试飞驾驶技术地面模拟评价方法研究

张晓敏, 潘运亮, 党维

(1.中国飞行试验研究院 中航工业飞行仿真航空科技重点实验室, 陕西 西安 710089;2.空军工程大学 航空航天工程学院, 陕西 西安 710038)

0 引言

飞行试验驾驶技术是飞行试验技术的重要组成部分,只有通过恰当的飞行试验方法和准确的飞行动作所获得的试验结果才能可靠地验证飞机/直升机的飞行性能、飞行品质、结构完整性、飞行控制系统、动力装置及机载系统与战技指标、相关规范和标准的符合性[1]。近年来的型号工程实践表明,试飞员的驾驶技术水平将直接影响飞行试验的质量、效率、安全乃至整体进程,是决定飞行试验成败的关键[2]。现有试飞员的水平参差不齐,完成试飞动作的质量有一定的差别,却没有一套标准的评价方法和体系对试飞员的驾驶技术进行分析,造成现有试飞员驾驶技术培训效率低下、成本和风险较高的局面。

本文以试飞驾驶技术评价系统研究为目的,建立基于地面模拟的试飞员驾驶技术评价系统。在此基础上，开展了典型试飞动作的评价方法研究,形成了与每个试飞动作相对应的评价标准;然后设计开发了试飞驾驶技术的评价软件,用于评价试飞员典型试飞动作的技术水平,同时按照分值给出试飞员驾驶技术评价等级,分别为:优、良、合格和不合格。最后邀请试飞员和试飞工程师开展地面模拟验证,获得了能够真实、客观反映试飞员驾驶技术水平的地面模拟评价系统。

1 评价系统和评价方法

目前所建立的驾驶技术评价系统可以进行地面典型试飞动作(脉冲、阶跃、扫频等开环试飞动作和姿态截获、收敛转弯、协调侧滑等闭环试飞动作)的评价,为试飞员提供一个准实时评价结果,用于支持试飞员驾驶技术培训;也可以进行单个试飞动作的多次操纵评价,试飞员可以获得对某一动作操纵的成功率。将来,该系统可以对空中试飞动作、或任务单完成情况进行评价,即将试飞数据实时下传到地面评价系统,此时评价系统相当于一名虚拟地面指挥员,会对试飞情况进行评价并提出正确的指挥要求。图1为试飞驾驶技术地面模拟评价过程图。

图1 试飞驾驶技术地面模拟评价过程图Fig.1 Evaluation process of the flight test piloting technologies on ground simulation

在GJB624的评价准则的基础上,本文对试飞驾驶动作进行了细分,将整个试飞动作分为三个阶段:配平段、动作段和结束段,并对每一个阶段的评价指标也进行了详细划分,使得评价更准确、问题定位更具体[3]。由于试飞动作较多,且评价指标均有差异,因此本文仅以俯仰脉冲动作为例进行介绍,其他动作不再赘述。表1为配平段的评价要求,按照等级给出了相应参数的变化范围,可通过表中参数的变化量进行评价。其中,不合格项中任一参数符合条件,整个配平段则判为低于60分,再根据其他参数的情况确定其最终得分[4]。

表1 配平段评价指标要求Table 1 Evaluation indexes of the trimming section

表2为动作段的评价要求,表3为脉冲动作的结束段评价要求。

表2 动作段评价指标要求Table 2 Evaluation indexes of the maneuvering section

表3 结束段评价指标要求Table 3 Evaluation indexes of the ending section

因为结束段要求飞机自由振荡,试飞员在自由振荡未结束前绝对不能有任何输入，因此这一阶段最终的判断就是试飞员是否有杆、舵输入。

2 评价软件设计

本文试飞驾驶技术评价软件包括试飞驾驶技术评价算法和试飞驾驶技术评价界面。评价算法主要进行评价准则的执行、逻辑判断、数据计算和存储等;评价界面主要进行动作、参数等的设置、数据显示等逻辑控制。评价算法通过反射内存网从操纵加载计算机读取飞行员操纵量,从动力学仿真计算机读取飞机飞行参数,为评价提供参数;然后通过UDP网络从评价界面中获取评价开始指令、结束指令和动作编号等信息,控制评价算法的运行[5]。当评价算法接收到评价开始指令后,根据动作评价算法对试飞员的操纵进行打分并给出综合评价。

