波音飞机数据记录系统及其应用

帅哥

波音飞机数据记录系统及其应用

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收稿日期：2002-04-05 作者简介：孙智斌(1963-)，男，山西临猗人，工程师，工学学士，研究方向为航空电子维修、维护. 1 系统硬件组成 1.1 系统组成 该系统由飞行参数传感器、飞行数据采集组 件、飞行数据记录器、VHF 数据发射接收器、快速 获取记录器、地面处理工作站等部分组成，如图1 所示。 1.2 系统组成各部分功能及特点 1.2.1 DMDAU/DFDMU 数字飞行数据采集组件/ 数字飞行数据管理 组件（DMDAU/DFDMU）是由计算机微处理芯片组 成的数据处理和记录系统，其内部安装2 个微处 理器：数据采集微处理器和数据管理微处理器。数 据采集微处理器管理数据采集和记录数据到 DFDR；数据管理微处理器应用数据采集处理。此 设备是机载设备，可在软件控制下，连续地采集或 记录来自飞机传感器的数据，并按要求将数据转 换为一定格式，适用于DFDR，QAR 及打印输出。 主要组成部分功能为： CPU1：转换并形成数字、逻辑、离散数据并按 规定格式输出到DFDR 中；将逻辑、离散数据传输 到CPU2 中；提供到DFDR，QAR，ADL / PDL 的数 据传输接口。 CPU2：能获取数据，并在应用程序的控制下对 数据进行处理；能按照QAR/OQAR 等输出设备格 式生成格式化数据并输出。 ADC：提供接收58 种模拟信号并转换成数字 信号功能，并将信号提供给CPU1 处理。 光盘驱动：是一种OQAR 数据记录方式，供航 后数据转输到地面处理计算机进行数据分析。 MIC：是多路传输交互界面，用于向数据输出 设备输出数据。 1.2.2 DFDR DFDR（Digital Flight Data Recorder）是一个 能循环记录的机载数据记录器， 能从DFDAU/ DFDMU 接收飞机参数数据并存储于CSMU 中，在 需要时可由PDL /ADL 从其上下载数据；数据记录 波音飞机数据记录系统及其应用 孙智斌，王超 （东方航空公司山西分公司飞机维修部，太原030031） 摘要：以B737-300 型飞机选装的Teledyne 数字飞行数据管理组件（DFDMU）为例，对典型飞 机飞行数据记录系统的组成、功能、工作原理及其在实际中的应用进行了详尽的研究、分析。 关键词：DFDAU/DFDMU；DFDR；数据帧；应用软件 中图分类号：V241.4 文献标识码：B 文章编号：1001-5000（2002）S0-0025-03 DFDAU!DFDMU DFDR 飞行数据地面处理计算机工作站 维修测试设备 QAR DATA LOADER OMS VHF 接收 PRT 飞行数据VHF 传送 供电供电 选择参数 输入 图1 系统组成框图 第20 卷增刊! " # $ % & % ’ Vol.20 Suppl 2002(7) JOURNAL OF CIVIL AVIATION UNIVERSITY OF CHINA July 2002 中国民航学院学报2002 年7 月 方式是循环的，记录时间长度为25 h / 50 h / 100 h 等； 数据传输速率为64 byte / s、128 byte / s、256 byte / s 等；工作状态分为记录模式、监控模式、测试 模式、下载数据模式、断电保护模式，各模式转换 控制和管理是由微处理器完成的；设计时具有防 碰撞、耐高温及防水和油浸，确保飞机失事后，能 保证数据的完整性。 1.2.3 QAR 快速采集记录器（QAR）是一种快速拆卸记录 装置，用于每天航后将数据转输到地面处理计算 机进行数据分析。 1.2.4 OMS 机载维护系统（OMS）是以ARINC 429 规范 为标准的数据交互界面， 提供DFDR 以低速向 OMS 传输数据，能在不影响正常数据处理前题下 进行回放数据。 1.2.5 DATA LOADER 能以ARINC 429 标准的数据交互界面向便 携式数据加载器/ 机载数据加载器（PDL /ADL），提 供数据下载接口，供PDL /ADL 从DFDR 的CSMU 中下载数据。 1.2.6 飞行数据地面处理计算机工作站 用来对飞行数据进行分析处理的计算机系 统。主要用于发动机性能趋势监控、飞行数据再 现、飞行数据译码、飞行员飞行技术分析、机务维 修信息指导等。 2 数据记录和输出格式 2.1 输入/ 输出接口 （1）DFDAU/DFDMU 到DFDR：采用标准是 ARINC 717 规范，数据读写有2 个数据通道，一个 用于从DFDAU/DFDMU 向DFDR 输出数据，一个 用于接收DFDR 的回放数据。 （2）QAR：数据读写有一个数据通道，用于从 DFDAU/DFDMU 输出数据到QAR。 2.2 记录数据格式选择 系统工作前先进行系统自检、飞机和发动机 类型确定、数据记录帧结构确定，通过上述测试后 才能进行数据的获取和记录。 2.2.1 飞机和发动机类型确定 数据记录系统正常工作前，首先要自动依据 标识位的数据确定飞机和发动机类型，如果不能 确定时系统则显示故障，不能工作，如表1 所示。 表中X 表示连接到标识值。 2.2.2 数据帧结构选择 针对机型和构形不同，数据记录帧结构分为7 种：737-I，737-1，737-2，757-1，757-2，767-1，767 -2。数据记录系统工作前要自动依据识别端口的 值来确定相应飞机所用的帧结构，如表2 所示。表 中X 表示可以任取“0”，“1”值。 2.3 数据获取和记录格式 2.3.1 数据获取 此系统能记录所有传感器的数据，包括数字 信号、模拟信号和离散信号。模拟信号有正负之分, 获取后转换成数字信号。数据采样为每秒16 次。 2.3.2 数据格式 数据一般是由12 位组成一个字，称为字槽。 