航空系统(精选12篇)
航空系统 篇1
1 航空电子系统的发展阶段
航空电子系统经历了漫长的变革道路, 但是每次的变革都和让飞机的性能有质的飞越, 更进一步推动了航空事业的发展, 过去的航空电子是由航空仪表、无线电、雷达、燃油系统、引擎控制和无线电导航分开独立的进行工作, 所以也称不上航空电子, 只能称之为机械系统, 真正的航空电子在20世纪70年代产生的, 随着科学技术的发展, 航空电子事业也快速发展, 但是推动航空电子技术发展的主要动力还是在美国与苏联的冷战时期, 那时航空电子主要用于军事上, 飞机的设计预算主要都用在了航空电子上。后来随着民航飞机的广泛使用, 航空电子又得到了发展的空间, 飞行控制系统对于航空中的自然条件不得不大力的增加成本开发预算, 随着飞机成为人们的主要交通工具之一, 飞机的安全和飞行技术的精准化被人们所重视。
航空电子设备经历了漫长的发展道路, 有几次大的变革, 每一次变革都使飞机的性能得到很大的提高, 并且大力的推动航空电子技术的快速发展。最早的航空电子系统是由许多的独立系统组成的, 每一个独立系统都要有驾驶员进行操作, 并且不断的从各个子系统中接收外界的信息, 还要进行分析对战斗做出反应, 大大的耗费了驾驶员的精力, 这种航空电子系统叫做分立式结构。航空电子混合式结构系统是向综合化过渡的重要一步, 使得部分独立系统进行整合, 并且各分系统通过数据传输整合连接。联合式结构是通过1553总线将大多数的航空电子系统进行连接起来, 对各系统进行统一的调度和管理, 并且是传感器和分系统之间的能力不断的增加, 这一结构是如今大多数飞机使用的。未来的航空电子系统进一步实施综合化处理, 以实现各个系统处理功能的综合和传感器功能及信号处理功能的综合化, 并逐渐对飞行控制、发动机控制、通用设备控制等进行飞机管理系统的控制。
2 航空电子系统的使用特点
这些年以来航空电子系统经历了分立式、混合式、联合式、高度综合化的发展, 综合化的航空电子系统不仅实现了飞机上的信息进行综合, 而且还可以对外界的信息进行综合处理, 来满足现代化发展和意外情况的发生。功能区分是整个系统中功能特性相近、任务关联密切的部分, 在一个功能区内的资源资料可以共享, 可以对数据进行重构和容错, 美国人提出的宝石柱计划就是第四代战机上普遍应用的系统结构, 它的结构系统分为任务管理区、传感器管理区、飞机管理区, 任务管理区的功能是任务计算与管理、座舱管理、两个功能区域进行连接。传感器管理的功能是传感器数据分配、传感器信号处理、处理后的信号分发、传感器的控制。飞机管理区是推力矢量控制、通用设备控制、动机机控制、飞行控制等功能进行综合, 为了支援与控制飞机进行飞行的。
如今的航空电子系统的综合化进一步加深, 而且发展方向和范围都很广, 新的航空电子系统在传感信号处理及传感天线孔位上实现综合化, 在信号处理群集器中使用通用信号处理模块。飞机管理系统使多功能进行综合, 并对整个系统进行管理, 综合化就是对系统中的每个功能都进行管理。对于航空电子系统的模块、智能化的机内自检、二级维修体制的组合形成了全新的维修理念, 大大的降低了维修的成本, 减少了维修人员的劳动量。模块实现了硬件资源共享和硬件余度, 模块出现故障以后可以动态重构, 系统还可以正常的使用运行, 这种方法与过去的相比先进了很多, 具有灵活性大大的推迟了维修的时间, 如果飞机在飞行过程中航空电子系统出现故障, 就会为飞机的失控率大大的降低, 而且具有资源共享功能, 大大的提高了资源的利用率。如今的航空电子系统还具有智能化的特点, 过去的航空电子系统只会把这种子系统的数据传输给驾驶员或是变换成图形的模式, 但是还是要由驾驶员进行分析判定, 然后给予正确的指令, 而如今第四代航空电子系统可以实施收集数据、推理、判断和决策, 还可以给驾驶员信号来对驾驶过程中的问题进行提醒, 神经网络应用到飞机上可以让航空电子系统具有学习和适应能力, 这对驾驶员是很大的帮助。
3 航空电子系统设计中的约束力
飞机的电子系统是存在一定的约束力的, 飞机在设计制造过程中要遇到耗时、制造昂贵等问题, 从航空电子系统发展初期, 如何让电子系统相互连接起来就是科研人员的一大难题, 如今系统集成已经成为飞行控制数据的繁杂问题。同时飞机的环境不同, 系统的用途也是不同的, 比如说雷雨天气, 雾霾天气等, 飞机的电子系统就会发出不同的信号加以提示和应对, 还有飞机的振动是非常严重的问题, 对飞机本身的性能有很大的影响, 虽然对飞机的振动问题有一定的标准, 但是设计人员在经济和利益方面考虑往往会忽略这一问题, 飞机上的系统的安全性能得不到保障, 在飞机设计中, 安全性设计一般表述为可靠性及耐用性, 极大的影响着飞机的设计方法和使用性能。
4 航空电子系统的应用范围
航空电子系统是一个庞大的科学网络系统, 它的内部有很多的分系统, 电子系统作为航空电子系统的重要组成部分, 在每一个飞机上都在显著的位置, 所有的控制飞机飞行的系统都能由驾驶员来控制。通信系统也是在航空电子系统中很早就有的, 飞机与地面的通信是很重要的, 机载通信是由公共地址和飞机交互通信提供的。导航系统是为飞机的飞行提供安全的路线, 是通过传感器来告知飞行员飞行路线内的安全问题。显示系统是帮助飞机中各数据传输给飞行员时更简单直观, 显示系统还负责检查关键的传感器数据。飞行控制系统是自动控制飞机的飞行, 大大的减少了飞行员的工作时间和工作负荷, 减少了飞行员疲劳驾驶带来的失误。防撞系统可以检测到附近的飞机和不明物体, 并传输给系统防止空中相撞的指令, 为了防止与地面相撞, 还有近地警告系统。气象雷达系统对暴雨或闪电有勘察能力, 如果遇到暴雨或闪电引起的对流和湍流, 气象雷达系统会提示飞行员绕开这一区域。战术任务系统主要是针对军用飞机, 对与发射武器能够像武器的眼睛一样精确打击目标。还有声纳、光电系统电子预警系统、机载网络系统等都是飞机上必不可少的电子系统, 对于飞机的正常行驶安全有很大的作用。
结束语
航空电子系统是飞机的眼睛和耳朵, 是航空智能化信息化发展的方向, 只有不断的更新升级航空电子系统, 才能让我国的飞机具有更加稳定的飞行, 这对我国的人们生命财产安全有很大的意义, 也对我国的领土保护有重要的意义。我国应大力发展航空电子系统技术, 争取早日研制出具有中国特色的航空电子系统。
摘要:随着科技的发展, 航空电子也得到了快速的发展, 在航空电子领域中软件规模化、综合化、模块化成为机载软件操作系统的新要求。通过对管理系统内的内存、CPU、通信等, 使机载操作系统实现综合化管理模式。
关键词:航空,电子,系统,使用,特点
参考文献
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[2]蔡仁照.信息化战争论[M].北京:国防大学出版社, 2007.
[3]李云生.军事通信学[M].北京:解放军出版社, 1996.
航空系统 篇2
//构造函数
{
super(“航空订票”);this.setSize(600,400);this.setLocation(300,240);this.setResizable(false);this.setVisible(true);this.setLayout(new BorderLayout());JPanel panel=new JPanel(new GridLayout(11,1));this.add(panel,BorderLayout.WEST);this.setBackground(Color.blue);
button_ask=new JButton(“查询”);panel.add(button_ask);button_ask.addActionListener(this);
button_book=new JButton(“订票”);panel.add(button_book);button_book.addActionListener(this);
button_cancel=new JButton(“退票”);panel.add(button_cancel);button_cancel.addActionListener(this);
text_user=new JTextArea();this.add(text_user,BorderLayout.CENTER);
frame_cx=new JFrame(“输入”);
//查询输入框
frame_cx.setSize(280,120);frame_cx.setResizable(false);frame_cx.setBackground(Color.LIGHT_GRAY);frame_cx.setLayout(new FlowLayout());frame_cx.add(new JLabel(“终点站:”));text_field1=new JTextField(20);frame_cx.add(text_field1);button_ok1=new JButton(“ok”);frame_cx.add(button_ok1);button_ok1.addActionListener(this);frame_cx.addWindowListener(this);
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//订票输入框
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button_ok2.addActionListener(this);frame_dp.addWindowListener(this);
frame_tp=new JFrame(“输入”);
//退票输入框
frame_tp.setSize(350,150);frame_tp.setResizable(false);frame_tp.setBackground(Color.LIGHT_GRAY);frame_tp.setLayout(new FlowLayout());frame_tp.add(new JLabel(“ 日期 :”));text_field4=new JTextField(20);frame_tp.add(text_field4);frame_tp.add(new JLabel(“ 航班号:”));text_field5=new JTextField(20);frame_tp.add(text_field5);button_ok3=new JButton(“正确”);frame_tp.add(button_ok3);button_ok3.addActionListener(this);frame_tp.addWindowListener(this);
dialog_cx=new JDialog(this,“提示”,true);
//提示查询输入航线未开通错误
dialog_cx.setSize(240,80);label=new JLabel(“此站点未开通航线,请重新输入!”);dialog_cx.add(label);dialog_cx.setLayout(new FlowLayout(FlowLayout.CENTER));
dialog_cx.addWindowListener(this);
frame_dpsx=new JFrame(“订票手续”);
//订票手续
