基于双视图结构模型的民用飞机试飞改装设计技术

孙良峰

【摘 要】为了提高民用飞机试飞改装设计效率，研究了基于双视图结构模型的改装设计技术。构建了系统视图与设计视图关联的双视图结构模型，通过双视图结构模型来组织试飞改装过程中的信息，并支持改装设计流程中的各个环节。在空气管理系统试飞改装设计过程中进行了应用验证。

【关键词】试飞改装；双视图结构模型；辅助设计平台

0 引言

民用飞机试飞改装是指为了进行试飞验证活动，在不影响飞机功能、性能的前提下，在飞机上增加必要的测试装备来获取飞机在真实使用环境下的功能和性能数据[1，2]。试飞改装设计是试飞验证活动过程中的关键环节，决定了试飞试验数据采集的具体实施方案，直接影响到试飞验证的质量。制定合理的试飞改装方案能有效提高试飞价值，从而减少试验成本。

整个试飞改装设计过程涉及了试飞需求制定、改装方案设计、数据采集与分析等活动[3，4]。由于涉及环节多，很容易出现数据统计困难、信息不能及时传达、信息错漏与冲突等问题。为了提高试飞改装设计效率，本文提出基于双视图结构的试飞改装设计技术，以系统视图-结构视图相结合的方式支撑试飞改装设计的各个环节。

1 试飞改装设计流程

试飞改装主体工作可分为试飞需求分析、改装方案设计、数据采集与验证三大部分。

1.1 试飞需求分析

试飞需求来源可分为为了满足CCAR条款[5]而产生的飞行试验需求，即审定试飞需求，以及为了功能与性能研究、系统排故而产生的飞行试验需求，即研发试飞需求。在试飞需求确定阶段，设计员根据这两种需求，制定试飞科目，根据科目特点及科目之间的相关性确定试飞架次安排需求，再逐一确定各试飞科目中关注的测试信息与评判依据，形成总的试飞要求。

1.2 改装方案设计

改装方案设计是以各系统试飞要求为输入，首先由试飞工程人员结合试飞资源约束，安排试飞分工，优化测量参数，将细化后的需求提交给测试改装部，由测试改装人员结合产品结构确定传感器的类型、安装位置，进而采购需要的传感器、采集器等设备，并设计固定这些设备的支架。

1.3 数据采集与验证

在每个试飞科目完成后，采集到的各类数据需要进行分析处理[6，7]，提交给设计人员来验证最初的需求，并通过试飞过程中数据采集的稳定性，设备故障率等来分析试飞改装方案的合理性，为后续试飞方案的设计与改进提供支持。

2 双视图结构模型

试飞改装设计各个阶段会产生各种类型的信息，如果能有机地将各类信息关联在一起，可使试飞改装工作更系统，数据的流转也能更清晰。系统结构贯穿了整个试飞改装工作，所以本文提出围绕着系统结构来组织试飞改装的各类信息，使信息关联性更强，避免冗长的信息链造成的错漏风险，也能更方便地支持试飞改装设计工作。考虑到不同阶段的特定需求，这里采用系统视图与设计视图结合的双视图结构模型。

双视图结构模型是为了适应试飞改装工作，对结构进行的不同粒度描述。将偏重于对实现功能描述的结构组织模型定义为系统视图，将展现设计细节的结构组织模型定义为设计视图。系统视图按照功能的分解形式进行结构描述，视图中的结构元素都对应系统功能分解的各子功能，设计视图则是将系统所有的组成零部件及其之间的连接关系呈现出来。设计视图比系统视图粒度更细，所以一个系统视图上的节点与一个或多个设计视图上的节点有映射关系。为了体现结构的层次关系，同时方便计算机的表达，采用树型结构模型表达系统视图与结构视图，再建立两个视图之间的映射关系，从而构建双视图结构模型。

树型结构模型可用一个二元组来表示：XX_TREE=[E，R]，其中E是所有节点元素的集合，R是定义在集合E上的关系，可写成矩阵形式R（E，E）=[rij]n×n，i≠j，其中n为集合E中元素数量，若rij=0，则表示元素i与j无直接关系，若rij=1，则表示元素i为j的父节点，若rij=-1，则表示元素i为j的子节点。以此为基础可定义双视图的数学模型M：

3 基于双视图结构模型的试飞改装设计

采用双视图结构模型进行试飞改装设计的主体思想是将试飞改装各环节围绕着系统结构展开，在结构树上组织相关信息，随着改装设计的推进而变化结构视角，为不同阶段的设计工作提供灵活的信息支持。

3.1 在试飞需求分析阶段

将结构关联的功能呈现给设计人员，设计人员根据试飞验证需求制定试飞科目，每项试飞科目中会产生各种测量参数需求，结合与功能关系密切的系统视图，设计人员能清晰地将各参数需求添加到合适的部件节点上，并确定测量位置的大致需求，方便设计人员从系统层面优化测量参数需求。

3.2 在方案设计阶段

将设计视角转到设计信息更具体的设计视图上，根据映射关系调出系统视图关联的测量大致位置信息，结合设计视图中各零件的详细设计信息，决定传感器的型号与安装的具体位置，将改装信息具体化到可实施的程度，供改装工程师执行改装方案。

3.3 在数据采集验证阶段

重新回到系统视图，根据各功能性能验证需求对试飞数据进行分类整理，并输入到各相关验证判据中进行分析评判。

4 总结

本文在分析了试飞改装设计流程特点的基础上，提出了双视图结构模型的构建方法，并应用于试飞改装设计各个环节，本文所述方法的特点是：

1）采用双视图结构模型的方式将信息进行集中管理，能减少改装设计过程中的数据流转环节，减少错误风险；

2）根据不同的改装设计阶段，能灵活变动结构视角，便于相关人员关注需要的信息，更方便清晰地完成改装设计。

本文目前只构建了试飞改装设计方法的整体框架与方法，试飞改装工作涉及面很广，例如试飞科目的架次分配、改装参数的系统化优化等细节方面还需要进一步的深入研究。

【参考文献】

[1]试飞数据处理方法—升力曲线和极曲线[J].民用飞机设计与研究，2011，2：21-25.

[2]戴卫兵，王文丽.网络技术在ARJ21试飞测试中的应用[J].测控技术，2010，29（12）：42-43.

[3]陈占平.民用航空发动机的适航审定及验证试飞[J].飞行试验，1999，15（2）：15-24.

[4]段宝元，穆永花，穆永河.以太网在新支线飞机试飞测试中的应用[J].测控技术，2011，30（4）：91-93.

[5]张妙婵，张建，吴密翠.运输类飞机最小离地速度试飞数据处理方法[J].飞行力学，2011，29（5）：81-83.

[6]王锐平.民机试飞数据分析软件开发[J].软件导刊，2011，10（11）：28-29.

[7]中国民航总局.运输类飞机适航标准.中国民用航空规章第25（CCAR-R3）[S].2001（5）.

[责任编辑：汤静]