新型通用飞机机载数据记录仪的研究

的 郧孕杂 系统袁并且要求准确记录飞机飞行时间袁 实现数据记录的实时性和准确性遥
渊员园冤 重新启动单元院负责当记录仪不受控制 或者死机时袁由工作人员或者飞行员强行重新启 动袁使系统初始化遥
渊员员冤 多功能卡槽院为了实现记录仪的可扩展 模块化结构袁设计了多功能模块卡槽遥 负责实现 未来具有新功能应用模块的功能遥
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沈阳航空航天大学学报 允燥怎则灶葬造 燥枣 杂澡藻灶赠葬灶早 粤藻则燥泽责葬糟藻 哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠
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文章编号院 圆园怨缘 原 员圆源愿渊圆园员源冤园员 原 园园愿圆 原 园缘
新型通用飞机机载数据记录仪的研究
新型记录仪依据其系统功能袁设计了 员圆 类应 用功能模块遥 每个模块都负责不同的任务袁模块 与模块之间也相互配合与作用袁以确保整个系统 的稳定性遥 下面分析各个应用模块的功能与作 用院
渊员冤飞机的姿态信息模块遥 采集信号源院淤 飞机地平仪姿态陀螺的俯仰角数据曰于飞机地平 仪姿态陀螺的倾斜角数据曰盂飞机航向陀螺的航 向角数据遥
猿摇 新型通用飞机机载数据记录仪结 构体系
摇 摇 通过对通用飞机机载数据记录仪的需求分析 可以得出袁研究一种不依赖于某一特定飞机平台 及某一具体试飞测试应用的袁既能够的满足现有 通用飞机试飞测试需要袁又能够满足未来新机试 飞测试需求的通用型尧功能可灵活扩展的新型通 用飞机机载记录仪是十分必要的咱员圆暂 遥 新型通用 飞机数据记录仪采用模块化的设计思想进行体系 结构的设计遥 猿郾 员摇 系统硬件结构
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愿猿
员摇 通用飞机机载数据记录仪现状
国外对通用飞机机载数据记录仪的研究起步 较早袁发展也比较快遥 目前广泛应用的是爱尔兰 粤悦砸粤 公司 圆园园园 年研发推出的新一代 运粤酝缘园园 机载数据记录仪袁该记录仪结构设计完善袁模块集 成度高袁具有与各种形式传感器相适应的信号调 节模块尧总线监测模块尧固态记忆存储及数据传输 模块等遥 且先进的一体化系统软件包袁能够满足 使用过程中的各种需求咱猿暂 遥
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摇 摇 机载数据记录仪渊 俗称野 黑匣子冶冤 是飞机专 用的电子记录设备之一袁它能把飞机重要的飞行 技术参数和驾驶舱内的声音尧视频记录下来袁以供 飞行实验尧事故分析尧飞机维修等的应用遥 圆园 世 纪 远园 年代问世的黑匣子只能记录 缘 个参数袁且误 差较大遥 苑园 年代开始使用数字记录磁带袁能记录 员园园 多种参数袁保存最后 圆缘 小时的飞行数据遥 怨园 年代后随着超大规模集成电路袁微处理器袁数据采 集技术和数据总线技术的高速发展袁机载数据记 录仪系统的性能也得到快速提升咱员暂 遥 通用航空 飞机以其机动灵活尧快速尧高效等特点袁在抢险救 灾尧应急救援尧农林业航空等社会公共服务领域发
卢艳军袁牛摇 闯袁张晓东
渊 沈阳航空航天大学 自动化学院袁沈阳 员员园员猿远冤
摘要院 分析了国内外通用飞机机载数据记录仪的现状袁指出我国现有通用飞机机载数据记录仪所 存在的不足之处遥 同时袁根据未来通用飞机的发展袁深入研究了新型通用飞机机载数据记录仪的 功能尧特点需求袁并且基于模块化思想袁提出了新型通用飞机机载数据记录仪的设计思路袁给出了 新型通用飞机机载数据记录仪的软硬件体系结构袁并对其核心模块的功能进行了详细的阐述遥 最 后袁简述了新型通用飞机机载数据记录仪的应用遥 关键词院 通用飞机曰数据记录仪曰模块化设计曰结构体系 中图分类号院 栽孕猿怨员郾 苑曰 灾圆源愿郾 圆摇 摇 摇 文献标志码院 粤 凿燥蚤院员园援 猿怨远怨 辕 躁援 蚤泽泽灶援 圆园怨缘 原 员圆源愿援 圆园员源援 园员援 园员苑