frame_dpsx.setSize(250,200);frame_dpsx.setResizable(false);frame_dpsx.setBackground(Color.LIGHT_GRAY);frame_dpsx.setLayout(new FlowLayout(FlowLayout.CENTER));frame_dpsx.add(new JLabel(“ 姓名 :”));text_fielddp_name=new JTextField(10);frame_dpsx.add(text_fielddp_name);frame_dpsx.add(new JLabel(“ 航班号 :”));text_fielddp_hbh=new JTextField(10);frame_dpsx.add(text_fielddp_hbh);frame_dpsx.add(new JLabel(“ 订票数 :”));text_fielddp_number=new JTextField(10);frame_dpsx.add(text_fielddp_number);frame_dpsx.add(new JLabel(“联系方式 :”));text_fielddp_lxfs=new JTextField(10);frame_dpsx.add(text_fielddp_lxfs);button_tj=new JButton(“提交”);frame_dpsx.add(button_tj);button_tj.addActionListener(this);
frame_djsx=new JFrame(“登记手续”);
//登记手续
frame_djsx.setSize(250,200);frame_djsx.setResizable(false);
frame_djsx.setBackground(Color.LIGHT_GRAY);frame_djsx.setLayout(new FlowLayout(FlowLayout.CENTER));frame_djsx.add(new JLabel(“ 姓名 :”));text_fielddj_name=new JTextField(10);frame_djsx.add(text_fielddj_name);frame_djsx.add(new JLabel(“ 航班号 :”));text_fielddj_hbh=new JTextField(10);frame_djsx.add(text_fielddj_hbh);frame_djsx.add(new JLabel(“ 订票数 :”));text_fielddj_number=new JTextField(10);frame_djsx.add(text_fielddj_number);frame_djsx.add(new JLabel(“联系方式 :”));text_fielddj_lxfs=new JTextField(10);frame_djsx.add(text_fielddj_lxfs);button_wc=new JButton(“完成”);frame_djsx.add(button_wc);button_wc.addActionListener(this);
frame_tpsx=new JFrame(“退票手续”);
//退票手续
frame_tpsx.setSize(250,200);frame_tpsx.setResizable(false);frame_tpsx.setBackground(Color.LIGHT_GRAY);frame_tpsx.setLayout(new FlowLayout(FlowLayout.CENTER));frame_tpsx.add(new JLabel(“ 姓名 :”));text_fieldtp_name=new JTextField(10);frame_tpsx.add(text_fieldtp_name);frame_tpsx.add(new JLabel(“ 航班号 :”));
text_fieldtp_hbh=new JTextField(10);frame_tpsx.add(text_fieldtp_hbh);frame_tpsx.add(new JLabel(“ 退票数 :”));text_fieldtp_number=new JTextField(10);frame_tpsx.add(text_fieldtp_number);frame_tpsx.add(new JLabel(“联系方式 :”));text_fieldtp_lxfs=new JTextField(10);frame_tpsx.add(text_fieldtp_lxfs);button_cg=new JButton(“成功”);frame_tpsx.add(button_cg);button_cg.addActionListener(this);
dialog_dpwk=new JDialog(this,“提示”,true);
//提示订票输入未开通航线错误
dialog_dpwk.setSize(350,80);label=new JLabel(“此站点未开通航线,请查询后重新输入!”);dialog_dpwk.add(label);dialog_dpwk.setLayout(new FlowLayout(FlowLayout.CENTER));dialog_dpwk.addWindowListener(this);
dialog_dpyk=new JDialog(this,“提示”,true);
//提示订票输入票额不足错误
dialog_dpyk.setSize(350,150);label1=new JLabel(“此站点已满员或余票不足,请查询后重新输入!”);dialog_dpyk.add(label1);
错误
} label2=new JLabel(“ 若需要,可登记排队候补”);dialog_dpyk.add(label2);button_sq=new JButton(“登记”);button_sq.addActionListener(this);dialog_dpyk.add(button_sq);dialog_dpyk.setLayout(new FlowLayout(FlowLayout.CENTER));dialog_dpyk.addWindowListener(this);
dialog_tpts=new JDialog(this,“提示”,true);
//提示退票输入日期和航班号矛盾dialog_tpts.setSize(350,80);label=new JLabel(“您输入的日期无此航班号,请查询后重新输入!”);dialog_tpts.add(label);dialog_tpts.setLayout(new FlowLayout(FlowLayout.CENTER));dialog_tpts.addWindowListener(this);
d=new JDialog(this,“提示”,true);
//当退票满足客户,提示联系该客户
d.setSize(350,150);d.setLayout(new FlowLayout(FlowLayout.CENTER));d.addWindowListener(this);
this.addWindowListener(this);this.setVisible(true);4.1.2 软件的查询、订票和退票模块
查询截图:
查询成功截图:
订票截图:
退票截图:
public void actionPerformed(ActionEvent e){ String s=e.getActionCommand();if(s==“查询”){ frame_cx.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);frame_cx.setVisible(true);}
if(s==“订票”){ frame_dp.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);frame_dp.setVisible(true);}
if(s==“退票”){ frame_tp.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);frame_tp.setVisible(true);}
if(s==“ok”){ if(text_field1.getText().toString().trim().equals(“北京”)){ text_user.append(“地点:”+F_name[0]+“ 航班号:”+H_number[0]+“ 飞机号:”+F_number[0]+“ 时间:”+time[0]+“ ”+Price[0]+“ 余票量:”+Count[0]+“n”);
价格:
} else if(text_field1.getText().toString().trim().equals(“香港”)){ text_user.append(“地点:”+F_name[1]+“ 航班号:”+H_number[1]+“ 飞机号:”+F_number[1]+“ 时间:”+time[1]+“ 价格:”+Price[1]+“ 余票量:”+Count[1]+“n”);} else if(text_field1.getText().toString().trim().equals(“澳门”)){ text_user.append(“地点:”+F_name[2]+“ 航班号:”+H_number[2]+“ 飞机号:”+F_number[2]+“ 时间:”+time[2]+“ ”+Price[2]+“ 余票量:”+Count[2]+“n”);} else if(text_field1.getText().toString().trim().equals(“纽约”)){ text_user.append(“地点:”+F_name[3]+“ 航班号:”+H_number[3]+“ 飞机号:”+F_number[3]+“ 时间:”+time[3]+“ ”+Price[3]+“ 余票量:”+Count[3]+“n”);} else if(text_field1.getText().toString().trim().equals(“悉尼”)){ text_user.append(“地点:”+F_name[4]+“ 航班号:”+H_number[4]+“ 飞机号:”+F_number[4]+“ 时间:”+time[4]+“ ”+Price[4]+“ 余票量:”+Count[4]+“n”);} else {
dialog_cx.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);
dialog_cx.setVisible(true);}
价格:价格:价格: } frame_cx.setVisible(false);if(s==“确定”){
String Hnumber=text_field2.getText().toString().trim();int Dcount=Integer.parseInt(text_field3.getText().toString().trim());if(Hnumber.equals(“CAC”)||Hnumber.equals(“cac”)){
if(Dcount<=Count[0]){ Count[0]-=Dcount;
frame_dpsx.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);frame_dpsx.setVisible(true);
} else { dialog_dpyk.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);dialog_dpyk.setVisible(true);
