余瀟

摘要：空客A320系列飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)的采集對(duì)飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)起到非常重要的作用。但地面確認(rèn)故障源困難，難以做出針對(duì)性排故方案。本文通過(guò)研究大氣數(shù)據(jù)的采集和計(jì)算方式，推算出大氣數(shù)據(jù)的參考標(biāo)準(zhǔn)和偏差范圍，以達(dá)到快速排故的目的，為航線排故提供參考。

關(guān)鍵詞： 大氣數(shù)據(jù)模塊；大氣數(shù)據(jù)慣性基準(zhǔn)組件；數(shù)據(jù)位；飛機(jī)綜合數(shù)據(jù)系統(tǒng)；綜合備用儀表系統(tǒng)；主飛行顯示器

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

0 引言

大氣數(shù)據(jù)模塊（ADM）作為導(dǎo)航系統(tǒng)的重要部件，故障率一直偏高，且故障現(xiàn)象難以捕捉，給排故工作造成很多困擾。當(dāng)機(jī)組反映飛機(jī)高度或速度指示出現(xiàn)偏差時(shí)，通常是采用地面查看ADM精度的方式來(lái)判斷，一般會(huì)更換偏差較大的ADM。但由于缺少參考標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致排故方向不明確，排故周期較長(zhǎng)。本文從空客飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)采集方式進(jìn)行分析，利用靜壓和動(dòng)壓計(jì)算方程推導(dǎo)出ADM測(cè)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(xiàn)象

機(jī)組反映飛機(jī)在地面時(shí)綜合備用儀表系統(tǒng)（ISIS）與三部大氣數(shù)據(jù)慣性基準(zhǔn)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(duì)相關(guān)靜壓管路進(jìn)行了沖洗。但更換ISIS后，故障仍沒(méi)有排除。由于高度差在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，故未做更進(jìn)一步工作。

隨后機(jī)組在執(zhí)行起飛前檢查時(shí)反映，切換至ADIRU3后主飛機(jī)顯示器（PFD）速度有殘余空速。排故中發(fā)現(xiàn)，飛機(jī)在靜止情況下，ADIRU3的總壓DATABIT值高出其靜壓值300。由于靜止時(shí)總壓壓力應(yīng)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(rèn)是備用位靜壓ADM故障。

完成殘余空速排故后發(fā)現(xiàn)ADIRU3高度值相比于ADIRU1和2均低60ft。查看所有ADM數(shù)據(jù)位，發(fā)現(xiàn)備用位總壓和靜壓ADM比其他ADM均高出約300，故判斷機(jī)長(zhǎng)位和副駕位所有ADM均出現(xiàn)衰減。更換衰減的ADM后故障排除。

本故障實(shí)為多個(gè)ADM出現(xiàn)衰減而衍生出的一系列故障。在遇到多個(gè)ADM衰減時(shí)，由于沒(méi)有參考標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法確認(rèn)哪些ADM出現(xiàn)了故障，容易導(dǎo)致盲目換件。若按照手冊(cè)要求進(jìn)行動(dòng)靜壓測(cè)試來(lái)判斷，則工序繁瑣、時(shí)間較長(zhǎng)，且對(duì)動(dòng)靜壓設(shè)備和管路連接有一定要求。因此，確定明確的參考標(biāo)準(zhǔn)可以幫助維修人員排除此類故障。

2 大氣數(shù)據(jù)采集方式

飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)的采集由大氣數(shù)據(jù)模塊ADM完成。ADM將測(cè)量的靜壓和總壓信號(hào)模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，發(fā)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(cè)量當(dāng)前狀態(tài)下的壓力和溫度信號(hào)，發(fā)送給處理器。處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算和模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出ARINC 429信號(hào)。ADIRU再通過(guò)獲取的數(shù)據(jù)，計(jì)算飛機(jī)當(dāng)前的速度和高度。機(jī)長(zhǎng)位和副駕位的數(shù)據(jù)通過(guò)三個(gè)ADM獲?。嚎倝篈DM、左側(cè)靜壓ADM和右側(cè)靜壓ADM。備用位通過(guò)一根管路將左右靜壓連通，由一個(gè)靜壓ADM連接在管路上探測(cè)壓力，備用位數(shù)據(jù)由總壓ADM和靜壓ADM提供。ADM與大氣數(shù)據(jù)傳感器的連接如圖1所示。

