CN107748492A - 飞机pio试飞指令跟踪器及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及飞机PIO试飞指令跟踪器及工作方法,属于飞机适航试飞领域,具体涉及指令跟踪器硬件设备与软件;利用该设备,可在试飞任务中开展高增益闭环跟踪,通过该任务,利用试飞员主观评价打分,可分析被试飞机是否具有PIO(人机闭环耦合振荡)趋势;利用该设备进行试飞时,可在安全高度上开展试飞任务,因此可以保证飞行试验过程中的安全;因此具有很高的工程应用价值。
Description
技术领域
本发明创造用于飞机飞行品质、飞行控制飞行试验;
背景技术
PIO(Pilot Induced Oscillation)即驾驶员诱发震荡,是指在人机闭环操纵情况下,由于人机系统相互作用而导致非期望的振荡或发散运动。驾驶员诱发振荡(PIO)一直是影响航空飞行器安全的重要因素,历史数据表明,几乎所有采用电传飞控系统的飞机在研制阶段都发生过PIO。特别是随着航空技术的快速发展与航电系统技术升级、主动控制技术的应用,使得飞行控制系统越来越复杂。在一定的使用和飞行条件下,由于操纵系统的非线性、不被驾驶员感觉到的舵机速率变化、飞机响应的延迟、飞控模式的转换等各种因素,更易导致PIO事件发生。
CCAR25部24.153(a)和(b)规定,在任何可能的使用条件下飞机必须可安全操纵和机动,而不需要超常的驾驶技能,也不会有超过飞机限制载荷系数的风险。
发明内容
发明目的
根据《运输类飞机合格审定飞行试验指南》的建议,在民机适航审定试飞过程中,推荐采用闭环指令跟踪的试飞方法,通过增加飞行任务的高增益负荷,去评估飞机是否具有PIO趋势。
根据背景技术需求,研制一套适用于飞机PIO试飞的指令跟踪器;该设备可显示目标的运动姿态和本机的运动姿态,目标的运动姿态可根据程序编程进行移动,本机的运动姿态可通过采集飞机运动参数进行显示。
发明技术方案
任务跟踪画面如附图1所示,飞机飞行高度、速度、过载、迎角等参数直接以数字的形式显示在界面上。本机的运动姿态由俯仰角、滚转角决定。
滚转:坐标轴为圆的弧度,当前值为中心;
俯仰:滚转角为0时,坐标轴为纵向,刻度为水平长线,0度在中心,上正下负;滚转角为正时,俯仰坐标轴顺时针旋转相应的角度,滚转角为负时,逆时针旋转。
以图1所示显示在屏幕上,然后按照设定的任务顺序,显示目标的运动姿态,飞行员操纵飞机当前本机的运动姿态跟踪目标的运动姿态;每完成一个任务,自动或手动切换下一个任务。
目标运动姿态分为3类:由2个俯仰跟踪任务(称为a型与b型跟踪任务)和一个俯仰-滚转综合跟踪任务(称为c型跟踪任务)组成。如图2、3、4所示,横坐标为时间,纵坐标为角度(俯仰角度或滚转角度),a型与b型跟踪任务持续时间为90s,c型跟踪任务持续时间为150s。
目标运动姿态由事先设定的俯仰角和滚转角决定,俯仰角和滚转角按照设定的时间历程变换,软件按照当前的刷新频率定义时刻值来计算目标PIO指令飞行姿态的俯仰角和滚转角。三种跟踪任务依次循环进行或根据任务切换按键进行。
由图2、3、4所示将三种跟踪任务中每种任务对应的俯仰角和滚转角计算函数、任务持续总时间写入配置文件中,其中a型与b型俯仰任务对应的滚转角度为0。
目标任务启动后,将配置文件中三种任务对应的计算函数和任务持续总时间加载到内存,根据当前刷新频率累加时刻值(每个任务时刻值都从0开始,根据任务不同时刻值累加达到任务持续总时间时,切换下一个任务),调用任务对应的俯仰角和滚转角计算函数,利用时刻值计算出该时刻飞机的俯仰角和滚转角,用于目标PIO飞行姿态的显示,PIO指令飞行姿态显示方式与实时飞机飞行姿态类似,只是数据源不同。