} else if(Hnumber.equals(“CFC”)||Hnumber.equals(“cfc”)&&Dcount<=Count[1]){
if(Dcount<=Count[1]){ Count[0]-=Dcount;}
frame_dpsx.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);frame_dpsx.setVisible(true);
} else { dialog_dpyk.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);dialog_dpyk.setVisible(true);} } else if(Hnumber.equals(“CDA”)||Hnumber.equals(“cda”)&&Dcount<=Count[2])
{
if(Dcount<=Count[2]){ Count[0]-=Dcount;
frame_dpsx.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);frame_dpsx.setVisible(true);
} else { dialog_dpyk.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);dialog_dpyk.setVisible(true);} } else if(Hnumber.equals(“CCX”)||Hnumber.equals(“ccx”)&&Dcount<=Count[3])
{
if(Dcount<=Count[3]){ Count[0]-=Dcount;
frame_dpsx.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);frame_dpsx.setVisible(true);
} else { dialog_dpyk.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);dialog_dpyk.setVisible(true);} } else if(Hnumber.equals(“MCM”)||Hnumber.equals(“mcm”)&&Dcount<=Count[4])
{
if(Dcount<=Count[4]){ Count[0]-=Dcount;
frame_dpsx.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);frame_dpsx.setVisible(true);
} else { dialog_dpyk.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);dialog_dpyk.setVisible(true);
}
if(e.getActionCommand()==“提交”){ frame_dpsx.setVisible(false);else {
} frame_dp.setVisible(false);dialog_dpwk.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);dialog_dpwk.setVisible(true);} } }
if(e.getActionCommand()==“登记”){ dialog_dpyk.setVisible(false);frame_djsx.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);frame_djsx.setVisible(true);}
if(e.getActionCommand()==“完成”){ int Wait_number=Integer.parseInt(text_fielddj_number.getText().toString().trim());Wait_name[Wait_i]=text_fielddj_name.getText().toString().trim();Wait_hbh[Wait_i]=text_fielddj_hbh.getText().toString().trim();Wait_count[Wait_i]=Wait_number;Wait_xl[Wait_i]=Wait_i;Wait_lxfs[Wait_i]=text_fielddj_lxfs.getText().toString().trim();frame_djsx.setVisible(false);text_user.append(“登记姓名 :”+Wait_name[Wait_i]+“ 登记航班号 :”+Wait_hbh[Wait_i]+“ 登记订票数量 :”+Wait_count[Wait_i]+“ 联系方式 ”+Wait_lxfs[Wait_i]+“n”);Wait_i++;}
if(e.getActionCommand()==“正确”){ String a=text_field4.getText().toString().trim();String b=text_field5.getText().toString().trim();if(a.equals(“周三
:”)&&b.equals(“cfc”)||b.equals(“CFC”)||b.equals(“ccx”)||b.equals(“CCX”)){
} else if(a.equals(“周日
”)&&b.equals(“cda”)||b.equals(“CDA”)||b.equals(“mcm”)||b.equals(“MCM”)){ frame_tpsx.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);frame_tpsx.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);frame_tpsx.setVisible(true);frame_tpsx.setVisible(true);} else if(a.equals(“周五”)&&b.equals(“cac”)||b.equals(“CAC”)){ frame_tpsx.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);frame_tpsx.setVisible(true);} else { dialog_tpts.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);dialog_tpts.setVisible(true);}
frame_tp.setVisible(false);
}
if(e.getActionCommand()==“成功”){
int i=0;int j=0;String c=text_fieldtp_hbh.getText().toString().trim();int Numb=Integer.parseInt(text_fieldtp_number.getText().toString().trim());frame_tpsx.setVisible(false);if(c.equals(“cac”)||c.equals(“CAC”)){
Count[0]+=Numb;
if(Wait_i>0){
for(i=0;i if(Wait_hbh[i].equals(“cac”)||Wait_hbh[i].equals(“CAC”)&&Wait_count[i]<=Count[0]) { j=i+1; label=new JLabel(j+“号客户: ”+Wait_name[i]+“ 满足订票要求,联系方式是:”+Wait_lxfs[i]);d.add(label);d.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);d.setVisible(true);} } } } else if(c.equals(“cfc”)||c.equals(“CFC”)){ Count[1]+=Numb;if(Wait_i>0){ for(i=0;i if(Wait_hbh[i].equals(“cfc”)||Wait_hbh[i].equals(“CFC”)&&Wait_count[i]<=Count[0]) { j=i+1; label=new JLabel(j+“号客户: ”+Wait_name[i]+“ 满足订票要求,联系方式是:”+Wait_lxfs[i]);d.add(label);d.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);d.setVisible(true);} } } } else if(c.equals(“cda”)||c.equals(“CDA”)){ Count[2]+=Numb;if(Wait_i>0){ for(i=0;i if(Wait_hbh[i].equals(“cda”)||Wait_hbh[i].equals(“CDA”)&&Wait_count[i]<=Count[0]) { j=i+1; label=new JLabel(j+“号客户: ”+Wait_name[i]+“ 满足订票要求,联系方式是:”+Wait_lxfs[i]);d.add(label);d.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);d.setVisible(true);} } } } else if(c.equals(“ccx”)||c.equals(“CCX”)){ Count[3]+=Numb;if(Wait_i>0){ for(i=0;i if(Wait_hbh[i].equals(“ccx”)||Wait_hbh[i].equals(“CCX”)&&Wait_count[i]<=Count[0]) { j=i+1; label=new JLabel(j+“号客户: ”+Wait_name[i]+“ 满足订票要求,联系方式是:”+Wait_lxfs[i]);d.add(label);d.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);d.setVisible(true);} } } } else if(c.equals(“mcm”)||c.equals(“MCM”)){ Count[4]+=Numb;if(Wait_i>0){ for(i=0;i if(Wait_hbh[i].equals(“mcm”)||Wait_hbh[i].equals(“MCM”)&&Wait_count[i]<=Count[0]) { j=i+1; label=new JLabel(j+“号客户: ”+Wait_name[i]+“ 满足订票要求,联系方式是:”+Wait_lxfs[i]);d.add(label);d.setLocation(this.getX()+100,this.getY()+100);d.setVisible(true);} } 一、发展和提升系统工程能力是保障型号成功、实现产业成功的内在要求 系统工程的起源没有特定的日期,系统工程的定义至今没有统一答案。