標準和基礎數據。

1 試飛測試校準

1.1 目標

試飛不僅僅局限于對飛機飛行性能等進行評估和驗證，還希望通過試飛測試實現對飛行器理論數據和實際數據的對比，鑒定飛機設計指標、飛行使用性能。一般飛機等飛行器的設計指標是基于理論研究和局部模擬基礎上確定的，該指標可能和實際的飛行參數存在一定的差異，因此必須進行驗證。在試飛飛行器上配備實驗儀器以及設備進行協同實驗驗證，通過監測設備和儀器能夠采集到大量的數據，結合計算機技術、互聯網技術和大數據技術對采集到的數據進行深度解讀，基于這些指標和參數實現對飛機等飛行器的鑒定。精密、詳實、可靠的各類飛行參數是飛行器安全運行的保障，而這些飛行參數的獲取需要精密測試設備的支持。

1.2 步驟流程

試飛測試校準在試飛實驗中具有重要的作用，能夠為試飛實驗提供技術支撐，同對象技術指標和設計值的接近程度存在直接關系。對于飛機等飛行器而言，試飛測試校準屬于復雜的規模性工程，其主要流程和步驟包括以下內容。

1)傳感器的靜態精度校準。試飛傳感器靜態校準是在特定實驗條件下進行的，首先在傳感器端設置標準輸出量，并測量其相應輸出量，進行數據對比能夠得到傳感器重復性、零位輸出、非線性以及遲滯等靜態參考標準。在進行靜態校準中還可進行超量程實驗，即設置超過傳感器量程的輸入量(15%～20%)，并以此得到校準特征，形成完整的傳感器精度校準報告。在靜態精度校準中需要按照《試飛測試儀器校準要求》執行，涉及到角速度、溫度等共計13種試飛測試指標。

2)基于傳感器工作機理，研究制定校準規范。飛行器中傳感器敏感機制存在差異，因此需要明確傳感器類型和敏感機制，針對性地研究其校準方法。溫度傳感器校準需要根據傳感器裝置的溫度電阻特征進行溫度設定，一般采用精準電阻箱進行替代。傳感器配套與選型中需要考慮不同試飛實驗需求，選擇符合要求的精準度傳感器、安裝形式以及測量范疇。試飛測試中振動科目測試需要參照不同的振動類別，選擇合適的傳感器并對不同信號進行調節，保證校準數據的精確度。

2 測試校準信息化管理技術及其應用

2.1 測試校準信息化管理技術

數據管理技術是結合計算機技術、大數據技術等發展起來的新技術，能夠對數據進行組織、分類、編碼、存儲、運維以及檢索等操作。隨著其應用技術的發展和革新，數據管理技術經過了三個發展階段，由人工管理到文件管理，再到數據庫管理，目前數據庫管理已經成為了最常用的數據管理技術。數據管理技術的發展進程實際就是不斷減少冗余數據、增強數據獨立性、提升數據處理水平的發展過程。就目前試飛測試校準數據而言，很多單位和部門仍然處于文件管理的階段。圖1顯示了校準數據管理現狀，校準實驗得到的原始數據主要依靠實驗人員手動錄入到電腦中，最終電腦生成指標校準報告。而數據的訪問、處理等操作需要點擊存儲指標文件校準報告名實現。這種數據管理模式不僅效率較低，而且可靠性也較差。智能化、自動化是數據管理技術發展的必然趨勢，目前在試飛測試校驗技術中匯總文件管理數據方式過于落后，尤其是隨著試飛測試校準數據量日益龐大，其已經不能適應任務需求。需要結合這種現狀和需求構建試飛參數校準數據信息化管理平臺，實現數據管理技術的改革和創新，提升數據管理的技術水平和執行效率。

圖1 校準數據管理現狀

2.2 試飛測試校準信息化管理平臺

1)總體構架。為實現不同機型、不同任務需求試飛測試校驗數據的信息化管理，需要普適性、全方位的試飛參數校準數據信息化管理平臺。在該平臺中為保障數據的可靠性、精確度，需要設置明確的權限范圍和不同的用戶權限。并且在平臺中設置工作流程提醒，避免出現操作不規范、不標準的問題。本文提出了基于C/S 架構下的試飛參數校準數據信息化管理平臺，如圖2所示。該平臺能夠采集、存儲和管理振動實驗室、角速率和姿態實驗室、壓力實驗室以及電學實驗室中得到的相關校準數據，并且通過網絡傳輸到服務器中，對數據進行初步解碼，然后添加至測試參數校準數據庫。根據質量審查標準，需要對數據庫內存儲的校準數據規范性和文件一致性進行審核，從而有效把控不同型號飛機、不同任務需求的試飛參數校準數據，進而規范試飛作業體系流程。

