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民机试飞签派放行Petri网建模与仿真

发布时间:2018-12-16 13:07:00 文章来源:常州大学怀德学院    

王安国 杨政 李喜柱

摘 要:文章基于国产ARJ21-700飞机与C919飞机的试飞签派放行工作经验,针对民机试飞与民航航班签派放行方法的不同,提出了民机试飞飞行计划制作方法与试飞签派放行方法,最后基于Petri网对试飞签派放行方法进行了建模与仿真,从逻辑上验证了试飞签派放行方法的正确性和有效性,为进一步设计制作试飞签派放行系统奠定了基础。

关键词:试飞签派;飞行计划;民机试飞;空域飞行;Petri网

中图分类号:V352 文献标志码:A 文章编号:2095-2945(2018)21-0029-03

Abstract: Based on the work experience of flight test take-up for domestic ARJ21-700 aircraft and C919 aircraft, this paper puts forward the making method of civil aircraft flight test plan and the releasing method of flight test visa according to the difference between the methods of civil aircraft test flight and civil aviation flight check and release, and the method of civil aircraft flight test flight plan making and the method of civil aircraft flight test flight approval releasing are put forward in this paper. Finally, based on Petri net, the flight test clearance method is modeled and simulated, and the correctness and validity of the method are verified logically, which lays the foundation for the further design and manufacture of the flight test clearance system.

Keywords: flight test take-up; flight plan; civil aircraft flight test; airspace flight; Petri net

大型飛机公共航空运输承运人运行管理规定(CCAR121部)第M章121.395条“飞行签派员”规定:实施国内或者国际定期载客运行的合格证持有人,应当在每一飞行签派中心安排有足够数量的合格飞行签派员,以确保对每次飞行进行恰当的运行控制[1]。因此飞行签派员是航空公司航班飞行中不可或缺的核心人员之一,民机试飞签派与民航飞行签派在岗位职责和工作方法上各不相同,但在飞机运行中都起着同等重要的飞行安全把关作用。本文基于国产ARJ21-700飞机与C919飞机试飞签派放行工作经验,针对试飞签派与民航签派的不同,对试飞飞行计划制作和签派放行方法进行分析与研究,并基于Petri网对试飞签派放行进行建模与仿真,从逻辑上验证了试飞签派方法的正确性和有效性,为进一步设计制作试飞签派放行系统奠定了基础。

1 试飞签派及飞行计划制作

1.1 试飞签派

试飞签派在试飞飞行组织实施中承担着最后的安全把关作用,是试飞实施前的最后一道安全防线,主要业务包括试飞机场比选、飞行计划制作、航行情报资料收集、试飞计划申报、军民航协调、飞行动态监控等工作,根据飞机状态、保障条件、当日天气、试飞科目准备、技术文件准备、测试设备等状态与机长共同对试飞任务是否可以正常执行进行签派放行。试飞签派主要工作内容包括:

(1)试飞机场比选、试飞空域使用申请及批复跟踪。

(2)试飞计划申报及军民航协调。

(3)分析评估气象资料根据试飞科目对机场起降条件的要求选择合适的备降机场。

(4)根据具体试飞科目制作飞行计划,计算完成试飞任务所需的安全油量。

(5)收集飞机状态、试飞保障、天气条件、试飞科目准备、技术文件准备、测试设备等状态,与机长共同对试飞任务进行放行。

(6)试飞任务执行时对飞机进行实时监控,配合指挥员开展协调和应急处置。

1.2 试飞飞行计划制作

试飞飞行计划制作是试飞签派放行不可缺少的重要环节,也是作为一名试飞签派员必须掌握的专业技能之一。民机试飞飞行与民航航班飞行不同,民航航班主要是将旅客或货物从一个机场按照空军1号令规定的航线或航路运输至另一目的地机场,飞行剖面示意图参见图1,试飞飞机主要目的是根据适航标准设计的试飞任务单开展研发试飞、审定试飞等取证试飞工作,主要飞行剖面时从试飞机场起飞,在特定的空域中完成试飞科目,然后返回至试飞机场着陆,试飞飞行剖面示意图如下图2所示。

根据图2试飞飞行剖面示意图,试飞飞行计划计算方法如下:

(1)业载(PL)计算:计算试飞飞机上的测试设备,试飞机组人员等机上业载(PL)。

(2)飞机无油重量(ZFW)计算:ZFW=OEW(运营空机重)+PL。

将ZFW和MZFW(最大无油重量)比较,如果ZFW>MZFW则需要减少业载,重新进行计算。

(3)飞机备降机场着陆重量(LWA)计算:

LWA=ZFW+W滑行(滑行油量)+W备份(备份油量)

将LWA和MLWA(最大备降机场着陆重量)比较,如果LWA>MLWA则需减少业载,重新进行计算。

(4)备降油量(W备降)计算:

计算飞机从目的地机场飞往最远备降场所需油量W备降。

(5) 45min 等待耗油(W等待):

计飞机正常巡航等待45分钟所需油量W等待。

(6)目的机场着陆重量计算:

LWD=LWA+W备降+W等待

将LWD与MLWD比较,如果LWD>MLWD则需减少业载,重新进行计算。

(7)试飞科目所需油量W科目及飞机起飞至空域所需油量W起飞

(8)飞机起飞重量(TOW)计算:

TOW=LWD+W科目+W起飞

将TOW与MTOW比较,如果TOW>MTOW则需减少业载,重新进行计算。

(9)将计算的起飞重量TOW与结构限重、场长限重、爬升限重、障碍物限重、胎速限重、刹车能量限重比较,确认能够满足要求后,计算所需油量并与飞机油箱容量比较,最终确定业载重量(PL)、应加油量、V1/V2/V3。飞行计划制作流程图如图3所示。

1.3 试飞签派放行方法

民机试飞签派与航班签派相比,试飞签派在放行时需要考虑的因素更多[3]。试飞签派在放行时除了需要考虑飞机状态、气象条件、起降及备降机场情况外还需要考虑试飞科目技术准备情况、技术文件准备情况、测试改装情况、空域内军民航活动情况、地面保障条件等因素,只有在确认上述所有条件均能满足试飞科目需求和放飞标准时试飞签派员方可签字放行,签派放行只是放行环节之一、最终的放行需要试飞签派员和机长共同签字放行后方可执行试飞任务。飞机起飞后需对飞机在空域内的试验飞行进行实时监控,如遇到可能影响飞行的因素需要及时与相关军民航进行协调,并實时通过指挥员将相关信息传送至机组,遇到应急情况时,试飞签派员需协助指挥员和机组做好应急处置措施和信息报送。

2 基于Petri网试飞签派方法建模与仿真

2.1 PN模型建立

Petri网是对离散并行系统的数学表示,适合于描述异步的、并发的计算机系统模型,Petri网既有严格的数学表达式和直观的图形表达式,而且支持系统描述与分析[2]。本文采用Petri网对试飞签派放行方法进行建模与仿真,试飞签派放行需要对飞机状态、天气条件、试飞科目准备、技术文件准备、测试改装准备、飞行计划批复、空域活动情况、试飞地面保障条件八项要素进行分析、判断飞机是否满足放飞条件,为了简化模型的复杂性,理想条件下认为运行控制团队(AOC)在下达任务时,除天气条件、空域活动情况存在不确定因素外,其他条件认为均已满足试验要求可以满足放行条件。因此采用Petri网建立试飞签派放行模型时仅考虑将气象条件和空域使用设置为随机变量,其他条件默认为在任务下达时已经满足放行条件,基于CPNtools建立PN模型[4]如下图4所示。模型中库所及变迁的含义如表1、表2所示。

2.2 PN模型仿真与分析

基于CPNtools模型定义及变量参数设置参见下图5所示,模型初始条件设置试飞架次为50架次,仅考虑气象条件、空域条件设置为随机变量,飞机状态等其他条件在任务下达时已默认状态已达到放飞标准,通过对模型进行运行仿真,仿真结果参加下图6所示。

根据图6仿真结果可以看出,执行试飞任务50架次,在仅考虑天气和空域使用为随机变量的情况下,空域正常放行32架次、气象正常放行28架次,最终正常放行架次数为28架次,切实反映了空域和气象两类随机变量对整个试飞签派放行的影响,也反映了试飞签派放行方法的有效性,能够实现签派放行的安全把关作用。

3 结束语

本文针对民机试飞与民航航班飞行的不同,在民航航班飞行计划制作方法和签派放行方法的基础上提出了民机试飞飞行计划制作方法与试飞签派放行方法,最后基于CPNtools工具和Petri网理论对试飞签派放行方法进行建模与仿真,仿真结果证明了试飞签派放行方法的正确性和有效性,在试飞放行中能够起到安全把关作用,为进一步设计制作试飞签派放行系统奠定了基础。

参考文献

[1]中国民用航空局.CCAR121-R4.大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则[Z].北京,2010(97-98).

[2]王洁宁,王安国,董健康,等.基于Agent的机坪服务SPN建模与仿真[J].计算机工程,2013,39(3):285-288.

[3]韩吉胜.论航空公司签派放行[J].山东经济管理干部学院学报,2013,21(2):80-83.

[4]Kurt Jensen Lars M.Kristensen. Coloured Petri Nets Modelling and Validation of Concurrent Systems,Springer Dordrecht Heidelb

erg London New York,1998:13-41.

科技创新与应用 2018年21期

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