引用“两弹一星”元勋钱学森对系统工程的阐述:如果把极其复杂的研制对象称为系统,系统工程则是组织管理这种系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法,是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法。 系统工程作为一门学科,有别于气动、结构、机械、电子等工程学科的地方在于:第一,系统工程不仅关注系统本身,也关注系统与其它系统和环境的相互作用;不仅关注系统本身的工程设计和实现,也关注那些制约设计和实现的外部因素;第二,系统工程不仅优化各专业工程专家提供的系统各特定特性部件,更要获得最好的系统行为能力;第三,系统工程在寻求系统解决方案的同时必须充分考虑时间、成本和进度,在实现与资源之间寻求正确或适当的平衡。 正是因为系统工程的特点和重要作用,使得航空产品制造企业自觉的将系统工程能力作为一项核心能力,不断加以提升和完善。事实上,系统工程方法论的发生和发展就是与航空航天的实践紧密结合在一起的。 二、发展和提升系统工程能力是满足适航标准、确保适航取证的内在要求 适航指航空器能在预期的环境中安全飞行(包括起飞和着陆)的固有品质,这种品质可以通过合适的维修而持续保持。航空工业发展的百年之中,为了保障公众安全和利益,航空适航管理形成了完善并强制执行的法规体系和管理机制,覆盖了民用航空产品设计、制造、维修和使用全过程,也覆盖了相关从业的个人和组织。 需要特别指出的是,美国等适航管理当局针对适航管理的特点和需求,对航空企业研发、生产能力提出极高的要求:第一,民用航空产品的需求来源至少包括两大部分,即适航的强制性要求和客户的非强制性要求,这两者是密不可分的,不是独立存在的。第二,适航管理当局在对民用航空企业能力认定目的还在于通过认定,使得到能力认定的企业可以获得更多的自主权和独立性,在仍能确保适航要求和责任得到充分落实的前提下,利用有限的适航管理资源获得最高的适航管理效率。 三、发展和提升系统工程能力是遵循产业规律、贯彻持续安全的内在要求 世界航空工业经过百年的发展和实践,形成了符合自身行业特点的发展规律,并且总结归纳了一整套完善和数量庞大的行业标准。而有关商用飞机及系统研发的行业标准则以美国汽车工程师协会(SAE)颁布的《民用飞机及系统研发指南》最为重要,这份文件提供了研发民用飞机和系统的过程。 系统工程的理论研究和工业实践走在最前列的是航空航天等军事、防务工程。作为国家军事政策制定部门以及航空防务产品的采购和使用部门,美国国防部非常重视有关系统工程的标准制定工作,围绕系统工程建立了完善的标准体系。例如美军标MIL-STD 499最早颁布于1969年,是世界上第一份完善的系统工程标准。1974年该标准升级到MIL-STD 499A。但美国军方综合考虑各方因素后选择了更具通用性和安全性的商用系统工程标准EIA-632和IEEE1220,并以此对军工产品承包商提出要求。 为规范我国的军用航空研制工程,有关主管部门1995年就明文规定航空产品的研制分为论证阶段、方案阶段、工程研制阶段、设计定型阶段、生产定型阶段,其中工程研制阶段细分为初样阶段和正样阶段。对于每个阶段工作需要按照国务院和中央军委2010年582号令《武器装备质量管理条例》的要求进行工作和责任划分。 我国军用标准在系统工程方面最顶层的文件是GJB8113-2013《武器装备研制系统工程通用要求》,这份标准发布于2013年7月10日,2013年10月1日正式实施。属于系统工程标准体系的文件还有许多。这些标准基本都沿用了美国的军用标准体系或者商用标准体系。 为发展和提升系统工程能力,尽快提升我国航空工业研发、生产的整体水平,拉近与欧美发达国家的差距,根据当前我国的能力现状和实际情况,急需解决以下几项突出问题。 一是需要迅速和普遍提高对系统工程的理解和认识,普及系统工程教育。 系统工程不解决复杂系统研发中的任何单个专业问题,但是解决复杂系统研发中的整体问题。尽管我国不缺乏系统工程的哲学思想,但是两大主因限制了系统工程理论和方法在我国军用和商用航空工业领域的推广、普及和应用。其一,我国航空工业的历史原因造成未能将研发和设计作为整个工业活动流程的龙头,其表现是偏重生产或仿制现有产品,轻视设计和研发,而系统工程的重要作用恰恰体现于研发和设计过程之中。其二,作为系统工程的一个重要方面是创新,要取得项目成功、产品具有竞争力并保持多年使用寿命条件,必然会在某些关键子系统或部件采用最新的先进技术,而规避和降低这些新技术造成的技术风险正是系统工程的主要职责之一。其三,当今世界的国际竞争是综合实力的竞争,根据维基百科2012年4月30日的最新数据,全球提供系统工程学历教育的高校和机构美国约75个、英国15个、法国12个、德国5个、加拿大8个、巴西3个,中国大陆1个、中国香港1个。这个数据从一个侧面反映系统工程教育的普及层度与其国家的工业化发达程度基本匹配。 我国已经将自主创新、建设创新型国家作为提高我国自主创新能力和增强国家核心竞争力的重大战略举措,《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020)》也已确定多项重大科技专项,为实现这些专项,迅速普及系统工程教育已显得尤为重要。 二是需要注重和加强对系统工程实践经验的积累。 对于军用、商用航空工业这种以科学为基础的技术领域,尽管技术能力的进步可以通过技术学习获得,但应当看到技术知识的重要组成部分仍然是缄默的,仍然必须通过研发的经验来掌握。事实证明,航空工业企业培养一名系统工程师约需25年左右的时间,系统工程师的数量和质量将对企业的生存和发展起到至关重要的作用,作为航空工业企业在培养企业人才的同时,更重要就是注重和加强对系统工程实践经验的总结和积累。 三是需要加快国内相关工业标准体系的建立,以规范和支持系统工程活动。 基于工业实践的充分总结、理解和认识,欧美发达国家非常重视工业标准、指导手册的建设和颁布。以系统工程相关的工业标准、行业标准、指导手册为例,美国国防部(DOD)颁布的《国防采办指南》、美国航空航天局(NASA)颁布的《系统工程手册》、国际系统工程委员会(INCOSE)颁布的《系统工程手册》、美国民用航空局(FAA)颁布的《国家空天计划-系统工程手册》、美国电子工业联盟(EIA)颁布的《系统设计过程》等等。同时,作为支撑系统工程管理体系的还包括构型管理、技术评审与审核、风险管理等等完善而庞大的标准体系。 当前我国军用、商用航空工业产品研发和适航审定的工程实践经验表明,由于缺乏必要的工业标准和指导手册进行规范和支撑,给许多项目研发和取证工作造成很大阻碍,因此需要加快国内相关工业标准体系的建立,从而规范和支持军用商用航空工业产品研发活动。 四是需要加强系统工程相关学科的建设,加强相关理论与方法的研究。 与欧美发达国家相比我国在系统工程学科领域的研究基础非常薄弱,因此需要加强系统工程相关学科的建设,加强相关理论与方法的研究。 在开展研究的过程中,不能照搬国外的研究成果,因为国外有些学科不能直接应用于解决我国的实际问题,如需求工程(Requirement Engineering)。需求工程研究的出发点主要针对西方用户,适用语言主要为英语。那么随着我国工业化发展的需要,如何基于我国用户的使用要求、汉语语言的特点等进行需求分析,是一项极具挑战的研究课题。再则越来越复杂的产品需求和越来越激烈的产品竞争,已经使现有的系统工程模式面临重大挑战,传统的系统工程理念已经越来越不能适应如今多维度、高动态、高风险、高复杂性的大型综合化项目。国外已经针对这些问题展开积极的探索,我们在研究和实践中既不能冒进,也不能忽视变革的存在性。 中国在发展军用、商用航空工业产业面临巨大的困难和挑战,但只要树立正确的目标,坚持实事求是的精神,努力进取、开拓创新,强国梦终将实现。 本文针对技术进步、航空业从业人员展望以及行业需要人员缺口, 提出了对新世纪航空训练系统需要具备的几项关键技术。 一、多方参与全球航空训练系统搭建 首先, 伴随着全球一体化以及各国之间的政治经济文化交往日益密切, 新世纪航空训练系统的建立, 不能再由单独一家或一个机构独立完成, 而是需要多方加强合作, 共同搭建。一个有序而安全的全球航空产业系统的健康发展依赖于从业人员的素质、相关全球航空组织管理机构的战略协作, 以及参与到航空产业链中其他单位和机构的配合。如图1所示, 新世纪航空训练系统的搭建直接涉及到了图1中的六大板块。第一是数据验证板块。在该板块中, 需要各种科研机构和信息咨询公司密切配合, 实时统计分析出相关数据 (例如航线运输情况、从业人员医疗信息、天气状况等) 。在训练系统中提出数据验证板块目的是要统计行业发展情况, 为从业人员培训提供指导。第二就是商业模型板块。在该板块中, 需要将客户、经销商、供应商等等作为一个整体来分析。该板块将人员培训和航空产业运行结合, 从而将更多优秀的学生发展为培训对象吸纳到航空产业链中。第三是航空公司板块。航空公司在航空产业链中是最直接也是最核心的参与方, 大部分的培训人员最终都是航空公司的从业人员, 所以在搭建下一代航空训练系统的时候必须要让航空公司参与其中。第四是教育培训机构板块。教育培训机构是航空训练最主要也是最直接的提供者。在搭建训练系统时就要求训练供给人员也要不断根据航空业发展需求实时更新知识结构, 调整培训内容, 采用更有效更适合的培训方法。第五是标准制定板块。参与制定标准的不论是政府机构还是科研单位或教育机构, 都有责任制定更适合从业人员培训的训练标准。第六是政府机构和民间组织板块。政府机构, 如中国民航局和民间组织, 如国际民航组织等相关单位, 在组织、协调、贯彻实施人员培训上可以在更上层发挥重要作用。 二、立体化、实时、全方位的训练系统 现有的航空训练不论从训练模式还是训练科目都明显落后于行业需求和行业发展。因此, 在搭建新世纪航空训练系统时, 一个立体化、实时、全方位的训练系统更能适应于快速变化的时代发展。“立体化”在这里指的是应该不仅仅只局限于教学理论知识的考核, 更应该结合航空业的发展需求, 为参与培训的学员提供更多的、更灵活的培训方法, 以及为学员提供更多参与实践的机会;“实时”指的是训练系统应该根据获取的相关数据, 根据航空业要求及时地调整教学内容、教学计划、以及教学实施方法;而“全方位”更突出了新世纪航空训练系统能更广泛地被运用于航空业主要从业人员的、跨学科背景的培训。一个如图2所示的以提高能力为核心的自适应训练系统可以很好地符合这里所指的立体化、实时、全方位的训练系统的特性。这个自适应训练系统以开展评估、获取相关数据、分析数据、做结论、做教学计划、实时教学计划为一个完整流程, 并在教学计划实施后, 再次对参与培训的学员进行评估, 根据学员培训结果以及新的行业需求进行数据采样, 数据分析, 以此类推, 进入下一个循环。在不断地跟新航空训练系统, 以更好地满足航空业发展需求。 三、多学科交叉发展 原有的航空训练系统, 因为主要涉及飞行员, 所以培训项目和培训设施无法满足航空业其他从业人员的交叉培训。而且由于主要是针对飞行员, 现有训练系统设计时, 就没有考虑到根据飞行员和航空业其他从业人员的知识结构交叠板块在设计时如何既能满足飞行员的训练要求, 又能强化飞行员与航空业其他从业人员的沟通。在现实中就体现为航空产业内部不同分支的从业人员相互沟通时就会出现障碍, 关键时刻有可能出现理解错误, 导致航空事故的发生。因此, 在搭建新世纪航空训练系统时, 应尽量将航空业其他从业人员的需求纳入到训练系统的开发设计中。 现在的全球航空产业链涉及的从业人员多达几十个分支, 其知识背景结构也不断细化。但这些人员服务于同一个产业, 在知识技能培训中有很多共通之处。如图3所示, 以航空业知识技能型为主的三大从业人员 (飞行员、维修专家、空管) 的知识结构来看, 可以看出三大从业人员的知识结构中有很多重叠的板块。