航空发动机状态监视地面站建立规范研究

朱 瑾郑宏亮于宏军唐 伟荣 刚

（1.中航工业综合技术研究所， 北京 100028 ； 2.航空动力控制系统研究所，江苏 无锡214063；3.沈阳航空航天大学，辽宁 沈阳 110136）



航空发动机状态监视地面站建立规范研究

朱 瑾1郑宏亮2于宏军1唐 伟1荣 刚3

（1.中航工业综合技术研究所， 北京 100028 ； 2.航空动力控制系统研究所，江苏 无锡214063；3.沈阳航空航天大学，辽宁 沈阳 110136）

[摘要]从标准角度详细阐述航空发动机地面站建设中的功能和性能，软件、硬件、系统试验等相关要求以及重点对地面站系统设计及试验、软件设计、硬件设计等进行了规定。

[关键词]航空；发动机； 研究

[收修订稿日期] 2016-03-24

航空发动机是飞机的心脏，其可靠性直接影响飞行安全，并且相关的维修费用很高，因此保证发动机良好的工作状态及各系统参数正常非常重要。过去，营运人通常通过定期的预防性维修，来避免潜在的发动机失效。近年来，发动机制造商开始采用状态监控的方法取而代之。

发动机状态监控系统从功能上分为机载系统和地面站两部分。发动机数据从安装在发动机上的专用传感器中获取。大多数的监控数据都要传送到地面站进行处理。机载装置采集这些数据，并通过飞机通信寻址与报告系统（ACARS）实时传送到地面站。没有实时传送的数据存储在移动介质中，等飞机返回地面时再传输到地面站进行处理。现代航空发动机大多采用状态监控系统，其地面站建设标准研制需求强烈。

1 国内外相关标准情况

国外在20世纪70年代就开始注重发展发动机状态监控技术，目前已成为科学技术发展的热点之一，不断由简单向复杂、由低级向高级发展，各种先进技术也在状态地面监控站中得到应用，并取得了很好的效果。与此同时，国外航空标准化的进程也在不断向前推进，与发动机状态监控系统相关的标准已经形成了比较完善的体系。

到目前为止，经过20多年的发展， SAE航空理事会已经制定和发布了31项发动机状态监控标准，涵盖了发动机状态监控工作的方方面面。这些标准对于航空发动机监控系统的开发和使用具有重要的指导意义，它们的发布有力推动了发动机状态监控系统的不断发展与完善。

通过调研了解到的与发动机状态监控相关的标准共计20项，其中航空航天推荐方案（ARP）2项，航空航天信息报告（AIR）15项，航空航天标准（AS）3项。

这20项标准大体可以分为5类，其中综合性标准，涉及的内容包括监控系统开发指南、成本分析、可靠性、性能评估等；寿命管理标准；性能与状态监控标准，包括温度监控、滑监控、振动监控、部件监控等；诊断与预测标准；机载与地面数据管理标准。

在上述5类标准中，很多标准主要针对机载监控系统，涉及地面站的内容较少，主要为SAE AIR 4175《航空发动机状态监视地面站建立指南》。

从地面站开发的角度出发，SAE AIR 4175为发动机状态监控地面站的开发者提供了一个总体性的设计指南。该标准属于航空航天信息报告（AIR），最初发布于1994年，2005年发布修订版。该文件介绍了发动机状态监控地面站的主要功能，给出了地面站开发中需要考虑的各种因素，另外还包括地面站技术的一些最新进展，可以为地面站的设计和开发工作提供明确的指导。标准的主要内容包括：运行考虑因素、系统功能要求、输入数据、数据库管理、输出数据、高级功能、使用者考虑因素、系统开发考虑因素等。

纵观国内从1995年民航总局要求航空公司开展发动机状态监控工作以来，通过对发动机工作状态和变化趋势的监控，该项工作已取得了明显成效，对提供发动机工作的可靠性和安全性起到了良好作用。同时，随着对发动机状态监控数据处理需求的提高，由发动机制造商提供的地面处理系统难以满足各航空公司对于数据处理的多样化要求，发动机状态监控地面站的自主研发已经受到越来越多的重视，国内相关机构在这方面也取得了一定的进展。

