鄧永恒，趙慶偉，魏坤鵬，孫宏

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基于Matlab的Cessna172R飛機(jī)飛行訓(xùn)練超限事件研究＊

鄧永恒，趙慶偉，魏坤鵬，孫宏

（中國(guó)民航飛行學(xué)院，四川 廣漢 618307）

通過(guò)分析Cessna172R飛機(jī)機(jī)載航電系統(tǒng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的格式，運(yùn)用Matlab分析軟件，提取了一次飛行訓(xùn)練過(guò)程中的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、指示空速、坡度三種超限事件評(píng)判數(shù)據(jù)以及時(shí)間數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)超限事件評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，建立了這3種超限事件評(píng)判方法，并通過(guò)仿真分析得到了此次飛行訓(xùn)練過(guò)程中發(fā)生的超限事件，此方法為飛行訓(xùn)練超限事件研究提供了一種解決思路。

Cessna172R飛機(jī)；飛行訓(xùn)練；Matlab；超限事件

飛行中的超限事件主要指超過(guò)飛行程序、訓(xùn)練手冊(cè)規(guī)定范圍的操縱動(dòng)作，比如著陸過(guò)重、空中小速度、盤旋坡度超過(guò)機(jī)型飛行包線限制等[1-2]，飛行訓(xùn)練中的超限事件往往是發(fā)生飛行事故的前兆，或預(yù)示著存在潛在的安全隱患。通過(guò)對(duì)日常飛行訓(xùn)練中相關(guān)飛行數(shù)據(jù)的分析，及時(shí)診斷出各類超限事件并總結(jié)其發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律，是航空安全管理工作中最重要的內(nèi)容，也是防范飛行訓(xùn)練風(fēng)險(xiǎn)、預(yù)防事故發(fā)生的重要手段。傳統(tǒng)診斷飛行超限事件的方法是人為報(bào)告，或在機(jī)務(wù)維修中發(fā)現(xiàn)飛機(jī)故障，進(jìn)行倒查，但這些方法信息比較滯后且信息易失真，因此，在通航領(lǐng)域，超限事件分析工作的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是借鑒運(yùn)輸航空中的QAR分析工具，對(duì)機(jī)載航電系統(tǒng)中記錄的飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，診斷、預(yù)警不安全超限事件的發(fā)生。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)通航飛行訓(xùn)練超限事件研究較少，為了解決這一問(wèn)題，本文選取安裝Garmin1000航電系統(tǒng)的訓(xùn)練飛機(jī)Cessna172R的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，結(jié)合Matlab分析軟件，編寫了幾種超限事件的相關(guān)程序，找出了飛行訓(xùn)練過(guò)程中的超限事件，此方法可以為飛行訓(xùn)練超限事件研究提供一種思路。

1 飛行數(shù)據(jù)獲取及提取

Cessna172R飛機(jī)裝載的Garmin1000航電系統(tǒng)帶有數(shù)據(jù)采集接口，一張SD卡可以存儲(chǔ)飛行過(guò)程中的飛參數(shù)據(jù)，通過(guò)SD卡可以獲得飛行訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并以.CSV格式存儲(chǔ)[3]，使用Excel可以打開(kāi)文件。文件共有64列，分別對(duì)應(yīng)飛行過(guò)程中的不同參數(shù)，并每秒存儲(chǔ)1次，前三行為相關(guān)參數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)提取有一定的干擾。為了避免在數(shù)據(jù)提取時(shí)造成影響，在編程時(shí)首先使用textscan函數(shù)將前三行剔除，并使用此函數(shù)提取剩余數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)為1×64的元胞數(shù)組，由于文件格式的特殊性，提取的數(shù)據(jù)使用%s（字符串）格式存儲(chǔ)。如果直接使用數(shù)值型存儲(chǔ)，則會(huì)出現(xiàn)列數(shù)變少、信息失真等問(wèn)題。