从图中可以看出, 飞机系统、领航、气象是三大从业人员都需掌握的知识, 通信与仪表是属于飞行员和维修专家需共同掌握的知识, 飞行原理与性能计划、空中交通管理是飞行员和空管需共同掌握的知识。因此, 在搭建新世纪航空训练系统时, 除了考虑三大从业人员各自知识结构特性以外, 还需考虑交叉知识结构在系统中的重要性, 让新的训练系统在多学科交叉发展的情况下, 更尽可能满足航空业从业人员的复合式训练。 四、具备大数据采集、分析、运用和共享能力 21世纪显而易见已经进入了大数据时代。大数据, 又称海量数据、大量数据、大资料等, 指所涉及的数据规模巨大到无法通过人工, 在合理时间内达到截取、管理、处理、并整理成人类所能解读的形式的信息。自大数据概念在20世纪末被提出以后, 大数据的相关研究和应用渗透到了天文学、大气学、交通运输、通信记录明细、军事侦查、通勤时间预测、医疗记录、照片图像和视频封存等。在我国, 在政府的大力支持下, 大数据的相关研究和应用也在迅猛发展。在航空业中, 大数据的分析、采集与应用的重要性也日益凸显。 (一) 大数据可指明航空业发展方向 将大数据的采集分析功能融入到下一代航空训练系统中, 可以实时对各国各地区的培训需求做出评估。在空客的2015年~2034年的大数据分析的20年展望中可以看到, 这20年内预计发展中国家的每公里乘客营收将以每年5.8%的增长率增长, 而发达国家也将以每年3.8%的增长率增长。也就意味着全球航空培训明显需要向发展中国家倾斜。 在HIS经济观察中, 图5中使用大数据分析比较2014年全球实际人均旅行数与2034年预计人均旅行数, 可以看到在2014年, 发展中国家25%的人口该年平均出行一次, 而到2034年, 该数字将增长74%。 同样在空客的10年展望中, 如图所示, 预计亚太地区将领跑年客运周转量, 而中国大陆将成为最大的客流运输地。 也就是说, 在未来20年, 在亚洲, 尤其在中国, 航空业将有巨大的发展。换句话说, 根据大数据的统计结果, 在搭建新世纪航空训练系统的时候, 在培训区域上, 要对亚洲, 尤其是对中国有所倾斜, 以满足未来20年中国巨大的航空市场缺口。 (二) 大数据可暴露航空业从业人员状态 在搭建新世纪航空训练系统时, 大数据除了可以为航空业的发展前景做出预估, 已搭建更有效、更有针对性的区域培训网, 大数据的统计分析还可以暴露航空业从业人员的状态。根据波音的大数据分析显示, 在全球经济增长的同时, 未来20年将有数以万计的新商用机交付航空公司。也就是说, 飞行员以及维护人员将会存在巨大的行业缺口。波音2015年度飞行员以及技术人员展望中预测, 从现在到2034年, 航空工业将需要一百万新的从业人员, 包括了558000民航飞行员以及609000维护技术人员。所以, 在搭建新世纪航空训练系统时, 更不能仅仅考虑飞行员的培训, 而是要尽量将航空业其他从业人员的培训也综合考虑在内, 使该系统的搭建能尽量地辐射到航空业的各个方面, 尽可能使该行业从业人员受惠于新世纪航空训练系统。 (三) 大数据可观测航线动态以及航班动态 同样, 对航班的动态观测, 历史数据分析等可以使新世纪航空训练系统不断更新和调整训练内容, 是不同区域的训练更有针对性。例如AMADEUS公司大数据分析揭示了全球航班量发展趋势。在图8中可清晰看到, 全球发展中经济体如中国、印度、俄罗斯、巴西等, 领导了区域航班增长。而亚太和中东之间的航班量在过去两年激增了13.4%。并且中东与欧洲之间的航班量成为区域间航班量的热点。这样的话, 针对亚太和中东、中东与欧洲之间的航班的培训内容就要稍作调整。 由此可见, 将大数据的采集、分析、整理、运用技术融合到新世纪航空训练系统搭建中是至关重要的。这些技术的应用, 能让新世纪航空训练系统更符合现今航空业的需要, 也能让该系统更能跟上行业发展变化。 五、融合采纳各种新技术 进入新千年, 科学技术的发日新月异, 已远远超越了20世纪。传统的硬件设施很难再提供实时、便捷、高效的训练。而新技术的诞生在为新世纪航空训练系统提供一个更为广阔的前景。 (一) 新生代智能手持终端设备 在图9除了中传统的基于各种台式、笔记本、固定模拟机或全动模拟机的训练以外, 还有各种智能手持终端设备正在为航空业的从业人员带来更加便捷高效的训练模式。如现在加拿大航空公司已经在为部分航线的飞行员、乘务等配备了IPAD。这些工作人员在飞行时可以利用IPAD迅速查找相关资料, 航空公司也可以将通告、命令等直传到IPAD中及时告知工作人员。国内很多航空公司也制作了可供本公司工作人员使用的电子飞行数据包, 工作人员可以利用该数据包学习相关知识, 也可以登陆进系统进行各种测试。这些智能手持终端设备的在新世纪航空训练系统中的使用将极大地方便工作人员的培训。 (二) 基础学科进步 基础学科的进步为新世纪航空训练系统搭建提供最基本的保障。例如和大数据相关的各种统计、信息分析处理的算法的提出, 可以使训练系统能够具有更强大的数据处理功能。连同卫星技术的进步, 就更能满足训练系统实时化、自适应的要求。复合材料发展使得航空业可使用更轻质、更结实的材料。电子技术的进步大大改善了飞行员以及工程师对于飞机的操控。这样, 不论是传统的实体训练机, 还是更新颖的3D视频模拟机, 或是虚拟触摸式教学系统, 都有了更多的实现途径。 由此可见, 新技术的采纳是实现新世纪航空训练系统中最基础、最底层的重要环节。 结论 综上所述, 由于新千年航空产业的巨大变化, 其辐射的产业范围和涉及的从业人员都远远超越了20世纪的航空产业。由此可知, 原有的航空训练系统, 无论是从教学内容到实践环节, 从培训人员到参与学员都远远落后于现今航空产业的要求。面对巨大的航空市场和从业人员缺口, 本文提出了新世纪航空训练系统应具有的六大特征。第一系统搭建是需要多方参与, 不仅仅是航空公司或培训机构, 包括政府机构、民间组织、信息咨询公司等都应参与到系统搭建工作中。第二是为了应对航空业的高速发展, 在系统搭建时, 应注意系统的立体、实时、全方位的特性。第三是针对航空业从业人员知识结构的交叠, 新世纪航空训练系统搭建时, 要注意个学科交叉知识的实现, 使更多从业人员受益。第四是针对数字时代信息量的快速增长, 为了使系统更有效更具针对性, 该系统应具备大数据收集、整理、统计、分析能力。第五是, 在新世纪航空训练系统的实现方面, 一定要注意融合采纳各种新技术, 使训练变得更高效便捷。 参考文献 [1]Wong L, Meyer G, Timson E, et al.Objective and Subjective Evaluations of Flight Simulator Fidelity[J].Seeing and Perceiving, 2012 (25) :91-91. [2]John Leathy.Global Market Forecast 2015-2034[M].Airbus.[2014]. [3]Long Term Market Group.2015 Pilots and Technician Outlook[M].Boeing Commercial Airlines., 2015. 主要论述了系统仿真技术在航空制造领域中的应用.通过利用系统仿真软件模拟飞机引擎涡轮叶片制造工厂的现有及未来的生产过程.并比较两个系统的.生产绩效,如年产量及生产过程库存水平、机器使用率、劳动力利用率,来评价这一未来的生产系统. 作 者:牛少芬 曲文卿 Benny Tjahjono Niu Shaofan Qu Wenqing Benny Tjahjono 作者单位:牛少芬,曲文卿,Niu Shaofan,Qu Wenqing(北京航空航天大学) Benny Tjahjono,Benny Tjahjono(英国克兰菲尔德大学) 关键词:多路视频摄录及回放系统 中图分类号:TN946 文献标识码:A文章编号:1007-9599(2011)07-0000-01 Multi-channel Video Recording and Playback System Applied Research in Aviation Liu JunWang Hongyuan (1.Shenyang Ligong University,Shenyang110168,China;2.Xi’an SICONG Co.,Ltd.,Xi’an710043,China) Abstract:On the multiple video recording and playback system application in aviation was studied,analyzes its users demand and application levels,puts forward the preliminary design conception. Keywords:Multiple video recording and playback system 多路视频摄录及回放系统是指同时对多个视频及数据源进行记录。并在需要时能对指定记录数据进行同步回放分析的系统。它一般包括前端记录系统和事后回放系统两部分。前端记录系统由摄像头或视频转换板等前端输入设备、记录载体、主机软件组成,事后回放系统由载体接口、数据存储系统、回放软件及输出设备组成。 在新机前期飞行的过程中,尽可能对飞行员的操作及飞行中的问题和经验进行总结是飞行人员及指挥人员的工作重点。在飞行员新飞机型的学习阶段,需要学习该型机的以往飞行记录;指挥人员要根据该机型的某些特点制定相应的针对性飞行训练任务;飞行出现故障要进行分析和故障判定。这些均需要回放系统进行配合。 一、应用分析 多路视频摄录及回放系统在航空上的应用范围包括飞行员培训、飞行员技能判定、操作失误或事故过程重现。 在飞行操作讲解时配合上新机试飞或老飞行员的经典飞行的记录数据回放可使新学员更易理解;通过对学员自己的飞行记录数据可以更好的发现操作中的失误和不良操作习惯,不断积累经验,规范操作流程;通过对飞行事故记录的分析讲解可以增加学员应对突发事故的能力以及对当前机型的掌握。除了大量的飞行外,详细的操作规范和相当丰富的模拟训练也是美军批量和快速培训飞行员的基础,这些都可以通过多路视频摄录及回放系统不断总结和扩展。 飞行员技能判定是飞行员不断改进操作流程,提高飞行技能的必要手段。多路视频摄录及回放系统可以通过外场回放、远端视频会议、相关视频查询等更详细的进行飞行员技能判定。 多路视频摄录及回放系统对操作失误或事故过程重现,是定位事故原因、发现飞机缺陷、总结避险经验必不可少的。 二、系统需求分析 根据调查以及以前在多个场站进行维护的经验,可以认为摄录系列产品的用户需求层次有以下分类: 1.外场便携回放:飞行结束后直接将载体接入便携设备,在外场现场回放进行飞行评估。 2.地面站回放归档:飞行结束后由专门人员例行回放检查,加入飞行信息备注。将数据进行归档存储。 3.领导等非固定人员的回放浏览:这主要是在视察、参观及事故的专家评判会议时有需求,要求能接驳投影设备。 4.数据处理站:在2,3的基础上加上记录数据的备份存储阵列以及相关的数据查询系统。 5.综合训练中心:要求有投影回放浏览、多机分别浏览;能对记录的信息进行编辑点评;选定记录及相关信息保存;查询并回放已经保存的经验记录及相关信息。 根据不同层次的用户,多路视频摄录及回放系统的规模也有较大差别。满足以上5点的最大系统根据应用人员有以下应用接口: 1.管理维护人员 (1)登录管理:管理自己的登录用户和密码,以及用自己的登录用户和密码进入系统。 (2)用户管理:对使用系统的用户权限和身份认证进行管理。 (3)数据管理:载体上的数据下载和信息编辑;过期数据的清理;数据的备份及过期处理。 (4)操作管理:对其它用户的操作申请进行批准和管理,如信息的下载、保存和刻录;将某段信息内容通过投影仪进行播放;将其它用户编辑的信息进行保存。 2.飞行员: (1)登录管理:管理自己的登录用户和密码,以及用自己的登录用户和密码进入系统。 (2)信息检索:输入特定的查询条件,检索自己需要的视频及相关信息。 (3)视频回放:播放自己选择或检索到的视频信息。 (4)信息编辑:在播放中对视频的信息进行编辑,如点评、标注。 (5)操作申请:对特定的视频申请下载及备份。 3.浏览者: (1)登录管理:使用系统预申请的游览者用户进入系统。 (2)申请操作权限:浏览者向管理员申请临时权限,进行临时权限升级。 (3)视频回放:在自己获得的权限内,播放自己选择或检索到的视频信息。 1 电弧分析 1.1 电弧产生的原因分析 通过多年来的工作经验表明, 要想在真正意义上解决电弧故障问题, 首当其冲要做的就是正确分析电弧的特性和故障原因。一般地说, 电弧指的是两个电极之间所产生的放电过程 (连续而非间断性的) , 在此期间将会伴随着部分电气材料的挥发, 事实上这一电磁反应过程是相当复杂的 (并非我们想象中的那么简单) 。除此之外, 由于导电系数本身是一个变量, 所以无法使用欧姆定律来线性地描述二者之间的关系。另外电路自身的参数性质与电气系统所处的环境状况等也会对其产生一定程度的影响。 1.2 电弧的产生途径 经过以往大量的研究发现, 主要有以下途径可以产生电弧:第一种是在电路开断时。在这种情况下, 电弧会造成局部热量出现很大程度的增加, 这是极其危险的, 如果稍不注意就会导致大量的人力物力财力的损失。与此同时还通过以往大量的实践结果表明, 串联电路中的电弧数量与负荷之间也存在着一定程度的关联。因为在并联电路中的电弧故障主要发生在两种相反的电极之间。属于导体之间无意识的导通。主要是由源头故障电抗值与电流值两个因素所共同决定的, 它是由于接电线的导体与地面相连接的导体金属部分或者金属之间的断乎故障。在这种情况下, 电路触头分离的初期阶段, 接头之间的接触压力与接触面积会随着触头的分离会出现一定程度减少的状况, 进而就会直接造成接触处电流密度在很短的时间内迅速变大, 此时接触电阻与触头势必会放出一定热量 (具体是多少要依据当时的具体情况而定) , 如果放电电流稳定, 则表现为电弧开断。第二种情况是在击穿真空 (或者是气体) 之间的间隙, 此时会在真空的两级 (正负) 之间产生电弧, 即真空电弧。 2 航空电弧的故障原因分析以及相应的防护措施 2.1 航空电弧有哪些故障类型和特点 就目前而言, 航空电弧故障主要可分为串联和并联两种。在加载电器设备的过程中, 尤其是在串联载流过程中如果没有经过特殊处理极易引发电弧故障。除此之外, 在断开的电缆线之间的空隙内也是产生电弧较为频繁的区域。而且电弧在没有经过及时有效处理的情况下也是会比较容易产生局部热量迅速增加的状况, 这对于安全运行以及工作人员的身体安全是有巨大隐患的。而并联电路中的电弧故障一般是集中发生在正负两个相反的电极之间, 属于导体间无意识的导通。 2.2 合理设计航空电弧断路器 根据过往的经验和实践来看, 设计航空电弧故障断路器的工作流程如图1所示。 3 电弧故障的仿真分析 对于电弧故障的仿真分析从以下几个方面加以阐述。 3.1 科学搭建故障电弧模型 从当前的使用情况来看, 黑盒电弧模型在用于数学描述电气电弧道具方面最受大家的亲睐。实践结果表明, 这种模型无法完全准确的描述航空电气系统故障形成的物理过程 (因为这个过程是极其复杂的) , 但是可以仿真分析电弧电流及电压特性。可以通过描绘标准电压和电流求取微分等式的相关参数, 与此同时还可以正确的描述出精确测量法电气电弧的非线性阻抗。 3.2 实现电弧模型 如果将MATLAB软件当做使用平台, 利用Sinulink/PSB (也就是电力系统模块库) 中的元件建立的通用电弧模型如图2所示。电弧模型由多个模块所共同组成, 其中包括微分方程编辑器、电压控制的电流源、阶跃信号、定值检测、电压测量等。 3.3 仿真结果 如果按照故障电弧模型来搭建电路, 同时以Mayr模型为例, 在阻性负载下进行仿真, 电路图如图3所示。 从图3中可以清楚的看到, 电路电压从零点开始阶段会不断升高, 最后保持在某一个值, 与此同时电流会从最高值不断下降, 直至最后降为零为止, 其实这就是仿真了故障电弧断路器断开故障电路, 电弧熄灭时。为了更好的进行仿真分析, 有时还需要借助航空电气系统的具体参数来合理的调整电弧模型, 并改变负载情况, 通过这种方式来获得航空电气系统故障电弧的电流与电压波形。 4 结束语 综上所述, 在航空事业的发展过程中, 安全永远都是排在第一位的, 其中电弧故障必须要引起足够的重视, 首先要查找电弧故障的真正原因所在, 然后再对症下药, 做到具体问题具体解决。另外, 还要派专职人员定期对其进行检查和维修, 做到防患于未然, 从而在根本上保障在航空电气系统不会出现电弧故障问题, 保障旅客以及飞机工作人员的生命财产安全。 摘要:随着近些年来我国航空事业的蓬勃发展, 与此同时在电气系统中出现了一些亟需解决的故障, 通过以往大量的实践结果表明, 可以运用电弧故障诊断控制器来准确无误的分析出航空电气系统产生的故障电弧 (在特殊环境中) , 其中包括电弧的属性特征和产生的波形种类, 从而可以在第一时间找到航空电气系统故障所在并予以及时的修理, 以更好地保障乘坐人员的生命财产安全以及航空事业的安全运行。鉴于此, 文章将会对航空电气的电弧加以着重阐述, 希望能够得到一些借鉴和参考。 关键词:电气系统,故障诊断,航空,电弧 参考文献 [1]张殿业, 金建.航空电气系统中故障电弧的分析[J].科技与创新, 2014 (7) . [2]杨例数.航空电气系统绝缘故障的研究[D].大连理工大学, 2012. [3]李丹, 图刚.航空电气系统中故障电弧的研究[J].中国新通信, 2013 (11) . [4]王丽, 曹路.航空交流故障电弧特性的研究[J].低压电器, 2011 (2) . 1 气象信息系统网络结构 华北空管局气象中心航空气象信息系统包括两台数据库服务器、一台文件服务器和一台通信服务器, 然后经V LA N划分接入气象信息网, 连接民航气象数据库系统、本地多普勒气象雷达系统及气象卫星云图接收系统、本地气象自动观测系统、省气象台资料系统和各航空用户单位终端。 2 气象资料的采集与发布 2.1 气象资料采集 所采集的数据主要为民航气象数据库系统和本场气象资料。民航气象数据库系统为全国民航气象信息资料交互平台, 气象数据库中气象资料调入该系统两台数据库服务器, 可实现全国3级以上航站通过平台与其他外航站气象资料的共享。利用自动气象站观测系统、气象卫星接收系统及多普勒天气雷达系统等采集的数据通过FTP方式上传至文件服务器作为本场气象资料。 2.2 气象资料发布 2.2.1 航空气象报文和图形的发布 利用报文检索模块查看由各航站发送过来的航空气象报文, 根据航站四字代码和报文类型等条件, 对例行天气报告 (SA) 、特殊天气报告 (SP) 、航路预报 (FR) 、重要气象情报 (W S) 、飞行区域预报 (G A) 、航空器空中报告 (U D) 、台风警报 (W T) 等进行检索。而一些高空天气图、中低空天气图以及200h Pa至925h Pa气压的各层高空风温图则是由图形检索模块进行查询检索的。 2.2.2 本场气象产品发布 自动气象观测系统可为机组提供机场跑道两端温度、湿度、风向、风速、能见度、场压、云高、跑道视程等气象要素信息, 这些重要数据直接关系着飞机飞行安全, 可由外场传至室内自动观测系统服务器, 然后信息系统就会将自动观测系统服务器内数据经串口迁移至文件服务器, 最终由W EB服务器调取文件服务器数据后在本场发布, 同时还经串口上传至民航气象数据库通信机, 后经M Q线路 (FTP线路) 传至北京民航气象数据库服务器, 通过该平台向全国发布, 所有机场民航气象数据库平台都能在第一时间准确查询到其他机场自动观测数据, 为及时准确预报出航班目的地机场或备降机场天气情况提供了有效依据。 机场卫星云图接收系统接收到的风云2号气象卫星原始数据, 近数据处理软件转换成为卫星云图后存储在该软件服务器上, 后由气象信息系统将这些资料迁移至信息系统文件服务器, 最后由W EB服务器调取后发布。机场各终端用户利用水汽通道、红外通道、可见光通道及各种投影等参数调取不同的卫星云图资料, 还可运用动画播放功能连续播放各时次卫星云图, 充分展示云图变化过程。 机场多普勒天气雷达系统可探测到机场150km范围内的气象信息, 并将这些信息存储在雷达服务器上, 由气象信息系统将这些资料迁移至文件服务器, 最后由W EB服务器调取后向外发布。预报室、区域管制室和塔台管制室等重要用户可通过图像浏览软件直接调取雷达服务器图像资料, 对气象雷达扫描类型、仰角、高度或距离进行有选择的查看相应雷达资料, 还可运用动画播放功能连续播放每时次雷达图像, 清晰观察、判断机场天气系统发生发展近变化过程。普通用户则可以W EB形式对各时次雷达图像进行查看和搜索。 2.3 软件系统 气象信息系统软件运用B/S交互方式, 由“首页”、“新报检索”、“历史报文”、“飞行服务”、“航空图形”、“卫星云图”、“气象雷达”、“自动观测系统”、“系统管理”等功能模块组成, 各航空用户均可通过网页快速浏览各种气象信息和资料。 3 结语 随着空中交通管制在中国民航大发展背景下迅速成长管制一线运行对于气象信息需求迫切, 势必要求气象部门为航空运行提供更加准确、详实的气象服务资料, 并对管制席位末端的信息提供方式也提出了更高的要求。因此机场用于气象设备建设的投入也越来越大, 获取的气象信息资料也越来越多, 航空气象信息系统将承载更重的任务, 实现各种信息资料的及时、准确、快速的传输、管理和共享。 参考文献 [1]吴晓宏.构建中南地区新一代航空气象系统的研究[J].广东气象, 2013. 关键词:航空电子,IMA,ARINC 653 0 引言 20世纪90年代, 飞机航空电子系统系统发展为综合模块化航空电子系统 (Integrated Modular Avionics, IMA) , 使得飞机进入了一个全新时代。IMA平台下能够驻留种类繁多、不同功能、不同安全等级的应用, 将传统的单独的航空电子系统集中一个通用的平台上, 其具有资源分配最优化、最大限度地减小系统体积和重量、降低设备能源消耗等优点。IMA系统是一种开放式系统结构, 平台软件和硬件的更新可独立进行, 使得修改或升级飞机系统功能都比较容易, 满足了飞机经济性、维修性以及不断增长的功能需求。当前新一代飞机除了将数据处理功能和通信、导航和显示等航电功能综合进IMA平台外, 一些非航电系统功能, 如液压、燃油、电源等系统也被集成到平台里。因此, 综合模块化航电系统已经成为飞机的发展趋势, 对IMA系统的研究显得越来越重要。本文综述了航空电子系统的发展历史和IMA系统的概念、架构、软件平台以及应用现状。 1 航空电子系统发展历史 航空电子在早期主要是支持飞机起飞、着陆、导航、通信的电子系统。随着技术进步, 航空电子系统慢慢发展成包括飞行管理、飞行控制、导航、数据与语音通信、综合监视与机载告警、客舱娱乐、座舱显示、机内通话等主要功能系统。随着飞机功能、设计需求的增多以及电子技术的进步, 航电系统的重要性得到不断地提高, 并逐步向综合化、模块化、开放式的方向发展。航空电子系统对于飞机的安全性和可靠性越来越重要, 同时也不断地提高飞机的经济性和舒适性, 因此航空电子系统在飞机设计中的重要性不断提高。先进的航空电子系统目前已成为先进飞机的一个重要特征。 航空电子系统的发展经历了分立式、联合式、综合式到先进综合式这4个阶段。图1给出了4种航空电子系统的演变。 