综合试飞底层逻辑分析_李育超.pdf

中国科技信息 2023 年第 3 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2023-38-航空航天科研试飞是为验证产品是否达到研制总要求和型号规划指标所进行的飞行试验，主要验证飞行器、动力装置及机载设备性能参数是否满足战术指标和使用要求。科研试飞作为装备定型批产的前置程序，往往伴随着一定的紧迫性，并需要投入大量资源，因此，开展综合试飞研究，探索如何科学高效地进行试飞科目的综合可以提高资源利用率，缩短试飞周期，从而提升试飞效率。文章从某飞机试验点入手展开研究，分析了综合试飞的使用场景及影响因素，并提出了综合试飞设计的基本原则，最后，给出了自动化综合试飞的实现逻辑。试验点的分类本次综合试飞研究基于某飞机平台科目试验点库开展，试验点提取自传统的试验科目，主要包括性能、品质、强度科目等，同时试验点又包含很多自身的定义属性，如高度、速度、构型等，具体如图 1 所示。文章分别按照传统专业分类及任务剖面分类对试验点特性进行了分析研究。按传统专业分类飞机平台试飞主要包括：性能、品质、飞控、结构完整性及液压试飞。性能试飞包括空速校准、最大/最小速度、升行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度综合试飞底层逻辑分析李育超 齐婵颖李育超1 齐婵颖21.中国飞行试验研究院;2.空装驻西安地区第五军事代表室图 1 试验点逻辑图-39-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2023中国科技信息 2023 年第 3 期航空航天限及起降性能等试验点；品质试飞包括纵向、横航向稳定性、闭环飞行品质、小速度特性等试验点；飞控试飞包括稳定裕度、控制增稳、姿态/速度保持及导航等试验点；结构完整性试飞包括三向机动、颤振、振动及噪声试验点；液压系统试飞包括液压系统正常功能、负加速及高温试验等试验点。按任务剖面分类飞行包线的主要描述维度为速度和高度，按照这两个参数，试验点基本可以分为三类：第一类为在固定的速度、固定高度下执行的试验点，如空速校准、巡航、纵向短周期特性等；第二类为固定高度下一定速度范围内执行的试验点，如最大平飞马赫数、最大平飞表速、水平加速性方式等；第三类为在一定的高度范围和速度范围执行的试验点，如爬升性能、配平功能、驾驶杆脚蹬试飞等。通过对五个专业大类的试验点剖面的分布情况进行绘制分析，各专业试验点飞行高度和速度存在一定比例的重合，具备开展综合试飞的潜能。后续需要进一步考虑试验机重量、构形、技术状态、地形要求及任务执行的具体要求等进行综合分析研究。综合试飞影响因素综合试飞既可以在任务规划阶段开展任务综合，提升试飞大纲编制质量，为后续试飞安排提供参考，也可以在任务执行阶段基于现有资源和试验机技术状态进行未来若干架次试飞计划编制。综合试飞的影响因素主要归为三类：试验点属性、试验机属性和任务属性。综合试飞的使用场景和实现方式综合试飞有两种使用场景：一种是某飞机试飞任务开始前根据各试验机分工开展的前期总体综合试飞规划设计，只考虑宏观因素；第二种是在试飞任务具体执行过程中，根据实时的试验机技术状态、改装情况及所处机场等因素实时进行的当前架次的试飞任务规划。综合试飞有两种实现方式：一种是在各试飞架次中，对试验点进行更加合理、高效的综合设计，各试验点之间是连续执行的串行关系；第二种是某些试验点的基本属性重合，在执行某一试验点的同时可以获取另外一些试验点的数据，各试验点之间是伴随发生的并行关系。在综合试飞的过程中，以上两种融合方式对综合试飞的效率提升均有较大意义，在综合试飞设计时都应该充分考虑。