收稿日期院 圆园员猿 原 园怨 原 员园 基金项目院 航空科学基金渊 项目编号院圆园员圆在阅缘源园员猿冤 作者简介院 卢艳军渊员怨远愿 原 冤 袁女袁辽宁义县人袁副教授袁主要研究方向院复杂系统故障诊断技术及飞行器主动安全技术袁耘鄄皂葬蚤造院泽赠鄄
造赠躁圆园园源岳 员圆远援 糟燥皂遥
第员 期
摇 摇 摇 卢艳军袁等院新型通用飞机机载数据记录仪的研究
渊员圆冤 电源供给单元院负责满足整个数据记录 仪电量需求遥 本文设计成飞机总电源尧飞机蓄电 池和太阳能电池三重保障供电结构遥
图 员摇 系统硬件结构体系
猿郾 圆摇 系统软件功能 新型数据记录仪的软件设计分为操作层尧驱
动层和应用层的三层结构遥 其中操作层院主要负 责管理尧控制和协调所有的硬件设备袁并处理所有 来自硬件的中断请求袁同时袁对采集到的数据进行 分类尧存贮及简单的处理曰驱动层院包含所有外围 设备的驱动程序袁例如院数据采集单元等的驱动程 序袁这些驱动程序负责接收硬件的中断袁驱动程序 经编译后作为系统内核的一部分存在曰应用层院包 含所有软件应用功能模块程序袁实现数据记录仪 的多功能记录遥
挥着重要的作用咱圆暂 遥 随着我国低空的开放袁对通 用飞机数量的需求越来越大袁对通用飞机的飞行 安全要求越来越高袁这些都要求通用飞机配置更 加完善的机载数据记录仪遥 因此袁研究设计新型 通用飞机机载数据记录仪成为我国通用飞机发展 的必然趋势遥
本文根据通用飞机设计尧事故分析尧训练飞行 员等方面的需求袁分析了我国现有通用飞机机载 数据记录仪所存在的不足之处曰以通用性和多功 能为设计原则袁基于模块化的设计思想袁研究了通 用航空机载数据记录仪的软硬件体系结构袁并详 细的阐述并对其核心模块的功能遥
其次袁在性能方面的需求体现在院 渊员冤 通用 性遥 目前的机载数据记录仪都是专用的袁不具备 任何通用性袁设计和制造成本都很高袁因此袁设计 一个通用性强的通用飞机机载数据记录仪袁不仅
可节约成本袁而且维护十分方便咱员猿暂 遥 渊圆冤 可扩展 的模块化结构遥 用户可根据实际需求袁基于通用 的机载数据记录仪结构袁进行功能的扩充或缩减袁 而无需重新设计一个新的机载记录仪袁且便于记 录仪的升级和维护咱员圆暂 遥 渊猿冤 具备高可靠性遥 在新 型数据记录仪进行数据管理时袁系统的各项操作 必须要求安全尧可靠袁保证系统无故障袁长时间运 行稳定遥 渊源冤具有良好的可维护性遥 新型数据记 录仪应具有良好的可测试性袁可以尽早的发现问 题袁避免记录仪失效遥 当有故障发生的时候袁系统 自检模块要及时发出警报袁可针对具体模块进行 维护咱苑暂 遥 渊缘冤具有良好的抗干扰能力遥 新型数据 记录仪应具备良好的抗干扰能力袁要求在高空的 恶劣条件下能高性能的稳定工作遥
我国对通用飞机机载数据记录仪的研制起步 较晚袁也没有形成通用的产品遥 目前对机载数据 记录仪的研究较多遥 例如院南京航空航天大学的 韩勇豪研究了以 云孕郧粤 为核心控制器的机载数据 记录仪咱员暂 曰南京航空航天大学的顾田伟研究的是 小型化无人机飞行参数记录仪咱源暂 曰中国直升机设 计研究所的巫景燕等研究了通用直升机数据记录 仪咱缘暂 曰西北工业大学无人机研究所的张波等研究 了基于 郧孕杂 的 低 成 本 通 用 无 人 机 的 数 据 记 录 仪咱远暂 曰西北工业大学的朱攀蓉实现了机载数据记 录仪多路数字音尧视频记录功能咱苑暂 曰西北工业大 学的宁伟研究了记录仪的总线数据传输和通讯技 术咱愿暂 曰西北工业大学的孙海燕和西安科技大学的 何 志 国 研 究 了 基 于 粤砸酝 的 机 载 数 据 记 录 仪咱怨 原 员园暂 曰北京航空工程技术研究中心的苏建军等 研究了机 载 记 录 仪 飞 机 姿 态 信 息 数 据 的 采 集 问 题咱员员暂 遥