1.1 分立式航空电子系统 在分立式航空电子系统时代, 所有的航空电子系统都是独立的, 每一个航空电子系统都是单独完成某个特定的功能, 对航空电子系统的操作相当复杂。飞行员需要通过驾驶舱内的控制板和仪表盘去分别获取每个分立的航空电子系统显示信息, 然后完成相应的操作与控制。随着飞机的发展, 飞机中增加了越来越多的系统, 飞行员面对的信息量不断增大, 操作的繁琐性也不断增加, 对飞机的控制要求越来越难。同时, 因为增加了大量的飞机航电系统以及相应的一对一的线缆, 飞机的重量也大大增加, 制约了飞机的经济性。 1.2 联合式航空电子系统 针对分立式航空电子系统线缆的连接方式, 美国空军莱特实验室采用了数据传输总线的方式以及各类标准的物理接口, 提出了联合式航空电子系统架构, 使得所有的航电系统可以通过数据总线进行传输, 大大降低了线缆的重量和体积, 提高了飞机的经济性。同时, 联合式航空电子系统将显示和控制进行了综合, 减轻了飞行员负担, 提升了飞机性能。不过随着航空电子系统的复杂性不断提高, 联合式航空电子系统也出现了局限性, 其只是简单地综合了显示控制, 同时总线宽带较低。 1.3 综合式航空电子系统 针对联合式航空电子系统的局限性, 莱特实验室在20世纪80年代提出了宝石柱航空电子系统架构, 即综合式航空电子系统架构。综合式航空电子系统架构真正实现了航空电子系统的功能综合, 由通用数据处理机组成, 将不同系统的信息处理和飞机接口功能综合起来, 完成数据处理和任务管理功能。综合式航空电子系统是模块化航空电子系统架构, 每个模块都是高度综合化、通用化。通用模块的使用提升航空电子系统的可靠性和经济性。 1.4 先进综合式航空电子系统 莱特实验室在宝石柱航空电子架构的基础上, 在天线孔径和信号处理领域里使用了综合化、模块化的概念, 提出了宝石平台计划, 即先进综合模块化航空电子IMA架构。IMA系统采用商业货架产品 (COTS) 和开放式架构等手段大大降低了航空电子系统的成本, 提高飞机系统的可靠性, 同时由于维修的简化和通用模块的易于采购, 大大降低了飞机航线的维修成本。 2 综合模块化航空电子系统 2.1 IMA系统基本概念 IMA系统是指先进飞机上的实时计算机平台以及相应的分布式网络, 包括若干个计算处理模块以及网络接口, IMA系统上可以驻留不同安全等级的应用程序, 各种类型的数据均可接入IMA网络。IMA的核心理念是实现硬件的共享, 即多个应用程序可以共享同一个硬件单元, 这种共享就可以减少处理单元数、网络数据线、I/O接口数量, 同时还可相应地减小航空电子系统的重量、体积、功耗等。 2.2 IMA系统基本架构 IMA系统的基本架构主要由四部分组成, 即:IMA机柜、全局数据总线、与全局数据总线连接的设备以及远端数据集中器, 与全局数据总线相连接的设备分为可直接与全局数据总线连接的设备和不能与全局数据总线直接连接的设备, 如图2所示。 IMA机柜主要是用来提供存储和计算资源, 同时为驻留在其中的应用程序提供相应的接口。IMA机柜由三部分组成:IMA机柜框架、背板和内部功能模块。IMA机柜框架承载了所有机柜内部功能模块, 同时为其提供了相应的机械和电气环境。背板为机柜内部功能模块和机柜外的航电设备提供接口, 背板分为三部分:第一部分是背板总线, 是用来为功能模块之间进行信息传递;第二部分是用来进行电能分配;第三部分是全局数据总线和背板之间的接口。IMA机柜内部功能模块应该被设计成航线可更换模块, 方便插拔维护, 机柜内部功能模块能够实现不同类型的功能, 例如数据存储、核心处理器、电源模块、总线桥、I/O接口、网关等。 全局数据总线用于IMA机柜与飞机其他设备, 以及飞机其他设备之间的相互通信。在ARINC 651报告中将ARINC 629总线规范定义为全局数据总线规范。而实际上, IMA系统所使用的全局数据总线并不仅仅限于ARINC 629总线规范, 如空客A380和波音787所使用的全局数据总线便是符合ARINC 664标准的航电全双工交换式以太网。 与全局数据总线相连的设备, 按照是否与全局数据总线兼容分为两类。如果设备与全局数据总线兼容, 则可以直接将其与全局数据总线相连, 与IMA机柜和其他网络上的设备相互通信。如果设备与全局数据总线不兼容, 则需要将其与远程数据集中器相连, 然后通过远程数据集中器转换为与全局数据总线相兼容的格式, 再与IMA机柜和其他网络上的设备相互通信。 远程数据集中器是为不能直接接入全局数据总线的设备服务, 既可以作为输入设备也可以作为输出设备。当远程数据集中器作为输入设备时, 它将外部设备的数据从离散、模拟或其他总线规范的格式转换为与全局数据总线相兼容的数据格式。当远程数据集中器作为输出设备时, 它将全局数据总线传输的数据转换为离散、模拟或者其他总线规范的格式。远程数据集中器还负责监控数据网络上设备的健康状态。 2.3 IMA软件平台 美国ARINC公司在1997年1月发布了ARINC 653工业标准规范, 该工业标准规范是专门针对航空电子系统软件平台提出的一系列规范, 是为了确保软件平台上的应用彼此间不会互相干扰。目前ARINC 653标准规范已经成为大型民用飞机IMA系统中的主流标准规范, 只有满足ARINC 653标准规范的软件平台, 才可以在IMA系统中安全稳定地运行。空客A380和波音787的IMA系统所采用的操作系统平台均基于ARINC 653标准规范。 Vx Works 653 Platform便是一种基于ARINC 653标准规范所开发的操作系统, 是由美国风河公司研发的一款专门用于综合模块化航空电子系统的嵌入式操作系统。该操作系统可以支持多种硬件平台, 具有良好的实时性能。它的时间调度机制为基于优先级的抢占式机制和同一优先级下的时间片轮流调度机制, 从而保证了实时性要求。同时它支持区间保护功能, 将硬件平台虚拟为各种不同安全等级的区间, 确保不同的区间内驻留的软件互不干扰。每个区间的运行状态对整个IMA系统的影响仅局限于每个区间内部, 当某一个区间崩溃, 并不会影响到其它区间的正常运行。图3是来自风河公司官网的Vx Works 653 Platform操作系统的架构。 2.4 主流IMA系统介绍 目前最新主流的IMA系统存在两种架构, 分别为分布式IMA架构和集中式IMA架构, 其中空客的A380使用了分布式IMA架构, IMA系统被分为三个不同的功能区域, 其数据处理通过不同功能类型的IMA机柜执行。波音的B787使用了集中式IMA架构, 公共处理资源在两个集中的IMA机柜中, 这两个IMA机柜互为备份。同时B787采用了开放式的通用结构设计, 能方便快捷地对IMA设备进行更换和升级。 3 结论 当前随着综合程度越来越高, 系统的规模越来越大, 架构越来越复杂, 使用IMA系统已经成为未来飞机的发展必然趋势。我国想要发展好自己的民用客机, 必然需要采用IMA系统, 因此必须对IMA系统进行更多更深的了解, 必须深刻理解综合化、模块化以及开放式架构的理念, 使得IMA系统在国产民机中得到更好的应用。 参考文献 [1]郑红燕.民用飞机IMA核心处理系统动态故障树分析[D].南京航空航天大学, 2013. [2]林晨.基于IMA的机电综合系统仿真平台开发[D].南京航空航天大学, 2013. [3]何伦.基于Linux的IMA软件平台的设计与实现[D].上海交通大学, 2012. 过去的航空发动机管理信息系统存在以下问题:一是, 信息无法集成。由于缺乏统一规划和集成设计, 管理信息零散, 信息载体五花八门, 来自不同渠道的信息汇总到上级管理机关后, 无法有效合并, 无法进一步挖掘。二是, 时间响应迟缓。基层数据采用报表、报盘等方式逐级上报, 到达顶层机关的时间延迟达一个月甚至数个月。三是, 处理功能不够。机关的发动机综合管理没有相应的管理信息系统支持处理功能, 仍采用手工管理;基层及航材部门的管理系统功能不足, 无法与质控管理信息系统交互。 与航空器材相比, 飞机发动机的数量不多, 但是发动机管理的数据量很大, 控制方式比较复杂, 需要控制的技术状态指标繁多, 而且有些飞机发动机种类多批量小, 这就进一步增大了管理的工作量。 因此, 为了适应新形势下航材业务的新需求, 加快航材信息化建设的步伐, 使航材管理工作进一步规范化、科学化、智能化, 航空发动机管理信息系统研究与开发具有重要意义。 1系统设计 1.1系统模式 本系统为B/S模式管理信息系统[1,2,3,4,5,6]。B/S模式 (Browser/Server, 浏览器/服务器) 目前应用比较广泛, 符合未来网络世界趋势。B/S模式管理信息系统的主要应用程序放在服务器上, 用户电脑只需安装有浏览器即可运行该系统。相比C/S模式, B/S模式具有以下几个优点: 易操作性:用户在局域网中, 只需通过浏览器使用、操作该系统。易维护性:主要程序、数据库都放在服务器上, 维护时只需对程序进行修改, 而无需像过去还要更新客户端程序, 维护的工作量大大减轻。 1.2基本要求 发动机管理信息系统应满足以下要求: (1) 全面监控发动机的库存、使用情况, 实现发动机的全寿命追踪管理, 为发动机的维修、订货提供辅助决策; (2) 能实现各级发动机管理机构的关于发动机管理的所有日常事务, 如发动机动态数据监控、发动机调拨、生成各种报表、生成各种计划等。 1.3功能设计 本系统将覆盖顶层的机关发动机综合管理和基层发动机管理两个顶级处理模块。本系统不包括工厂发动机生产管理、工厂发动机维修管理、机场修理厂发动机维修管理和质控部门的发动机管理。本系统将为工厂发动机管理、机场修理厂发动机维修管理和质控部门的发动机管理提供接口[7,8,9]。 本系统为工厂发动机维修管理提供待修发动机发运单打印、发动机维修返回信息录入、接收厂修发动机收条打印、发动机维修进度录入等接口。 本系统为工厂发动机生产管理提供新品发动机信息录入、新品发动机入库单打印等接口。 本系统为机场修理厂提供发动机请领信息接收、打印发动机发付单的接口。 本系统将与质控管理信息系统紧密集成实现数字化信息直接交互, 为顶层的机关发动机综合管理提供透明的发动机库存和使用信息。 2结束语 本系统能够实现航空发动机日常业务的信息化管理, 为发动机采购和维修提供智能化辅助决策, 能够实现管理数据每月更新, 具有较高的军事经济效益。 摘要:针对现行航空发动机管理存在的问题, 提出进行航空发动机管理信息系统的研究和开发。本文分析了发动机管理信息系统采用的B/S模式的优点, 阐述了系统的基本要求, 设计了系统的主要功能。该系统具有较高的军事经济效益。 关键词:航空发动机,管理信息系统,B/S模式,智能化 参考文献 [1]夏大文.基于Web的信息发布系统的研究与实现[J].计算机与现代化, 2012 (2) :171-175. 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[8]郑宗苗, 王国明.流动人口管理信息系统的设计与实现[J].计算机与现代化, 2012 (9) :36-40. 【摘要】孔探是航空发动机维护的重要检测手段之一,可协助维护人员确定发动机内部状况。由于设备昂贵,无法在相关教学领域进行大范围的孔探教学。为提高航空类院校在孔探检测方面的教学能力,研究开发基于工业内窥镜的航空发动机孔探教学系统。该系统由USB内窥镜、计算机和孔探教学软件组成,可在教室内实现孔探演示和教学,同时与实际发动机结合,模拟真实孔探过程,可在维修实习等实践教学中进行推广。 【关键词】航空发动机 孔探 教学 内窥镜 【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2016)03-0115-02 对于航空发动机特别是民航中常用的高涵道比涡扇发动机,由于其高温、高压、高转速的工作环境,如不能及时发现发动机内部的故障隐患,很可能会导致灾难性的后果。