该硬件设备(PIO指令跟踪器)安装于飞机驾驶舱遮光罩中部上侧,如附图5所示,方便飞行员观察和执行任务,同时不影响正常飞行任务的视线。PIO试飞指令跟踪器由液晶屏、CPU板、电源板、SATA盘、外部接口连接器组成,使用28V DC供电,并提供一路电源输入接口、一路千兆以太网接口和一路调试接口。
飞机PIO试飞指令跟踪器通过千兆以太网与机载实时数据处理子系统互连,如图6所示。通过网线将飞机PIO试飞指令跟踪器与机载实时数据处理子系统机载网络交换机连接一起,并接收机载实时数据处理子系统发出的网络数据,数据传输方式为UDP组播。
PIO试飞指令跟踪器包含8个按键,位于设备的左右两侧,分别为任务加载、任务切换、任务启动、任务暂停、亮度+、亮度-、刷新、复位。如图7所示,其中,
a)任务加载按键:用于加载PIO指令任务;
b)任务切换按键:每次飞行包括三种不同的任务(2个俯仰跟踪任务,俯仰-滚转综合跟踪任务),通过该按键完成不同任务之间的切换;
c)任务启动按键:任务暂停后,通过该按键启动任务;
d)任务暂停按键:通过该按键暂停任务执行,目标PIO指令将暂停执行;
e)亮度+按键:增加显示屏亮度;
f)亮度-按键:降低显示屏亮度;
g)刷新按键:提供四种不同的刷新频率,1次/秒、2次/秒、4次/秒和8次/秒,通过该按键完成四种刷新频率切换。
飞机上电时,PIO试飞指令跟踪器自动上电,PIO试飞指令跟踪软件驻留在PIO试飞指令跟踪器SATA硬盘上,设备加电后软件开机自运行。软件组成如图8所示,PIO试飞指令跟踪软件的输入为机载实时数据处理子系统发出的网络数据包,包括飞机的基本参数信息:飞行高度、飞行速度、俯仰角、迎角、滚转角、侧滑角、航向、过载。具体的软件工作过程如下所示,
第一步,PIO试飞指令跟踪软件启动后,加载配置文件,完成设备初始化、界面初始化、网络初始化,设置目标PIO指令定时器,创建网络数据接收线程、IO操作线程和地面配置线程,分别为等待接收网络数据、获取用户按键操作和接收地面配置文件传输;
第二步,待网络数据接收线程接收到数据后,按照网络包格式完成参数解析,获取飞机基本参数信息;
第三步,按照飞行姿态计算方法,将飞机基本参数信息转换为飞机的飞行姿态进行显示;
第四步,调用定时器函数获取当前时刻对应的角度值,根据飞行姿态计算方法,显示目标PIO指令的飞行姿态;
第二步至第四步为网络数据接收线程所完成工作,线程重复执行第二步至第四步工作,直至设备下电或任务暂停。
第五步,IO操作线程捕捉到用户触发按键,得到按键值,完成不同的按键响应;
第五步为IO操作线程所完成工作,该线程一直监听用户按键操作,并对按键做出反馈。
第六步,接收地面配置软件命令,按照命令完成地面任务请求;
第七步为地面配置线程所完成工作,该线程监听来自地面的TCP连接,完成配置软件接收。
以上三个线程同时运行,互不干扰。
本发明有益效果
通过该项目的开展,可开展飞机闭环跟踪任务中的PIO趋势评估,在民机适航取证试飞中具有重要的支撑作用。同时,利用该设备进行飞行试验时,可在安全高度上开展,避免了其他闭环跟踪任务的飞行安全问题。
附图说明
图1是PIO指令跟踪软件界面示意图。
图2是a型俯仰跟踪任务。
图3是b型俯仰跟踪任务。
图4是c型俯仰和滚转跟踪任务的组合。
图5是PIO指令跟踪器尺寸图。