本文主要針對(duì)飛行訓(xùn)練過(guò)程中的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、指示空速、坡度的超限進(jìn)行分析，根據(jù)《安全程序與措施》規(guī)定，Cessna172R飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化率大于等于600 r/min，構(gòu)成粗猛操縱油門事件；根據(jù)《Cessna172R AFM/PRM》規(guī)定[4]，指示空速大于等于129節(jié)，構(gòu)成指示空速超限事件；根據(jù)《實(shí)踐考試標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，Cessna172R飛機(jī)坡度超過(guò)±55°，構(gòu)成坡度超限事件。

根據(jù)3個(gè)評(píng)判指標(biāo)所需分析的數(shù)據(jù)，將元胞數(shù)組中對(duì)應(yīng)列賦值于這3個(gè)指標(biāo)，同時(shí)提取時(shí)間列。由于評(píng)價(jià)指標(biāo)都為數(shù)值，需將3個(gè)指標(biāo)格式轉(zhuǎn)化為數(shù)值型，這4組數(shù)據(jù)構(gòu)成了超限事件研究的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)獲取及提取流程如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)獲取及提取流程

2 評(píng)判方法的建立

根據(jù)3個(gè)評(píng)判指標(biāo)以及時(shí)間的數(shù)據(jù)格式，結(jié)合上述構(gòu)成超限事件的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，使用Matlab中的while與if嵌套循環(huán)，便可查找每種超限事件發(fā)生的點(diǎn)。以下為3種超限事件的評(píng)判方法：①粗猛操縱油門的評(píng)判方法。比較前、后兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的差值，如果差值大于等于600，則以前者為中心存儲(chǔ)一定時(shí)間范圍的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速值及對(duì)應(yīng)時(shí)間，不斷比較直至數(shù)據(jù)的末尾，存儲(chǔ)所有發(fā)生超限的數(shù)據(jù)，流程圖如圖2所示。②指示空速超限評(píng)判方法。判斷每個(gè)指示空速是否大于等于129.如果結(jié)果為真，則以此為中心存儲(chǔ)一定時(shí)間范圍的指示空速值及對(duì)應(yīng)時(shí)間，下一次判斷則跳出此范圍，不斷判斷直到數(shù)據(jù)的末尾，存儲(chǔ)所有發(fā)生超限的數(shù)據(jù)，流程圖如圖3所示。在圖3中第二個(gè)判斷框出現(xiàn)2個(gè)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，指示空速超限評(píng)判使用上半部分。③坡度超限評(píng)判方法。同指示空速超限評(píng)判方法，流程圖如圖3所示，僅在第二個(gè)評(píng)判框時(shí)使用下半部分的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 粗猛操縱油門超限評(píng)判流程

圖3 指示空速及坡度超限評(píng)判流程

3 仿真及結(jié)果分析

為了驗(yàn)證上述方法的可行性，選取一次飛行訓(xùn)練的數(shù)據(jù)，并利用此評(píng)判方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終以折線圖的形式顯示，發(fā)現(xiàn)此次飛行訓(xùn)練發(fā)生3次粗猛操縱油門事件，如圖4、圖5、圖6所示；發(fā)生1次指示空速超限事件，如圖7所示；發(fā)生1次坡度超限事件，如圖8所示。

圖4 粗猛操縱油門事件一

圖5 粗猛操縱油門事件二

圖6 粗猛操縱油門事件三

圖7 指示空速超限事件一

圖8 坡度超限事件一

4 結(jié)論

從圖4、圖5、圖6可以看出，起初，油門逐漸下降，然后突然猛增，這很有可能是在著陸后直接拉起進(jìn)行下一項(xiàng)訓(xùn)練或復(fù)飛，但無(wú)論在任何時(shí)候，存在這樣的超限事件都是不允許的；圖7的指示空速也出現(xiàn)了猛增的現(xiàn)象，在發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題后又迅速縮小到合理范圍，但這也構(gòu)成了超限；圖8的坡度也存在同樣的現(xiàn)象，很有可能是轉(zhuǎn)彎進(jìn)入較晚，轉(zhuǎn)彎改出后為了達(dá)到既定航路，不得不使用大坡度轉(zhuǎn)彎。無(wú)論在任何情況下，都要避免超限操縱，不同的飛行訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)所要求的范圍不同，但超出飛機(jī)能夠承載的最大限度后，不但會(huì)對(duì)飛機(jī)造成損傷，嚴(yán)重時(shí)也可能機(jī)毀人亡。