2.1 试飞驾驶技术评价算法

图2 试飞动作评价算法流程图Fig.2 Algorithm flow chart for evaluation of flight test maneuver

评价算法流程如图2所示。为了客观真实地评价学员驾驶技术水平,评价算法不仅对试飞动作的阶段、参数按照重要性分配相应权重进行评价,而且综合教员打分和系统打分给出学员综合得分,二者得分比重分别为50%;最后根据综合得分给出综合评价语,为学员判断驾驶技术水平提供参考[6]。

2.2 试飞驾驶技术评价界面

试飞驾驶技术评价界面包括机动设置界面、曲线显示界面和综合评价界面。在机动设置界面主要进行动作设置、参数选择、教员和学员的确认;曲线显示界面实时显示在机动设置界面选择的参数,为教员提供关注参数,教员可以实时监控学员动作完成情况;综合评价界面主要为学员提供动作完成情况的评价语,帮助学员了解动作完成的情况,同时给教员提供飞行后讲评依据。

3 算例验证

本文评价方法验证在基于试飞模拟器开发的试飞驾驶技术地面模拟评价系统上进行。该地面模拟评价系统具有以下特点:(1)飞行动力学模型真实;(2)具有逼真度高的视景系统;(3)具有实时性好的数据传输和存储的网络系统;(4)具有高逼真度的操纵加载杆系[7]。该模拟器由目前正在试飞的某型战斗机飞行动力学模型、D级模拟器视景系统和实时反射内存网等系统组成,为试飞驾驶技术评价方法验证提供了有力的支持。试飞驾驶技术地面模拟评价系统如图3所示。

图3 试飞驾驶技术地面模拟评价系统Fig.3 Evaluation system for the flight test piloting technologies based on ground simulation

为了验证评价系统的评价效果,分别进行了两组地面模拟验证:一组邀请具有丰富试飞经验的试飞员完成水平直线加速飞行模拟;另一组邀请没有任何飞行驾驶经验的试飞工程师完成此动作。

图4为试飞员完成的水平直线加速情况及评价结果,图5为试飞工程师完成的水平直线加速情况及评价结果。

图4 试飞员完成的水平直线加速动作结果Fig.4 Results of the level straight accelerating maneuver by test pilot

图5 试飞工程师完成的水平直线加速动作结果Fig.5 Results of the level straight accelerating maneuver by flight test engineer

由图4可以看出,教员打分85分,系统打分80分,综合得分82.5分。综合评价:(1)评价结果为良;(2)配平保持好;(3)高度保持好;(4)过载保持好;(5)加速过程均匀。

由图5可以看出,教员打分45分,系统打分30分,综合得分37.5分。综合评价:(1)评价结果为不及格;(2)配平保持差;(3)高度保持很差;(4)过载保持很差;(5)加速过程不均匀,且有回调。

通过以上算例验证发现,该方法能够如实地反映学员的驾驶技术水平,为学员和教员提供飞行后讲评依据,有利于学员驾驶技术水平的提高。该方法采用教员评价和系统评价两种方式给出学员的综合得分,使得评价结果更加公正、客观。

4 结束语

本文通过对试飞驾驶技术地面模拟评价方法研究,建立了可以进行多种典型试飞动作的评价系统,并设计开发了相应的评价软件。通过地面演示验证,对评价系统的评价效果进行了测评,获得了试飞员的好评。后续还需开展如下方面的工作增加试飞驾驶技术评价内容,建立试飞驾驶动作评价库;对每一个试飞动作的评价参数进行调整、细化,使得评价结果能够更真实反映试飞员驾驶技术水平;对评价控制界面进行优化、升级,使得界面交互更加友好等,最终能够形成完善的试飞驾驶技术地面模拟评价体系。

参考文献：

[1] 中国飞行试验研究院.飞行试验驾驶技术指南(飞机册)[M].西安:中国飞行试验研究院,2012:3-5.

[2] 周自全.飞行试验工程[M].北京:航空工业出版社,2010:64-70.

[3] 中国人民解放军总装备部.GJB 624.3A-2010 军用飞机科研试飞训练要求 第3部分:飞机飞行品质[S].北京:总装备部军标出版发行部,2010.

[4] 张同斌,李体方,盛又方.基于BP神经网络的试飞员驾驶技术评估[J].计算机仿真,2012,29(10):110-113.

[5] 周自全,张子彦.飞行品质和飞行安全[J].飞行力学,2009,27(2):1-6.

[6] 樊玮,张立.飞行性能评估专家咨询系统简介[J].中国民航学院学报,2003,21(S2):224-225.

[7] 杨生民,袁东,章伯定.试飞模拟器及其设计思路[C]//第五届全国仿真器学术交流会论文集.长春:中国系统仿真学会,2004:71-75.