图6是PIO指令跟踪器安装位置。
图7是PIO指令跟踪设备与机载测试设备交联图。
图8是PIO指令跟踪软件结构框图。
图9是PIO指令跟踪软件流程图。
具体实施方式
飞机PIO试飞指令跟踪器,其特征在于:由液晶屏、CPU板、电源板、SATA盘、外部接口连接器组成,PIO试飞指令跟踪软件安装在SATA盘上,所述跟踪器使用28V DC供电,并提供一路电源输入接口、一路千兆以太网接口和一路调试接口。通过千兆以太网与机载实时数据处理子系统互连,即通过网线将飞机PIO试飞指令跟踪器与机载实时数据处理子系统机载网络交换机连接一起,并接收机载实时数据处理子系统发出的网络数据,数据传输方式为UDP组播。
PIO试飞指令跟踪软件的工作步骤如下:
第一步,PIO试飞指令跟踪软件启动后,加载配置文件,完成设备初始化、界面初始化、网络初始化,设置目标PIO指令定时器,创建网络数据接收线程、IO操作线程和地面配置线程,分别为等待接收网络数据、获取用户按键操作和接收地面配置文件传输;
第二步,待网络数据接收线程接收到数据后,按照网络包格式完成参数解析,获取飞机基本参数信息;
第三步,按照飞行姿态计算方法,将飞机基本参数信息转换为飞机的飞行姿态进行显示;
第四步,调用定时器函数获取当前时刻对应的角度值,根据飞行姿态计算方法,显示目标PIO指令的飞行姿态;
第二步至第四步为网络数据接收线程所完成工作,线程重复执行第二步至第四步工作,直至设备下电或任务暂停;
第五步,IO操作线程捕捉到用户触发按键,得到按键值,完成不同的按键响应;
第五步为IO操作线程所完成工作,该线程一直监听用户按键操作,并对按键做出反馈;
第六步,接收地面配置软件命令,按照命令完成地面任务请求;
第七步为地面配置线程所完成工作,该线程监听来自地面的TCP连接,完成配置软件接收。
飞机PIO试飞指令跟踪器的工作方法,其特征在于,具体过程如下:
步骤一:人机交互
通过人机交互设备的周边键控制任务启停、加载、切换、数据下载、亮度调节、刷新频率调节、复位;
步骤二:数据接收
可接收机载实时数据系统发出的网络数据包;
步骤三:数据处理
完成网络包数据解析,根据飞机的基本参数信息,计算出本机的运动姿态;
步骤四:数据显示
提供目标跟踪时的图形化监控功能,可显示参数包括高度、速度、过载、迎角、俯仰角、滚转角、本机的运动姿态和目标的运动姿态等信息;
步骤五:数据记录
支持100%原始数据存储和处理后的数据存储,数据记录格式符合IRIG第十章遥测标准;
步骤六:数据下载
提供USB接口、网络接口下载方式,可将数据全部下载;
步骤七:配置更新
通过地面配置管理软件,可完成飞机PIO试飞指令跟踪器的配置管理,包括配置文件更新、IP地址设置、飞机PIO试飞指令跟踪器状态监控;
步骤八:跟踪任务管理
跟踪任务管理由2个俯仰跟踪任务和一个俯仰-滚转综合跟踪任务组成,负责任务的管理和调度。
PIO指令跟踪器安装在飞行员座舱,用于指导飞行员完成PIO指令操作。
PIO指令跟踪器所需飞行基本参数数据由机载实时数据处理子系统(试飞院研制,现安装于C919客舱机载测试机柜中)提供。机载实时数据处理子系统根据PIO指令跟踪器所需参数,从机载采集器网络数据包中完成参数筛选、工程量转换,并通过一个专用网络端口转发至机载实时数据处理子系统的网络交换机中。
PIO指令跟踪器接收机载实时数据处理子系统转发的实时飞行数据,完成数据解析和飞机飞行姿态显示,通过千兆以太网实现PIO指令跟踪器与机载实时数据处理子系统的互连。