粤遭泽贼则葬糟贼院 陨灶 贼澡蚤泽 责葬责藻则袁贼澡藻 藻曾蚤泽贼蚤灶早 凿藻枣蚤糟蚤藻灶糟蚤藻泽 燥枣 早藻灶藻则葬造 葬增蚤葬贼蚤燥灶 葬蚤则遭燥则灶藻 凿葬贼葬 则藻糟燥则凿藻则 遭燥贼澡 葬贼 澡燥皂藻 葬灶凿 葬遭则燥葬凿 葬则藻 葬灶葬造赠扎藻凿援 陨灶 增蚤藻憎 燥枣 贼澡藻 凿藻增藻造燥责皂藻灶贼 燥枣 枣怎贼怎则藻 早藻灶藻则葬造 葬增蚤葬贼蚤燥灶袁贼澡藻 枣怎灶糟贼蚤燥灶泽 葬灶凿 枣藻葬贼怎则藻泽 燥枣 贼澡藻 灶藻憎 灶葬增蚤早葬贼蚤燥灶 葬蚤则遭燥则灶藻 凿葬贼葬 则藻糟燥则凿藻则 葬则藻 枣怎则贼澡藻则 泽贼怎凿蚤藻凿袁葬灶凿 贼澡藻 凿藻泽蚤早灶 蚤凿藻葬 燥枣 灶藻憎 灶葬增蚤早葬贼蚤燥灶 葬蚤则遭燥则灶藻 凿葬贼葬 则藻糟燥则凿藻则 遭葬泽藻凿 燥灶 贼澡藻 皂燥凿怎造葬则 贼澡燥怎早澡贼 蚤泽 责怎贼 枣燥则憎葬则凿援 杂怎遭泽藻择怎藻灶贼造赠袁贼澡藻 泽燥枣贼憎葬则藻 葬灶凿 澡葬则凿憎葬则藻 葬则糟澡蚤贼藻糟贼怎则藻 燥枣 葬 灶藻憎 灶葬增蚤早葬贼蚤燥灶 凿葬贼葬 则藻糟燥则凿藻则 蚤泽 责则藻泽藻灶贼藻凿 葬灶凿 贼澡藻 枣怎灶糟贼蚤燥灶泽 燥枣 贼澡藻 糟燥则藻 皂燥凿怎造藻泽 葬则藻 葬造泽燥 藻曾责燥怎灶凿藻凿 蚤灶 凿藻贼葬蚤造 蚤灶 贼澡藻 责葬责藻则援 云蚤灶葬造造赠袁贼澡藻 葬责责造蚤糟葬贼蚤燥灶泽 燥枣 灶藻憎 灶葬增蚤早葬贼蚤燥灶 葬蚤则遭燥则灶藻 凿葬贼葬 则藻糟燥则凿藻则 葬则藻 泽噪藻贼糟澡藻凿 遭则蚤藻枣造赠援
渊圆冤 系统 总 线院 负 责 连 接 主 控 单 元 与 各 个 系 统单元遥 可以选用 粤砸陨晕悦 原 远圆怨 总线或 孕悦 辕 员园源 总线等结构遥
渊猿冤 接口 模 块院 负 责 记 录 仪 与 地 面 数 据 分 析 设备的数据通信遥 可以使用 哉杂月尧网络接口尧无 线蓝牙等结构遥
渊源冤 通信 模 块院 负 责 机 载 记 录 仪 在 空 中 与 地 面站的通信遥 实现记录仪和地面站台的数据交 换尧传输功能遥 确保地面站能实时监控飞机状态遥 可以选用光通信等技术遥
由此可见院与国外的先进系统相比袁我国针对 机载数据记录仪的研究尽管很多袁但是至今对通 用航空机 载 数 据 记 录 仪 的 软 硬 件 体 系 结 构 的 研 究袁特别是对于通用性尧多功能方面的研究还比较 欠缺遥
圆摇 未来通用飞机机载数据记录仪的 需求分析
摇 摇 随着通用航空的发展和新技术的应用袁通用 飞机机载数据记录仪在功能和性能方面也在不断 的面临新的挑战遥 首先袁在功能方面袁要求机载记 录仪器记录容量大尧记录的数据类型多尧尤其需要 添加对通用飞机飞行噪声的记录功能咱员圆暂 遥
渊苑冤 数据 存 储 单 元院 负 责 存 储 飞 行 数 据 和 驾 驶舱内的视尧音频信息遥 结构可以采用 悦云 卡或 云造葬泽澡 存储袁不仅存储量大而且节约制作成本遥
渊愿冤 控制 开 关 单 元院 控 制 整 个 数 据 记 录 仪 的 开关遥
渊怨 冤 时钟单元院负责同步时钟袁不仅要求飞行 数据的记录时钟同步于地面站袁还要同步于卫星
渊缘冤 机型 配 置 模 块院 负 责 识 别 通 用 飞 机 型 号
愿源
沈 阳 航 空 航 天 大 学 学 报摇 摇 摇 摇
第 猿员 卷
并且匹配适应该飞机型号的系统功能袁实现记录 仪的通用性遥
渊远冤 数据 采 集 单 元院 负 责 实 时 采 集 飞 机 的 各 类飞行数据和驾驶舱内的视尧音频信息遥
新型数据记录仪硬件体系结构如图 员 所示遥 系统由主控单元通过系统总线控制其他系统单 元袁实现相应的功能遥 其中各系统单元和模块的 功能如下院
渊员 冤 主控单元院作为记录仪的中央处理器袁负 责实现每个模块和系统单元的自身功能遥 可以选 择 云孕郧粤袁粤砸酝 单 片 机尧 阅杂孕 或 者 孕悦 辕 员园源 等 结 构遥
渊圆冤 飞机导航信息记录模块遥 采集信号源院 淤飞机 陨晕杂 辕 郧孕杂 数据记录曰于飞机水平速度尧垂 直速度数据曰盂飞机相对海平面高度数据遥