本文通過(guò)對(duì)Cessna172R飛機(jī)飛行訓(xùn)練數(shù)據(jù)獲取及格式的分析，選取了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、指示空速、坡度3種超限事件，利用Matlab分析軟件，對(duì)評(píng)判這3項(xiàng)超限事件所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行了提取，并建立了這3種超限事件的評(píng)判方法。通過(guò)仿真分析，對(duì)發(fā)生超限事件的數(shù)據(jù)及相應(yīng)時(shí)間以折現(xiàn)圖的形式顯示。編程時(shí)是以發(fā)生超限點(diǎn)為中心向兩端截取一段數(shù)據(jù)，這樣做的目的是可以在每個(gè)圖中清晰地找到超限事件發(fā)生點(diǎn)及對(duì)應(yīng)時(shí)間。

此方法僅是為了查找是否有超限事件發(fā)生，并不是為了分析超限事件發(fā)生的原因，但可以在此方法基礎(chǔ)上修改程序，在超限事件發(fā)生段同時(shí)存儲(chǔ)用于評(píng)判飛行品質(zhì)的相關(guān)飛行數(shù)據(jù)指標(biāo)，并在折線圖中顯示，便可判斷飛行階段以及相應(yīng)的操作動(dòng)作。利用此方法對(duì)同一學(xué)員的多次飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可發(fā)現(xiàn)學(xué)員在飛行訓(xùn)練中存在的問(wèn)題、發(fā)生超限事件的階段，從而可針對(duì)專項(xiàng)問(wèn)題及時(shí)糾正，防止不安全事件發(fā)生。

［1］張帥.飛行品質(zhì)監(jiān)控中的超限裕度模型研究［D］.天津：中國(guó)民航大學(xué)，2014.

［2］崔曉陽(yáng).基于超限事件的飛行品質(zhì)監(jiān)控方法研究［D］.天津：中國(guó)民航大學(xué)，2013.

［3］李旭，馬力.VB6在CSV文件格式處理中的應(yīng)用研究［J］.信息技術(shù)，2009（07）：26-28，31.

［4］黃杰.訓(xùn)練飛行超限事件實(shí)時(shí)診斷與告警［D］.廣漢：中國(guó)民用航空飛行學(xué)院，2016.

［5］鄒強(qiáng)，劉曄璐，許志，等.基于Matlab的西銳SR20飛機(jī)飛行品質(zhì)監(jiān)控研究［J］.中國(guó)民航飛行學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（04）：16-17，20.

〔編輯：張思楠〕

鄧永恒（1993—），男，滿族，遼寧開(kāi)原人，碩士，研究方向?yàn)槊窈竭\(yùn)輸管理。趙慶偉（1994—），男，山東日照人，碩士，研究方向?yàn)槊窈竭\(yùn)輸管理。魏坤鵬（1993—），男，山東臨沂人，碩士，研究方向?yàn)槊窈竭\(yùn)輸管理。孫宏（1966—），男，河北深縣人，博士，教授，研究方向?yàn)楹娇展具\(yùn)行管理。

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目；民航飛行技術(shù)與飛行安全科研基地項(xiàng)目（編號(hào)：F2016KF05）；中國(guó)民航飛行學(xué)院科技基金項(xiàng)目（編號(hào)：J2014-44）

2095－6835（2018）19－0059－03

V328

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.19.059