3 大氣數(shù)據(jù)的計(jì)算和推導(dǎo)

3.1 大氣數(shù)據(jù)的計(jì)算

ADIRU接收到ADM傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)后對(duì)其進(jìn)行解碼，獲取相應(yīng)的ADM壓力值，并進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，得到正確的壓力。在ADM輸出的壓力數(shù)據(jù)串中，第11～28字節(jié)的內(nèi)容為無(wú)符號(hào)二進(jìn)制壓力值?？梢酝ㄟ^(guò)AIDS系統(tǒng)的“PARAM LABEL CALL-UP”頁(yè)面進(jìn)行查看。各ADM對(duì)應(yīng)的參數(shù)編號(hào)見(jiàn)表1。

靜壓修正通過(guò)靜壓源誤差修正SSEC。SSEC根據(jù)當(dāng)前襟縫翼狀態(tài)、迎角傳感器位置和馬赫速度，對(duì)測(cè)量的靜壓值進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和修正，得到修正后的靜壓值。對(duì)于ADIRU1和2，由于接收為左右靜壓值，首先計(jì)算平均值后再進(jìn)行誤差修正。全壓的修正則通過(guò)所測(cè)的全壓和靜壓實(shí)現(xiàn)。

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

當(dāng)速度低于30kts時(shí)，空速計(jì)算不再準(zhǔn)確，ADIRU會(huì)產(chǎn)生一個(gè)無(wú)效數(shù)據(jù)，在PFD速度帶上也不會(huì)顯示當(dāng)前速度值。獲知DATABIT和相應(yīng)高度和速度的轉(zhuǎn)換關(guān)系，就可以更直觀地幫助分析故障。

3.2 大氣數(shù)據(jù)計(jì)算推導(dǎo)

要建立參考標(biāo)準(zhǔn)，必須先明確ADM傳輸至ADIRU的數(shù)據(jù)與壓力值之間的關(guān)系。ADIRU將ADM傳輸?shù)亩M(jìn)制壓力值轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制DATABIT值，最終解碼成標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的壓力值。壓力值和DATABIT值的轉(zhuǎn)換關(guān)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(jī)的大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)有兩種采樣精度，分別對(duì)壓力字符串的十八位和十六位數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，對(duì)應(yīng)的采樣精度值為1/128和1/32。

我國(guó)機(jī)場(chǎng)的場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)大氣壓力難以一致，導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)的真實(shí)高度和指示高度之間有偏差。空客在性能手冊(cè)中給出，在標(biāo)準(zhǔn)大氣溫度情況下，壓力每變化1hPa，對(duì)應(yīng)的高度變化近似于28ft?？梢酝ㄟ^(guò)修正海平面氣壓QNH從而計(jì)算出飛機(jī)真實(shí)高度和指示高度之間的高度差H△。當(dāng)飛機(jī)停在地面時(shí)，已知此地機(jī)場(chǎng)標(biāo)高，再通過(guò)機(jī)載空中交通信息管理系統(tǒng)ATIMS獲取當(dāng)前時(shí)刻該機(jī)場(chǎng)的修正海平面氣壓QNH，就可以計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的高度H。

