浅谈飞行参数记录系统发展

浅谈飞行参数记录系统发展

张璇

中航西飞

【摘  要】主要从飞行参数记录系统的发展历程及现状进行分析总结，对国内飞行参数记录系统的问题和未来飞行参数记录系统的发展趋势进行探讨。

【关键词】飞行参数记录系统  黑匣子

1.飞行参数记录系统概述

飞行参数记录系统在系统启动后，自动实时地记录飞机的飞行状态参数和发动机工作状态参数，为分析飞行情况及飞机性能提供必要的数据。飞机制造厂根据试飞数据改进设计方案或制造工艺，消除飞机上的各种隐患，使飞机有更好的安全性能和经济性能；在飞行培训中，可利用记录的数据来评定驾驶员的驾驶技术，确保训练质量；航空工程部门根据数据的衰变，快速准确地判明飞机的故障、飞机性能及发动机性能的变化趋势，以便确定维修实施程序进行维修。此外，当飞机出现事故后，可以根据记录数据帮助分析事故原因等。

2.飞行参数记录系统历史发展

2.1早期设计

最早可以证实的尝试是于1939年，François Hussenot和Paul Beaudouin在法国马里尼亚讷飞行测试中心尝试制作的“HB型”飞行记录器。这种记录器本质上是一种照片飞行记录，因为数据是记录在一卷长8米，宽88毫米的的胶卷上。胶卷潜影是根据记录数据（如海拔高度，速度等）的量级调整镜面反光，通过细光线形成。“HB”型飞行记录器于1941年收到生产前试运行订单，法国飞行测试中心一直保持对“HB”型飞行记录器的使用直至20世纪70年代。

另一种飞行参数记录系统于二战期间由英国开发。Len Harrison和Vic Husband开发出了一种设备，可以保证飞行数据在撞击和火烧时保存完好。这种设备就是现在飞行参数记录器的雏形，可以承受机组成员无法承受的条件。它使用铜箔作为记录介质，对不同的飞行器操作有不同的响应。箔片在设定的时间间隔内定期推进，用以记录飞行器的操作记录。

首个现代飞行数据记录器“Mata Hari”由芬兰航空工程师Veijo Hietala于1942年制造。这个高科技黑匣子可以记录芬兰Tampere主机厂制造和维修的战斗机在测试飞行中的所有重要数据。

在二战期间，英美空军成功实验了飞机舱音记录。1943年8月美国空军在一架前往纳粹占领法国执行战斗任务的B-17轰炸机上，使用磁线记录器进行了机组成员机内通话记录的实验。两天后语音记录通过广播传回美国。

2.2飞行参数记录系统发展

飞行参数记录装置经历了从模拟式到数字式，以及快速存取记录器光盘记录到无线存取记录器无线自动下传数据的历程。

早期飞行参数记录器采用的记录介质是纸带，而后改进为感光胶片，再后来应用磁技术，磁技术记录介质又经历了钢丝、钢带、磁带几个阶段，目前记录的主要介质是半导体存储器芯片。

20 世纪60 年代，随着电磁技术的不断发展，出现了钢丝式磁信号记录器和磁带式记录器，主要以俄罗斯为代表。这种记录器的体积庞大，记录的数据种类或数量可以达到几十上百，结构很复杂，不便于维护。

20 世纪90 年代随着电子技术、计算机技术和半导体存储技术的发展，出现了半导体存储器—电晶存储板，发展成了数字式飞行数据记录器，其记录的数据可以倍增，可以达到500 个。目前世界航空器制造商广泛使用的记录器就是以这种半导体存储器为记忆体，由计算机控制的电子式数据采集和记录系统。它不但可以连续记录25 小时的飞行数据，还可以记录最后的2 小时语音信号。世界各国航空公司已经全面转向电子技术，黑匣子的制造商早已不再生产磁带式的记录器。