圖2 平臺設計圖

2)總體方案。本文提出的試飛參數校準數據信息化管理平臺主要是為了解決目前測試校準數據管理落后的問題，規避文件管理中存在的各種問題。在本文測試參數校準數據庫研究中引入SQL SEVER軟件進行自主研制和開發，測試校準數據庫管理系統是基于C#進行研制的，測試參數校準數據庫的關系模式是基于SQL語言建立的，能夠對相關校準數據指標進行操作、控制、處理。數據庫管理系統是進行數據庫操作的管理軟件。高水平的數據庫管理系統能夠給校準人員更好的使用體驗，更高效地執行試飛測試參數校準數據的處理、組織、維護等。

2.3 功能實現

試飛參數校準數據信息化管理平臺的功能設計如圖3所示。

圖3 校準信息化管理平臺的功能

1)規避了傳統測試校準數據文件化管理中存在的弊端和不足，進一步提升了測試校準數據管理水平。充分利用C#操作語言和SQL語言的優勢，設置登錄權限、用戶賬號等加強系統安全管理和防護；同時利用兩種語言的優勢，還能夠簡化操作流程，提升操作效率。

2)基于C/S架構下的校準數據庫能夠實現試飛測試校準數據的實時采集和上傳，完全依靠計算機和互聯網實現，不再需要人工錄入，消除了人為因素的影響，在提升數據錄入、管理效率的同時也提高了數據精度。關系化的數據庫模型充分考慮了不同機型以及不同試飛測試要求，實現了數據集中化管理，也實現了數據資源共享。

3)數據管理技術進一步發展。測試校準體系流程標準化和質量審查的技術壁壘是數據規范化以及模板化存儲，這也是未來發展的重要方向之一。

3 試飛測試校準技術發展趨勢

3.1 靜態校準逐漸趨于動態校準方向

試飛測試校準實驗中涉及到大量的校準設備，包括雙軸轉臺、壓力校準儀器、速率轉臺、力(不同類型)校準儀器等，這些校準指標主要是靜態校準形式，得到的信號也主要是緩慢靜態信號。隨著技術的不斷發展和試飛測試校準要求不斷提高，動態性參數測量變得越來越重要，如果仍然采用傳統的靜態指標可能達不到試飛測試校準的實際需求，基于此必須加強動態參數測試校準技術的發展。目前，動態校準需求以及相關研究逐漸增多。

3.2 網絡化

目前試飛測試校準系統得到長足進展，試飛數據、遙測數據以及事后數據處理系統逐漸完善，呈現出典型的網絡化發展趨勢。試飛測試數據處理能力不斷提升，處理效率不斷提高。試飛數據處理周期縮短、處理精度提高成為試飛測試校準技術發展趨勢。國內外很多大型運輸機的試飛測試校驗已經開始引入網絡化機載飛行測試校準系統，研發成本和經費投入必將大幅降低。機載測試校驗數據遙測傳遞向著網絡化方向發展，并且已經在國外發達國家應用，有可能取代目前應用的IRIG106 遙測標準。我國也在網絡化方面做出了大量的努力，不斷在試飛測試校準中引入電子技術、人工智能技術、大數據技術以及云計算技術等，加強傳感器、校準儀器的研發投入，希望開發具有自主知識產權的高水平產品。

3.3 新型智能化、陣列化傳感器研發

我國實驗技術水平不斷提升，同時飛機技術標準也不斷提高，飛機試飛測試中涉及到的指標和參數不斷增加，給試飛測試校準可靠性、精確度提出了更高的要求。因此，試飛測試校準中涉及到的傳感器誤差必須要控制在一定范圍之內。這種情況下，新型智能化、陣列化傳感器的開發迫在眉睫。

4 結語

測試校準主要是依靠各種精密儀器設備對飛行器鏈路進行綜合校準，對于試飛測試校準而言，需要借助可信度高的測試儀器在特定條件下進行校準，獲得的輸出輸入特征作為飛機飛行試驗數據處理基準。本文主要對試飛測試校準技術進行了研究，在分析試飛測試標準的基礎上，提出了測試校準信息化管理技術及其應用，并且指出了測試校準技術在未來的發展趨勢，這也需要廣大從業者的不斷努力。