通過(guò)式（7）可以確認(rèn)所在機(jī)場(chǎng)的飛機(jī)ADM接收靜壓數(shù)據(jù)的理論DATABIT值。

以成都天府機(jī)場(chǎng)為例，天府機(jī)場(chǎng)的標(biāo)高為1453ft，通過(guò)機(jī)載ATIMS獲取當(dāng)前修正海平面壓力QNH為1010hPa。通過(guò)式（5）計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)大氣壓高度為1542ft，按照采樣精度k=1/128計(jì)算，換算成DATABIT值為122631。該DATABIT值為ADM在零誤差情況下理論上測(cè)量的壓力值。ADM測(cè)量的真實(shí)壓力值越接近該數(shù)值，表示ADM的性能越好。由于ATMIS獲取的QNH值省去了小數(shù)位，因此和實(shí)際大氣的QNH值也存在一定誤差，根據(jù)計(jì)算允許的誤差范圍，約為DATABIT±60。

4 大氣數(shù)據(jù)故障的排故建議

4.1 確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)的DATABIT值

根據(jù)以上公式，可確認(rèn)飛機(jī)所在機(jī)場(chǎng)當(dāng)前狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)DATABIT值以及所允許的誤差范圍。在排故中，可以將標(biāo)準(zhǔn)DATABIT值與當(dāng)前飛機(jī)實(shí)際DATABIT值進(jìn)行比較，以確認(rèn)ADM傳輸數(shù)據(jù)是否出現(xiàn)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(jī)處于地面靜止?fàn)顟B(tài)，總壓和靜壓基本一致，計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)DATABIT值對(duì)總壓和靜壓的ADM均能作為參考依據(jù)。這種判斷方式可以幫助維修人員在不使用動(dòng)靜壓設(shè)備的情況下，直觀判斷具體哪一ADM出現(xiàn)正向或反向衰減，為排故節(jié)省大量時(shí)間。

4.2 檢查連接管路狀況

若更換ADM后測(cè)量的DATABIT值與標(biāo)準(zhǔn)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(guò)動(dòng)靜壓設(shè)備進(jìn)行滲漏測(cè)試。模擬飛機(jī)處于飛行狀態(tài)，測(cè)量飛機(jī)的滲漏率是否符合手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)，排查漏點(diǎn)。若管路出現(xiàn)堵塞，需要對(duì)相應(yīng)管路進(jìn)行沖洗。

4.3 調(diào)整動(dòng)壓和靜壓值

若同時(shí)更換多個(gè)ADM，需要考慮ADIRU系統(tǒng)內(nèi)和各系統(tǒng)之間的動(dòng)靜壓能否相互匹配，否則可能導(dǎo)致其他系統(tǒng)出現(xiàn)殘余空速或高度差。按照空客手冊(cè)要求，地面狀況下各系統(tǒng)之間的高度差值不應(yīng)超過(guò)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(yīng)超過(guò)90。DATABIT值會(huì)隨著機(jī)場(chǎng)標(biāo)高和修正海平面壓力的變化而小范圍波動(dòng)。假設(shè)修正海平面壓力為1010hPa，允許偏差△DATABIT=f（H）-f（H+20），函數(shù)曲線如圖2所示，可以看出靜壓△DATABIT值的允許偏差會(huì)隨著飛機(jī)所處機(jī)場(chǎng)位置海拔高度的升高而下降。

4.4 定期進(jìn)行精度檢查

ADM內(nèi)部有一個(gè)真空膜盒，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)使真空膜盒內(nèi)的特定部件出現(xiàn)惡化，導(dǎo)致壓力測(cè)量出現(xiàn)偏差。空客建議每48個(gè)月進(jìn)行一次ADM精度檢查，將精度偏低的ADM返廠進(jìn)行重新校準(zhǔn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)分析大氣數(shù)據(jù)的采集和計(jì)算方式，推導(dǎo)出飛機(jī)測(cè)量動(dòng)壓和靜壓DATABIT值的計(jì)算方程。建立理論參考標(biāo)準(zhǔn)值和偏差范圍，幫助維修人員快速發(fā)現(xiàn)缺陷部件。飛機(jī)動(dòng)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。