综合试飞的影响因素在进行综合试飞设计时，应该考虑的主要影响因素包括：试验机分工、任务剖面、重量、构形、发动机状态、地域地形、试验点优先级、风险等级、任务密度及具体动作要求等。根据其相关属性主要可以分为以下 3 类：1.试验点属性：速度、高度、重量、油量、构形、发动机状态、配试资源、执行时间、试验点优先级、机场或地形要求；2.试验机属性：试验机数量、分工、所处位置、技术状态；3.任务属性：单架次飞行时间、任务密度、风险级别、飞行员选择。如图 2 所示。在进行前期总体规划综合试飞设计时，只需考虑试验点属性进行综合试飞设计，这样的设计不考虑其他干扰因素，只基于试验点本身的特性，设计结果清晰明了，对后期整体试飞规划具有较大的指导意义。在试飞任务执行过程中，会因为试飞地域的变化、资源情况及试验机技术状态的不断变化，需要进行当前架次或者后续若干架次的试飞任务设计，这时候需要同时考虑试验点属性、试验机属性和任务属性，在综合考虑试验点要求和当前试飞条件的基础上生成当前可开展的试飞任务，这对现阶段试飞任务的综合设计具有较大的实用价值。综合试飞基本原则在开展综合试飞设计时，必须遵循一些基本原则，设计出一套综合试飞的基本逻辑，基于这套逻辑编写程序实现自动化综合设计。这些基本原则包括：试验点属性、试验机属性和任务属性。试验点属性速度、高度、重量、油量、构形、发动机状态、配试资源、机场或地形作为试验点的基本属性对综合试飞设计的影响方式相同。试验点执行时间：根据油量可以估算一个架次中爬升、下降及任务段时间，结合试验点执行时间及试验点间隔时间计算单架次内可以融合的试验点数量。试验点优先级：如果试验点库不进行优先级分类，采用计算机程序自动进行综合设计，会产生多种充满随机性的组合形式。因此，综合设计应该基于试飞要求和传统经验，对试验点进行优先级分类，包括强制优先级和建议优先级，强制优先级是指前序试验点的执行是后续试验点执行的先决条件，在进行试验点分级时需着重考虑，并明确强制优先级具体关系脉络。建议优先级需要遵循相关标准和传统试飞经验，对试验点进行优先级划分，在综合设计时按照优先级次序，突出重点自动生成。图 2 综合试飞的影响因素中国科技信息 2023 年第 3 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2023-40-航空航天试验机属性试验机属性包括：试验机数量、分工、所处位置、技术状态。上述因素在进行前期综合试飞总体规划时不作考虑，在基于当前架次的任务规划中需要考虑。比如：在本场要规划下周若干架次的飞行内容，可在综合试飞自动化软件用户界面设置若干选项卡，如：机号（跟分工绑定）、配试资源（挂架、刚度弹等）、技术状态（飞机完好情况、测试改装状态、软件版本等），将试验机属性纳入综合设计考虑因素中。任务属性任务属性包含：单架次飞行时间、任务密度、风险级别、飞行员选择。上述因素在进行前期综合试飞总体规划时不作考虑，在基于当前架次的任务规划中需要考虑。根据当前架次油量，可以大致推算出飞行时间，综合考虑起飞爬升、下降着陆及任务时间，从而合理安排试验点的数量，对于容易引起试飞员疲劳的科目，在预估试验点执行时间时应适当延长时间，避免试飞员疲劳。对于风险科目，在进行试验点综合时，规定一类风险科目不参与综合，无特殊要求的可并行综合试验点除外。对于品质科目，在闭环特性试飞时，需要不少于 3 名试飞员进行评价。综合试飞实现逻辑综合试飞具体的实现方式为将试验点综合逻辑和规则编辑成程序，采用程序自动设计生成。设计逻辑为给每个试验点赋予相关属性，将其视作一个小的模块，在考虑属性相容性的情况下进行编排组合，达到综合试飞的目的。