2.3国产飞行参数记录系统发展

国产飞行参数记录系统至今已发展了三代产品，目前正在研制第四代产品。

1981 年，我国研制出第一代飞参系统，记录方式为磁带式，记录参数13 个， 不具有防坠毁功能。

1986 年，我国研发出第二代飞参系统，记录方式为高温磁带式，记录参数35 个，具有防坠毁功能。

1989 年，我国研制出第三代飞参系统，采用了超大规模集成电路、计算机技术、总线技术和数据压缩技术，记录方式为半导体芯片式的固态存储，记录参数为50-70 个。

1994 年至今，我国研制的飞参系统属于第四代，采用大规模、超大规模集成电路、固态存贮及坠毁幸存性等技术，具有较高的可靠性和免维护性，记录信号达上百个。技术上达到九十年代中期的国际水平。

3.国内飞行参数记录系统存在的问题

国内飞行参数记录系统由于发展时间短，受认知水平和技术水平的限制，在实际使用中存在一些问题，主要体现在以下几个方面。

3.1飞参数据质量差距

国内飞参数据的质量与国际先进水平仍存在较大差距。飞参数据的“质”是指飞参数据的精度。国内飞行参数记录系统受制于传感器精度，传输信号等原因，飞参数据准确度偏低；部分传感器设计参数变化要求有误，信号量程范围不够；部分地面译码设备和判读设备软件中设置有不合适的信号输出范围限制和滤波处理，可能导致飞参不能真实反映飞机的真实状态，从而掩盖事实真相。部分重要参数的采样率过低，难以准确反映飞机剧烈变化下的动态特性，从而加大判定飞机动态变化的判断过程的难度。飞参数据的“量”是指飞参数据的数量。目前国产飞参记录的数据还是偏少，部分机型缺少对飞行员操纵的重要参数的记录，由于受机体结构的影响，部分机型仅能保证基础系统参数，满足日常维护和飞行评估的需要。

3.2 飞参地面应用与现场维护性差

飞参装备型号多，通用性差。国内飞机目前装备有几十种型号的飞参，甚至同一型号的飞机装备了多种型号的飞参。各机场多种飞参型号同时存在，机载设备和地面保障设备，软件不通用，造成多种设备必须同时存在于现场的情况。

部分飞参型号地面数据卸载与地面判读时间长，影响飞机的再次出动。

4.国内飞参发展思路

鉴于国内飞参现在存在的问题，特提出以下发展设想。

4.1飞参硬件升级换代

针对国内飞参数据质量的问题，应加快研发数据采集处理能力，加大飞行参数记录器容量，增加记录参数的种类，针对不同记录参数采取合适的记录时域，换装精度更高的传感器，使飞行参数记录系统对飞行状态的反映更加客观准确。

4.2飞参软件标准化、体系化、智能化

各机型飞行参数记录系统软件应进行标准化管理，改变目前软件各自为战的现状，在设计系统时均参考相关标准设计，配套地面设备、维修保障设备等要统筹考虑，确保设备的通用化与易用化。

软件设计应重点考虑模块化设计，在保持顶层设计统一的前提下，针对不同机型，不同任务及不同用户需求制定相应的模块化设计，且不同模块间具有良好的互换与组合性，在参数类别相同或相近的情况下，形成良好的飞参数据记录体系。

飞参数据地面管理系统可通过专业的软件快速对飞行参数进行判读，对飞行质量进行有效评估，对飞行故障进行报告，对可能存在的系统问题进行判断与预警。当飞参数据记录体系成规模后，可通过对各类标准化飞行参数的大数据联合分析，使用AI自我学习技术，不断完善地面管理系统的专家判读，从而在节省人力、物力的同时，有效避免因人为差错导致的误判与漏判，进一步保障飞行安全。

开发飞参实时传输系统。通过实时传输系统，有效减少飞行架次后的数据卸载与译码时间。通过数据的实时传输，地面指挥员可以更加精确的判断飞行质量，并在飞行过程中提出飞行要求，从而提高训练质量。同时，飞行参数的实时传输可准确反映飞机的实时状态，对于突发事件的地面引导处理和紧急响应具有宝贵的意义。对于突发故障的准确判断至关重要，可减少飞行风险及复飞验证飞行故障的频次。

5.结语

随着航空业的发展，飞行参数记录系统的作用将会由最早的数据记录与故障分析扩展到对飞行品质分析，飞行器环境影响及机载设备、系统实时监控与信号传输，飞行训练与实战指挥等诸多领域，成为提高飞行品质，保障飞行安全，节省飞行成本的重要武器。