引言
近年来，随着中国通用航空业的快速发展，通用航空事故量也在增加，为提高飞机运行安全，需进行飞机安全监控与预警技术研究。飞机安全监控与预警技术研究的核心是通过运行数据分析超限事件的数据特征。然而，目前飞机安全监控制度尚未建立，缺乏可靠的运行数据来源，安全监控技术研究无法开展。尤其是军用航空领域，安全监控尚处于空白阶段，因此，需要进行飞机飞行数据模拟技术研究，为飞机安全监控与预警技术研究提供数据支持。
1系统架构
飞机安全监控数据模拟，不仅需要符合飞机实际运行状态，而且要考虑模型和系统的复杂度。因此，选择反映飞机实际运行状态的部分关键系统作为安全监控数据源，具体包括：控制系统模型、动力学模型、发动机关键数据模型、航电传感器模型和大气风环境模型。
其中，动力学模型是整个飞行数据模拟系统的核心，其输入控制系统的控制量、大气风环境数据和发动机运行数据，输出飞机的运行状态数据；发动机关键数据模型用于模拟发动机关键运行数据。航电传感器模型包括：大气数据传感器、组合导航系统、卫星导航（GPS）和无线电高度表等，这些航电传感器模型根据输入的飞机飞行状态数据，解算出航电系统运行数据，最终输出飞机安全监控所需的飞飞机飞行数据。大气风环境模型用于模拟真实大气风环境下的飞机运行数据，通过向系统输入大气速度和方向实现模拟不同的大气风。
2性能监控原理
根据发动机使用说明书，发动机的N2转速代表了发动机的推力，飞机发动机说明书中已经给出了飞机在各个飞行高度、速度、重量等条件下对应的N2和燃油流量。当飞机处在某一飞行状态时，如果仪表指示的N2比性能数据库中的指标大，则说明所需推力大，即机身阻力增加了；同理，当发动机处于某一N2转速时，如果燃油流量比性能数据库中的指标大，则说明发动机性能衰减了。所以，将飞机的实际飞行参数与性能数据库中的基准值进行对比分析，即可判断飞机性能衰减结果。
3稳定巡航条件
目前对飞机巡航阶段描述和计算比较经典的方法主要有3种：
（1）燃油消耗法。燃料使用方法的基础是测量飞机在水平飞行和长时间航段内燃烧的燃料，并将其与飞机发动机说明书中的燃料消耗曲线进行比较。该方法的运行效率不高，且准确度较差。
（2）机载燃油法。机载燃油法根据实际飞行剖面与预测飞行剖面的差异，对飞机的实际性能进行修正；该方法和燃油消耗法类似仅适用于全飞行过程的近似分析和评估，难以精确反映出运营过程的性能衰减。
（3）燃油里程法。是飞行性能评估的重要特征参数，它反映了全机在稳定飞行条件下的性能水平，进而构成衡量巡航飞行性能的参考标准。飞行过程中的测量数据反映了全机精确的瞬时性能，可以用于生成量化的燃油里程，从而反映出真实飞机的巡航能力。
该方法也为本文研究采用的方法，其计算过程和原理为：获得了稳定巡航段记录的数据，根据飞行力学平衡方程计算出升力（或升力系数），并根据飞机飞行性能模型（气动模型、发动机模型），依次计算出阻力、推力及N2值。由N2理论值和N2实测值，根据性能模型，推算出机体性能衰减、发动机性能衰减和总体性能衰减。飞行中监测到的数据代表瞬时的机身或者发动机性能，在稳定巡航过程中收集的数据更精确。
4性能监控实施手段
4.1发动机振动监控
转子是涡轮发动机中的重要组成部分,其主要由盘、轴以及叶片等零件组成,而这些零件在生产加工的过程中由于种种原因会存在一定的尺寸误差,所以在组装成转子以后,在运转的过程中会产生振动现象,而在发动机运行的过程中,转子处于高速旋转状态,如果振动幅度过大将会产生安全事故,所以对于振动值都有明确的规定,只要不超过允许的振动值即可。而在发动机实际运行的过程中会受到其他各种因素的影响而加大振动的幅度,由此导致发动机异常而威胁到飞机的安全性,所以飞机中都会安装发动机振动监控系统,专门监控发动机的振动现象。
发动机的振动监控系统包括振动信号传感器,发动机综合调节器和告警系统三部分。如果振动幅度超过了发动机的极限值,则会发出警告信息并且将相关状态信息存储在系统内,为飞机驾驶员以及维护人员提供有利的信息。
4.2涡轮发动机的滑油监控
滑油系统工作状态监控滑油压力和滑油温度都是是滑油系统中的重要参数,对发动机的性能都有很大的影响,在涡轮发动机上有滑油压力以及温度指示,当达到一定的数值时就会有所显示或者警告。通过对滑油量的监控,可以发现滑油消耗量的变化趋势。轴承封严的损坏或滑油冷却器的故障都会造成滑油消耗量的加大。
4.3滑油中金属屑的监控
在发动机高速运转的过程中,虽然有润滑油的润滑作用,但是各个零部件之间仍然会因为接触而产生磨损,如果磨损较为严重的话,就会导致零件掉皮或者掉块,如果这些金属颗粒进入滑油中,会加剧发动机零部件的磨损程度,不仅会缩短零部件的使用寿命,严重的情况下可能导致安全事故的发生。所以需要对滑油中的金属屑进行监控,从而降低发动机零部件的磨损以及故障的发生几率。
结语
针对飞机安全监控研究缺乏特定飞行场景状态数据的问题，建立了飞机低空运行飞行数据模拟系统，可进行不同大气风环境下飞控、航电传感器和发动机部分数据的综合仿真。验证结果表明，该系统模拟的飞机配平数据与实际飞机运行数据相对误差小，模型准确度高，可辅助飞机安全监控系统确定超限事件的关键运行数据和阈值特征，为快速分析和确定超限事件提供数据基础。
参考文献
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