随着现代科学技术的快速发展以及发动机维修设备和手段的多样化,采用孔探技术对发动机损伤和故障隐患进行诊断并判定损伤等级是新型维修方式的关键环节[1]。目前几乎所有的航空发动机在维护时对于核心机部分的内部检查,尤其是一些不易拆卸且可达性较差的零部件,都要用到孔探技术[2-3]。随着孔探技术的不断发展,对于孔探人员的技能要求越来越高,因此,针对孔探人员进行专业技能培训就很有必要。 我国民航目前从事发动机孔探工作的有近600人,这与目前运输飞机拥有量、维修规模和深度及未来几年的预期规模相比极不适应。由于机队规模和发动机孔探工作量分布不均,也导致人员分布不均匀。为了提高孔探人员的检测技能,强化安全意识,需要从基层的航空类院校抓起。由于专业设备价格昂贵,导致用于教学的孔探仪数量短缺,在孔探教学中,普遍出现了理论多、实践少、二者结合不佳的教学问题。为此,设计研发了一套低成本、易于操作的航空发动机孔探教学系统,该系统可以直接应用在真实发动机孔探口,对课堂教学和实践教学都具有较高的实用价值,可有效提高孔探教学质量。 一、系统基本功能与组成 航空发动机孔探教学系统由两部分组成。其中,硬件部分为用于捕获图像的USB内窥镜以及用于显示图像的计算机;软件部分利用C#语言编写,主要完成调用摄像头进行拍照,并对所拍摄图片进行尺寸分析等功能。在系统中,计算机相当于一个用于视频输出的屏幕,内窥镜相当于获取视频源的摄像头,而软件是使内窥镜与电脑完美连接的内在驱动。 系统开发中,使用带有USB接口的内窥镜来模拟真实的孔探仪探头部分。该工业内窥镜拥有6盏可调亮度的LED灯、200万像素、8.5毫米口径,其固定焦距为3~8厘米。成像稳定,清晰,尤其适用于狭小空间和难以察视的位置的检查。 教学软件是整个教学系统的核心部分,基于Windows系统和C#语言进行编写。程序为C#的窗体应用程序;内窥镜摄像头的调用通过引用AForge.Net类库来实现,该库是一个开源项目,提供很多图像的处理和视频处理功能。软件设计了两个窗体,主窗体实现USB内窥镜摄像头的调用并进行拍照;另外一个窗体对图片进行孔探分析,主要是损伤尺寸的分析与记录等。由于探头本身不能旋转,利用软件设计实现立体测量功能,可自动测量损伤的长度、面积和深度。 二、系统在孔探教学中的应用 为模拟孔探检测的整个过程,选取了我们民航常见CFM56-3发动机的高压涡轮区域作为观察对象,该区域有用于检测的孔探口。图1为孔探教学系统应用于民航发动机的现场教学照片。 在将内窥镜的探头插入CFM56-3发动机高压涡轮内部并获得图像的时候,点击拍照按钮,就会在电脑的指定位置记录下当前图像。然后单击菜单栏文件下面的孔探分析按钮,就会弹出孔探分析界面,此时需要打开图片进行分析,通过测量图片上任意两点之间的距离即可实现对损伤的分析。为得到测量真实值,使用比较法获取所要测量的尺寸。即需要事先知道所拍摄图片上作为参考两点之间的真实距离,并以它作为参考值,在程序中输入此参考值以及参考两点之间的图上距离,和所需测量尺寸的图上距离,点击尺寸计算按钮,便可得到所需测量尺寸的真实距离,并显示在孔探分析界面上,如图2所示。 三、结束语 开发基于USB内窥镜的航空发动机孔探教学系统,可弥补在航空类院校中由于孔探设备昂贵、数量短缺而导致理论与实践不能很好结合的问题。该系统安装使用方便,适用性强,既可将系统连接在教学用电脑上,利用投影仪演示整个孔探检测的过程,又可配备一定数量价格低廉的工业内窥镜,在实习和实践教学中进行推广,具有较高的实用价值。 参考文献: [1]徐超群,闫国华. 航空维修管理[M]. 北京:中国民航出版社, 2012. [2]陈果,汤洋. 基于孔探图像纹理特征的航空发动机损伤识别方法[J]. 仪器仪表学报. 2008,29(8): 1709-1713. 关键词:航空故障电弧,电弧特性,电弧数学模型,仿真 随着飞机多电和全电供电技术的迅猛发展,导线和电缆使用量增多。飞机上导线或电缆在过载和短路,环境温度的影响,飞机液压油或润滑油对导线腐蚀损伤,老龄飞机上的导线老化等等,都可能导致导线或电缆产生故障电弧。产生故障电弧时,导致飞机部件失灵,或引发火灾,甚至导致空难事故。由于电弧电流太小,不能使飞机上热保护断路器和固态功率控制器动作。为此,在飞机线路原保护设备基础上还需增加故障电弧保护器。国内外对故障电弧的研究主要侧重于高压输电线路的故障电弧识别,其电弧特征和检测方法并不适用于航空低压环境交流115V/200V、400HZ或者直流28V线路环境下的故障电弧保护,使用检测设备笨重,不符合航空领域的要求,因此,开展航空故障电弧的研究是必要的,具有重要的意义。 1 航空电气系统故障电弧产生原因及途径 1.1 故障电弧的定义 电弧是两个电极之间跨越某种绝缘介质的持续放电现象。典型的电弧是在阴、阳两极之间的空气间隔中形成的。线路因绝缘老化或者短路等原因而引起的电弧称为“故障电弧”,也称“坏弧”,这类电弧会产生火灾引发严重事故。另一类电弧如电机旋转、插拔带电插头、 转换电路开关或者接触器内部触头断开电路,也会产生电弧,这些电弧是瞬时性的,也并不影响线路和设备的正常工作,称为“好弧”,电路保护断路器不应动作。 1.2 航空故障电弧产生的原因及途径 航空故障电弧的产生原因和途径主要有下面三种: 1.2.1 绝缘碳化 在交流120V线路中,如果存在碳化传导路径,也可能引起持续电弧。也称为“焦介电弧”。特别是飞机上采用芳香族聚酞亚胺绝缘外皮的线路,潮湿和污染物的综合作用导致绝缘表面有漏电流流通,逐渐形成碳化路径。而碳化通道的产生需要几个月甚至几年。 1.2.2 外界引起的空气电离 如果飞机上的配电母线发生严重的电弧故障,会喷出大量的电离气体,这些电离气体飞到另外的线路,会引起该处空气电离导致该线路拉弧。若有燃烧事故,会使空气的介电强度降低,使绝缘碳化,或空气电离,此时也会产生电弧危险。 1.2.3 短路 短路一种是金属性短路,短路点是具有足够厚度的金属;另一种是电弧性短路,最初的金属短路点没有持续存在,电流流经电弧。 2 航空电气系统故障电弧的分类 根据航空电气系统所特有的环境和现代飞机供电系统的布线模式,即是现代飞机所采用的是交流和直流混合供电及分布布线模式,交流电是采用三相四线制,把飞机机体作为中线,直流电源把飞机机体作为负极线,由此,针对航空故障电弧产生的原因和方式,可以将航空故障电弧分为串联故障电弧、并联故障电弧两种。 2.1 串联故障电弧 串联故障电弧主要是因正负电极之间的接头松弛或接头接触不良导致。串联电弧一般都在插件或其他设备等之间的相互连接处发生。当设备之间连接部位出现损坏时,被损坏部位的两端会出现电压和电流,初始时刻电压或电流都十分的微弱,但随着绝缘层的破坏或导体的逐渐氧化和腐蚀,电压或电流也会逐步增大,最终引发故障电弧。 串联电弧电流值远远小于传统断路保护器的额定电流值,其电弧能量远远小于并联电弧,这对故障电弧的检测带来极大的困难。但在长时间放电后,同样会烧毁线路接头并引发火灾。 2.2 并联故障电弧 并联故障电弧是由于线路的绝缘层破坏,形成的短路电弧。如三相交流电的相线与相线或相线与飞机机体短路接触。通常情况下并联电弧电流幅值大于断路器额定值,能够被正常断开,但有时达不到过流保护器的额定值不能断开,其产生的能量远大于串联电弧,且易接触到易燃材料,故其危害性更大。 3 航空电气系统故障电弧的特性分析 航空故障电弧较于普通低压电弧具有显著的特征,主要表现在以下4个方面: (1)由于航空导线、电缆绝缘性能好,使电弧持续时间短,呈零星或间歇的形式出现,没有规律性,难捕捉; (2)电弧电流强度通常比短路电流小,容易在过零点熄灭,短时间的电弧电流穿插于各部分正常电流之间,回路中的电流会明显减小。 (3)故障电弧电气环境更复杂,波形更复杂,其电流和电压畸变更严重; (4)电弧频率为400Hz,不同于地面工频50Hz。 4 航空电气系统故障电弧的仿真研究 4.1 故障电弧的数学模型 必须建立电弧的动态数学模型,目前研究故障电弧的动态模型主要有两类。 第一种是“物理—数学模型”,即是详细研究电弧的物理过程,根据能量守恒之律和弧柱等离子体特性写出方程式组,并经一系列运算建立电弧数学模型。 第二种电弧模型是“黑盒模型(black-boxmodel)”,即将电弧作为一个两端元件,用某个数学方式来决定传递函数。只对故障电弧引发电压或电流变化进行研究,而对内部因素不做研究。 Cassie与Mayr是“黑盒模型”的典型代表。这两种模型既简单由实用,常被引入交流电路中进行建模和仿真,但在要求较高的仿真要求中有不足之处。随着电弧模型研究的深入,适于低压故障电弧模型还有Matte WS模型、Stokes和Fisher模型。其中Stokes和Fisher模型比Mattews模型对实际情况分析和解决,更有说服力,更符合故障电弧的特性。在此选择Stokes为电弧数学模型进行仿真。 4.2电弧仿真模型的建立 假设交流电单相与机体短接,电路中有感性负载,那么故障发生点的等效电感电压Ux可以近似认为: 根据Stokes提出的一个经验公式: 在上述条件下,电弧电流满足下式: 上述式中:R-故障发生点的等效电阻;L-故障发生点的等效电感;g-电弧放电间隙;t-燃弧时间;iarc-故障电弧电流;Uarc-故障电弧电压;Ux-故障发生点的等效电感电压;Umax-交流电源幅值电压;ω-交流电的角频率。(3)式是Stokes故障电弧数学模型。由stokes公式可以看出,电弧电流取决于故障点的等效阻抗,与放电间隙密切相关。 4.3 航空故障电弧仿真模型的实现 下面以MATLAB软件为平台,选择Stokes电弧模型,建立故障电弧仿真模型。该模型主要有求和板块、正弦板块、物理分析板块和微分板块等。利用Stokes模型结合电弧接机体故障绘制故障电弧仿真模型,如图1所示。 在图1故障电弧仿真模型中,有颜色的板块是电气系统主要参数板块,如故障电路正弦电压源板块“Source-sin”、等效电阻板块“R”和等效电抗板块“X”等。航空电气系统中所采用的电源主要是115伏的三相交流电源,所以电源的正弦交流信号板块Soope,频率为400赫兹,增益板块Umax则设置为115,并将板块颜色标为红色;电弧的放电间隙板块ARC-L,板块标为蓝色。 4.4 航空故障电弧负载特性仿真 这里重点研究阻性负载、感性负载条件下的仿真。 4.4.1 等效电路为感性 R<<X,电压源为115V,400HZ正弦交流电,电弧间隙l=0.00254m,设置X=1Ω,L=0.4m H,R=0.001Ω。则故障电弧电流电压波形如图2所示。图中,电弧电流和电压滞后电源电压约60°相位角;电弧电流为无规律的非周期波形,含有高频成分,波形明显畸变;电弧电流每周期有一个熄灭和重燃的过程,并有零休区;电弧电流受电压源控制,稳定在+l00V~―100V之间;电弧电压大致呈矩形方波,在电弧电流过零区斜率最大,电弧电流电压同相位。 4.4.2 等效电路为阻性 R>>X,电压源为115V,400HZ正弦交流电,电弧间隙l=0.00254m,设置R=1Ω,L=0.0004m H,X=0.001Ω。则故障电弧波形如图3所示。图中,感抗对电弧影响很小,电弧电流电压和电压源电压几乎同相位,电弧电流有明显零休区,电弧熄灭阶段时间较长;电弧电流畸变很小,几乎没有畸变;电弧电压波形近似方波形,电弧电压在电弧电流过零区斜率最大。 5 结语 从研究中得知,航空故障电弧的产生存在隐性积累过程、电弧产生时会引发新的电弧,要特别关注航空故障电弧在不同负载性质时的电流特性的不同,为解决航空电气系统故障电弧的问题提供参考。 参考文献 [1]刘铭光.飞机电器[M].北京:中央广播电视大学出版社,2014. 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