前期规划性综合试飞前期规划综合试飞只考虑试验点属性，在项目开始前对整个试飞内容进行规划设计，同时结合实际飞行包线，按照起飞爬升、巡航、下降着陆对任务进行阶段划分，每架次按照固定飞行时间估计（如按 80%满油状态计算飞行时间）。具体实现逻辑分为两大步：第一步：试验点的整定根据优先级对试验点进行分级；隔离出外场试验点（如高原、颤振等必须在外场执行的科目）；将飞行剖面划分为三段起飞爬升段、任务执行段及下降着陆段，其中大于等于 3km 为任务执行段，其他两个阶段小于 3km，并将试验点按照高度分类，试验点高度不确定的单独分为一类；明确试验点间的强制优先级关系。整个过程如图 3 所示。第二步：试验点的综合设计1.在起飞爬升段、任务执行段及下降着陆段每个任务段内执行以下程序：首先选取高优先级中的强制优先级试验点大类，按照试验点大类内部排序，根据高度、速度、试验机构形进行试验点任务编排，同步进行单架次任务累计时间计算，达到单架次可用时间后停止搜索添加新的试验点。若该层级已无强制试验点，则选取建议优先试验点进行任务编排（与强制试验点不同的是，建议优先级中先选该试验点大类中优先高度（d）试验点大类强制优先级关系图 3 试验点的整定（a）试验点大类的分级（b）外场试验点大类的分离（c）试验点大类按任务剖面划分-41-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2023中国科技信息 2023 年第 3 期航空航天下的试验点，再搜索同级或者下级中同高度、同构形的试验点进行编排，在当前最高优先级三级范围内搜索）。如遇到高度、速度为区间内任一点的试验点，只要当前高度或速度点在该区间中，即可纳入当前状态进行规划。如遇到升限类型试验点，需要在全包线内爬升，则单独安排架次，再根据优先级和高度综合其他试验点。2.完成单架次任务编排后在整个试验点库中搜索其他具有相同速度、高度及构形要求的试验点，评价是否满足并行综合条件。3.上述过程循环一次完成一个架次任务规划，规划完成后对本架次已经规划的试验点进行标记，再按照上述逻辑进行规划，通过反复循环，最终完成全部试验点综合试飞设计。具体如图 4 所示。试飞过程中综合试飞试飞过程中的综合试飞设计是基于现有试飞资源及目前试验机技术状态针对未来一个架次或未来若干架次进行试验点规划设计的。这个过程中，除试验点属性外，必须将试验机属性和任务属性纳入考虑范畴，统筹考虑当前试验机状态、资源情况及任务情况进行试飞任务规划。实现逻辑与上述中类似，但在程序设计中需添加一个用户界面，如图 5 所示，对当前试飞任务设计的主要影响因素进行初始化设置，然后点击“生成”，即可生成所需架次的试验点规划内容。生成后的结果试验设计人员可以根据实际需要进行二次调整。具体实现逻辑如下：第一步：更新试验点库，对已完成试验进行标记，本次设计中不再选取；第二步：通过用户界面初始化当前试飞任务规划的影响因素；第三步：点击生成按钮，进行未来所需架次综合试飞规划。其实现逻辑与上述中类似，仍然按照试验剖面划分和优先级选取试验点，根据试验点高度、速度等信息进行试验点综合；第四步：完成任务编排后搜索其他具有相同速度、高度及构形要求的试验点，评价是否满足并行综合条件；第五步：上述过程循环一次完成一个架次任务规划，规划完成后将已经规划的试验点进行标记，再按照上述逻辑反复循环，最终完成指定架次数的综合试飞设计。具体如图 6 所示。结语通过对已有型号试验点库的分析研究，结合综合试飞的使用场景和实现方式，归纳梳理了综合试飞影响因素，提出了基于试验点属性、试验机属性及任务属性的综合试飞方法和自动化综合试飞设计逻辑。图 6 试飞过程中综合试飞规划设计流程图图 5 试飞过程中综合试飞设计界面图 4 前期规划综合试飞设计流程图