而国内由于在航空发动机状态监视系统领域的研发领域尚处于起步阶段，至今还没有建立相关标准，也由于相关标准的缺乏和滞后，导致发动机状态监视系统，特别是发动机状态监视地面站的设计、开发和使用并没有较为明确的指导和依据，存在一定的盲目性。

因此在编制国内航空发动机状态监视地面站建立规范时，应积极参考SAE AIR 4175标准，但同时由于该标准属于航空信息记录，其中含有大量说明性的信息，内容相对比较冗长，而国内标准则要求言简意赅，所以在参考SAE标准同时应参考GJB 4866-2003《飞机参数记录系统地面站通用规范》框架结构，在充分理解SAE内容及相关技术背景前提下对该标准内容进行合理剪裁和消化验证。

2 待编制标准主要内容

2.1 功能和组成

通常把发动机状态监视系统（EMS）的功能划分为发动机监视装置（EMU）和地面支持站（GSS）两部分。其中，EMU是个机载平台，安装在飞机上，实现EMS的一部分功能，GSS是EMS的地面部分，一般承担EMS的主要功能。

航空发动机状态监视地面站的主要功能是处理、分析、管理和备份各种与发动机相关的飞行数据、后勤数据和维护数据，以支持航空发动机的维护和后勤管理。

地面站包括硬件和软件，其中硬件主要包括计算机、输入输出设备、以及为提高用电安全而配置的不间断电源等；软件装载在计算机中，标准中应给出软件的主要功能模块。

2.2 设计与结构

标准应规定地面站的设计应符合相关标准规定并参考国军标相应要求。如软件的模块化设计要求，满足相关软件开发标准的要求；满足各种潜在用户实际使用需求的输入输出接口设计、能自动检测、识别输入输出设备失效并采取安全措施的要求；友好的人机界面设计要求；不同用户的权限管理设计；以及规定一般情况下，对地面站进行性能测试的外部环境条件。同时标准应规定地面站软件测试要求，如应规定地面站硬件、软件须经过系统联试，并经验证表明其功能、性能满足设计要求。

2.3 硬件要求

标准应分两个方面对硬件提出要求，一是硬件设备的要求；二是对一些关键的硬件性能参数提出要求。在设备要求中，主要参照国外指南，应提出在硬件平台设计时，应考虑的主要要求，某些要求之间可能存在矛盾，如加固性和可维修性或经济性等，需根据实际需要加以权衡。

性能要求中，应着重提出应考虑硬件的处理速度、显示速度，以及存储设备的容量要求，以满足地面站系统的运行和扩展性要求。

同时应参考GJB 4866-2003《飞机参数记录系统地面站通用规范》相关要求，考虑一般要求和经济性，UPS容量应能断电后持续供电10min以上。

2.4 软件要求

软件要求中，有关运行环境、开发语言和工具、数据精度要求、结构化设计要求等，应主要参考GJB 4866-2003《飞机参数记录系统地面站通用规范》的相关要求，并结合国内主流应用软件的相关要求规定。

软件要求中，主要功能模块的要求，基于国内目前在发动机状态监视地面站建设方面可供借鉴的经验不多，相关标准缺乏的现状，尚不足以归纳总结提炼成规范，所以该部分内容应主要参考国外航空发动机状态监视地面站的相关资料（SAE AIR 4175），同时为满足国内规范编制要求，在保留所有功能模块框架结构基础、充分理解其内容及相关技术背景的前提下，对SAE AIR 4175的相关内容进行合理的删节和简化。

另外，考虑到地面站的使用环境，标准应规定地面站的温度、振动、湿热、霉菌、盐雾等环境适应性设计要求，以满足在不同使用环境下能可靠地完成任务。同时考虑在砂尘严重地区的使用环境要求，应增加砂尘试验要求等。

3 结论

待编制的航空发动机状态监视地面站建立规范为航空发动机状态监控系统的重要标准，其应主要针对航空发动机地面站建设中的功能和性能，软件、硬件、系统试验等相关要求进行规定；同时标准中应详细规定地面站系统设计及试验、软件设计、硬件设计、质量保证规定等要求，为航空发动机状态监视地面站设计和使用提供标准技术支持。

（编辑：雨晴）

[中图分类号]T-65

[文献标识码]C

[文章编号]1003-6660（2016）03-0014-03

[DOI编码]10.13237/j.cnki.asq.2016.03.004