PIO试飞飞机PIO试飞指令跟踪器软件具备以下功能:
人机交互、数据接收、数据处理、数据显示、跟踪任务管理、配置更新。
PIO试飞飞机PIO试飞指令跟踪器软件首先进行配置加载,完成设备的初始化。创建数据接收线程,飞机PIO试飞指令跟踪器来自机载实时系统发送的数据包,完成参数提取和数据存储工作。软件的关键在于合理调配各个功能模块之间的资源,其流程如图9所示。
Claims (4)
1.飞机PIO试飞指令跟踪器,其特征在于:由液晶屏、CPU板、电源板、SATA盘、外部接口连接器组成,PIO试飞指令跟踪软件安装在SATA盘上,所述跟踪器使用28V DC供电,并提供一路电源输入接口、一路千兆以太网接口和一路调试接口。
2.如权利要求1所述跟踪器,其特征在于,通过千兆以太网与机载实时数据处理子系统互连,即通过网线将飞机PIO试飞指令跟踪器与机载实时数据处理子系统机载网络交换机连接一起,并接收机载实时数据处理子系统发出的网络数据,数据传输方式为UDP组播。
3.根据权利要求1所述跟踪器,其特征在于,PIO试飞指令跟踪软件的工作步骤如下:
第一步,PIO试飞指令跟踪软件启动后,加载配置文件,完成设备初始化、界面初始化、网络初始化,设置目标PIO指令定时器,创建网络数据接收线程、IO操作线程和地面配置线程,分别为等待接收网络数据、获取用户按键操作和接收地面配置文件传输;
第二步,待网络数据接收线程接收到数据后,按照网络包格式完成参数解析,获取飞机基本参数信息;
第三步,按照飞行姿态计算方法,将飞机基本参数信息转换为飞机的飞行姿态进行显示;
第四步,调用定时器函数获取当前时刻对应的角度值,根据飞行姿态计算方法,显示目标PIO指令的飞行姿态;
第二步至第四步为网络数据接收线程所完成工作,线程重复执行第二步至第四步工作,直至设备下电或任务暂停;
第五步,IO操作线程捕捉到用户触发按键,得到按键值,完成不同的按键响应;
第五步为IO操作线程所完成工作,该线程一直监听用户按键操作,并对按键做出反馈;
第六步,接收地面配置软件命令,按照命令完成地面任务请求;
第七步为地面配置线程所完成工作,该线程监听来自地面的TCP连接,完成配置软件接收。
4.根据权利要求1所述的飞机PIO试飞指令跟踪器的工作方法,其特征在于,具体过程如下:
步骤一:人机交互
通过人机交互设备的周边键控制任务启停、加载、切换、数据下载、亮度调节、刷新频率调节、复位;
步骤二:数据接收
可接收机载实时数据系统发出的网络数据包;
步骤三:数据处理
完成网络包数据解析,根据飞机的基本参数信息,计算出本机的运动姿态;
步骤四:数据显示
提供目标跟踪时的图形化监控功能,可显示参数包括高度、速度、过载、迎角、俯仰角、滚转角、本机的运动姿态和目标的运动姿态等信息;
步骤五:数据记录
支持100%原始数据存储和处理后的数据存储,数据记录格式符合IRIG第十章遥测标准;
步骤六:数据下载
提供USB接口、网络接口下载方式,可将数据全部下载;
步骤七:配置更新
通过地面配置管理软件,可完成飞机PIO试飞指令跟踪器的配置管理,包括配置文件更新、IP地址设置、飞机PIO试飞指令跟踪器状态监控;
步骤八:跟踪任务管理
跟踪任务管理由2个俯仰跟踪任务和一个俯仰-滚转综合跟踪任务组成,负责任务的管理和调度。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180302 |
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