大气数据测试装置超差原因分析及一种软件修正补偿方法的提出

范志成　胡中南 /

(上海飞机制造有限公司，上海200436)

0　引言

大气数据测试装置可以模拟飞机飞行环境和姿态，产生满足大气数据系统一定技术要求的飞行参数，是贯穿飞机研制、生产及后期运营、维护全过程中的重要测试设备，它的质量与控制状态直接关系飞机的质量和可靠性。随着飞机研制的需求及航空公司运营成本提高，已有测试设备的使用率和故障率也相应提高，在大气数据测试装置使用和维护过程中，不可避免地会出现各类故障，其中又以大气参数超差修正问题较为突出。超差修正涉及校准、维修、设备供应厂商多个环节的深度参与，目前国内具备相应校准、维修资质能够处理此类问题的机构很少，且时间不可控，这样不仅大大延长设备量值溯源的时间，降低工作效率，还会造成送校单位因设备问题而引起各类有形无形成本的增加，最终影响飞机的质量安全和生产进度。因此，研究大气数据测试装置的超差原因和行之有效的修正补偿方法是非常必要的。

1　超差原因及影响因素

随着大气数据测试装置的数字化、集成化，现代飞机在研制、生产、运营维护过程中引起超差的原因也变得多样而复杂，常见原因大体分为以下几个方面。

1)正常的系统漂移：依据大气数据测试装置的制造商说明书，每年设备的系统参数都会出现一定程度的漂移，当漂移积累到一定程度，必然会出现超差情况，进而影响其大气参数的可靠性，这也是大气数据测试装置需要进行周期校准并适时对其进行修正的最重要的原因之一。

2)物流运输：不同于实验室型的大气数据测试装置，外场便携式大气数据测试装置需要克服各种外场恶劣环境，尽管生产厂商为其设计、配置了坚固的保护结构，不规范操作及设备在测试、维护、租赁、转场过程中的频繁运输、剧烈震动，仍然会对其内置元器件尤其是核心传感器的精度造成一定程度的影响。这也是大气参数超差需要进行修正的主因，在保证外部环境和设备各项功能运行正常的情况下，经使用单位同意，可对其进行软件修正。

3)气密性差：气密性差常常伴随大气参数超差，显示数据不稳定的情况，多是因设备静压、总压管路接口处漏气造成的，解决方法一般是在接口缠绕密封胶带。如果接口位置配置有密封胶圈，还需查看密封圈是否老化，若有老化需及时更换。若漏气问题仍然没有解决，需交与有资质的航材维修单位进一步定位排故。

2　软件修正方法

修正是指用代数方法与未修正的测量结果相加，以补偿其系统误差，即：

X0=X+c

(1)

式中，X0为真值；X为测试值；c为修正值。

大气数据测试装置的修正正是基于此方法，同时必须保证测试的外部条件(实验室环境、标准设备是否满足修正大气数据测试装置的技术要求等)和设备本身性能良好(开机自检正常、无气体泄漏、系统各功能运行正常等)，否则对大气数据测试装置的修正无实际意义。大气数据测试装置的修正方法大体可分为硬件修正和软件修正。鉴于硬件修正十分复杂，本文仅对软件修正方法加以叙述。

2.1 传统的软件修正方法

大气数据测试装置一般会于出厂前在软件系统控制界面嵌入软件修正这一功能选项，当设备出现超差情况且经判断必须对其进行修正时，需要经具有相应资质的机构对其进行修正、再校准，确认无误后出具证书。目前，广泛应用于各大航空制造企业的Druck、Fluke、Laversab、DMA、Kollsman等公司生产的的大气数据测试装置均配置了此项功能，传统的软件修正方法具有操作简单、时效性好、易于操作掌握的特点。图1为Laversab公司生产的大气数据测试装置的通用修正界面，依据制造商说明书要求，使用标准压力源产生被测大气数据测试装置需要的标准压力值(一般在全量程范围内，静压选取1.000 inHg、38.000 inHg,总压选取1.000 inHg、60.000 inHg各两个测试点，根据标准源的输出能力和制造商说明书技术要求，可对测试点的压力值进行适当调整)，以实现静压(PS)、总压(PT)传感器修正。

图1　Laversab公司大气数据测试装置的通用修正界面

2.2 自主开发的软件修正方法

在实际的计量测试工作中，大气数据测试装置经修正、校准后仍然存在超差的情况，重复修正、校准，状况并未得到很好的改善，即对于该型超差设备，传统的修正方法已经无法满足修正的需求。如果问题不能得到及时解决，无法保证其溯源性，势必会产生高昂的校准费用，不但无法保证正常的周期校准，严重的还会影响飞机研制、运营、维护各环节的顺利开展。

为此，基于Laversab公司大气数据测试装置的技术特点和公司型号研制生产的实际需要，通过探讨研究，本文提出了一种大气数据测试装置软件修正补偿方法，总体设计结构如图2所示。

图2　大气数据测试装置软件修正补偿方法总体设计结构

主要修正命令说明:

1)命令“SA”：如果返回当前的PS值(以inHg为单位)，说明6300与PC通讯成功。

2)命令“AR=1”，“CP=7462”：如果返回为“0”，说明命令有效。返回值不是“0”，说明有错误，需立即查找原因恢复通讯。

3)命令“S*”：静压测试点补偿命令，为大气数据测试装置对应静压测试点读数与标准压力值间的差值提供代数补偿(“*”为测试点序号)。

4)命令“P*”：总压测试点补偿命令，为大气数据测试装置对应测试点总压读数与标准压力值间的差值提供代数补偿(“*”为测试点序号)。大气数据测试装置及部分软件修正界面如图3、图4所示。

图3　大气数据测试装置

图4　部分软件修正界面

与传统软件修正方法在各通道只选取两个测试点进行标定不同，本文开发的大气数据测试装置修正软件，在静压、总压通道全量程内各选取了9个点进行标定，然后经该设备系统内部的数据处理，修正各量程段的数值，表1为使用传统软件修正和开发软件修正复校后分别得出的一组总压数据。实验表明，经开发软件修正后，测试结果满足制造商说明书要求的技术指标，超差问题得到很好的解决，同时各测试点在全量程内具有远优于传统软件修正的线性。

3　结论

现代飞机产业一直都是一个高门槛、高技术、高产值的领域，伴随其高速发展，必然对大气数据测试装置及其他与飞机生产、测试、运营、维护相关的测试设备的可靠性、溯源性提出更高的质量要求。本文从大气数据测试装置超差原因分析及软件修正补偿的方面展开论述，希望能引起更多飞机产业工作者关注飞机测试设备的校准及维修技术，推动现代飞机产业的健康、快速发展。