当某参数数据为10，11 或更少位时，其剩余位可 表1 飞机（发动机）类型选择对照表 标识位飞机（发动机类型） 82 83 84 85 86 87 X 767-200（PW 发动机） X 767-200（GE 发动机） X X 757-200（RR 发动机） X 757-200（PW 发动机） X X 737-300（GE 发动机） X X 767-300（PW 发动机） X X 767-300（GE 发动机） X X 737-400（GE 发动机） X X X 767-200（RR 发动机） X X X X 767-300（GE 发动机） X X 767-200（GE 发动机W!FADEC） X X X 767-300（GE 发动机W!FADEC） X X X 737-500（GE 发动机） 表2 数据帖结构选择对照表 端口：117 端口：35!118 端口：120 帧结构类型 1 0 X 737-I 1 0 X 737-I 1 1 X 737-I 1 1 X 737-I 0 0 0 737-1 0 0 1 737-2 0 1 0 737-1 0 1 1 737-2 X X 0 757-1!767-1 X X 1 757-2!767-2 26 第20 卷增刊孙智斌，王超：波音飞机数据记录系统及其应用 用于记录离散参数数据值。 1）模拟数据：所有模拟数据需连续采样并按 一定要求转换成数字信号，模拟信号转换最大范 围是：-0～+5 VDC，转换后的数字信号一般由10， 11，12 位组成一个字。所有AC 模拟数据输入时都 和参照数相比较进行校验，如果无参照数相对应， 则此模拟数无效。2）离散数据：所有离散数据需连 续采样并记录于字的相应位中，飞机和发动机类 型的离散数据选择是由相连的标识针确定，如连 接则值为“1”，否则值为“0”。3）数字数据：所有数 字信号都是同步的从不同的数字信号端口获取， 所有数字信号输入卡中参数、程序存在存储器上。 接收数字数据是以BNR，BCD，DISCR 格式组成 10，11，12 位的字。如果数字信号有符号，将其定位 于字的第12 位上，如果是双字，则符号位定位于 每一个字的第12 位。对输入的数字数据，系统都 需和参照数相比较进行校验，如果有错，则此数据 无效。 2.4 数据输出格式 1）数据由系统输出时是由数据帧组成，每4 秒组成1 帧，每个数据帧是由4 个子帧组成，每1 秒组成1 子帧，每个子帧由64 个字组成，每个字 包含12 位，子帧的第一个字是同步码。 2）在地面处理数据时，检测记录是否因为记 录器或同步码原因形成数据丢失。系统记录时有 一个循环计数器，称为帧计数器，其计数记录于第 一个子帧的第64 个字中，此计数器的最大值是4 095，如超过此值，重新从1 开始计数。 3）为适应记录数据的需求，引入了超级帧，超 级帧是由16 个帧和同步计数组成，同步计数是0， 16，32，48 等。部分飞行参数记录值只有在一个超 级帧中才能完全得到。 3 飞行数据记录的应用 飞机安装飞行参数记录系统目的是对飞机飞 行数据进行实时记录及静态、动态分析，从维修质 量、飞行操作技术、飞机部件工作状态等方面进行 定期和不定期的监控和检查，确保飞机飞行安全。 为了充分利用和发挥飞行记录数据的作用，减少 人工统计工作量，为相关部门提供及时、准确、可 靠的分析数据和结果，各公司开发了很多飞行数 据应用软件用于发动机性能趋势分析、飞行数据 译码、飞行员飞行技术分析等。如GE 公司的发动 机性能趋势分析软件SAGE，Teledyne 公司的飞行 数据再现软件TDRS，飞行数据再现分析系统软件 FLDRAS。 SAGE、TDRS、FLDRAS 软件在东方航空公司 山西分公司已应用多年，通过这些手段发现和排 除了多起潜在的危及飞行安全的故障，为排故和 制定计划提供了数据依据，在确保飞行安全前题 下、提高了公司的经济效益。例如：2000 年6 月1 日～2000 年6 月23 日SAGE 软件监控发现B2573 飞机低压涡轮振动值渐渐变大，经工程部门检查 是发动机风扇叶片引起。润滑发动机风扇叶片榫 槽后，发动机工作正常。2000 年6 月11 日飞机地 面试车时，发生发动机超温现象，为确定是否要对 发动机进行维修，利用TDRS 软件回放了试车的 全过程，发现超温最高为931 ℃，时间为3 s，依据 维修手册标准不需做工作。2001 年4 月23 日飞行 员着陆时感觉飞机重着陆了，为了确定是否需要 对飞机做工作，利用TDRS 软对着陆过程进行回 放，发现垂直加速度未超过2.1 G，依据维修手册， 不需做工作。 参考文献： [1] Teledyne Company.Component Maintenance Manual with Illustrated Parts List [Z].Hunstsville，Alabama Teledyne Company， 1993. [2] Teledyne Company . Common DFDAU / DFDMU Specification Mandatory Functionality[Z].Hunstsville，Alabama Teledyne Company， 1994. [3] Teledyne Company.Teledyne Data Deplay System Userˊs Manual[ Z].Hunstsville，Alabama Teledyne Company，2000. [4] Teledyne Company.Flight Data Replay and Analysis System[Z]. Hunstsville，Alabama Teledyne Company，1998. （责任编辑：李林山） 27

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天天不学习 赶不上刘少奇

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