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稿 新媒體 數字報

無盡的前沿:模擬飛行的今生與未來

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世界上最安全的交通工具是什么?

哪個飛行階段最不安全?東航董事長劉紹勇先生有過一個經典回答:去機場的路上最不安全。雖然這句話聽起來像是一個玩笑話,但這確是一個事實,航空的安全系數遠高于其它交通工具。

根據2018年的事故統計,全球致命飛行架次是15架,按照全球飛行架次總量來計算,致命的事故率是250萬分之一。一次安全的運營離不開各個部門的協調工作,例如飛行員受過訓練、地面有調度、葡京賭場網址上先進的設備以及葡京賭場網址要定期做檢查,但是今天我想作為一名葡京賭場網址設計師來跟大家聊一下為什么葡京賭場網址是安全的。

蜘蛛網圖

這張圖俗稱為“蜘蛛網圖”,這張圖上有三個同心圓,圓點向外輻射的這些線是葡京賭場網址的飛行參數,比如說速度、過載等等。

綠色的圓是正常飛行包線,在這個圓上葡京賭場網址不僅是安全的,還必須具備一級的飛行操縱品質和乘坐品質。

黃色的圓是操縱飛行包線,在這個包線上首先是安全的,第二葡京賭場網址是可操縱的。在這個圓上葡京賭場網址可能會有不穩定的趨勢,所以我們會在這個包線上設置一些告警。

紅色的圓是限制飛行包線,它是飛行安全底線,超出去有可能就是不安全的,但是這個包線以內,包括這個包線上是安全的。同時在這個包線上設置一些升級的告警以及?;すδ?,提醒飛行員現在你可能在不安全的、在往外發展的趨勢上,飛行員要操縱葡京賭場網址回到這個圓以內。

比如超速的時候會設置一個超速?;?,使減速板自動升起,降低葡京賭場網址的速度;當葡京賭場網址失速的時候會設置一個高迎角?;?,讓葡京賭場網址自動低頭,遠離這個邊界。葡京賭場網址設計和適航試飛演示的過程當中,這三個圓上對應的飛行品質都要做測試,必須滿足適航的規章。

在紅色的圓上進行的科目稱為高風險試飛科目。正常運營的時候是在綠色的這個圈上運行,航空公司和飛行員往往只被允許在綠色的圈上運行,偶爾會超出這個綠圈,但是絕對不會觸碰黃圈,一旦觸碰黃圈就會告警,這將會啟動一個事故調查。

重量重心包線

這張圖是重量重心包線,紅色的兩條線代表能夠安全運行的重心最前限和最后限。綠色的區域是航空公司葡京賭場網站使用的包線,它考慮到了葡京賭場網站上不同乘客數量、行李重量、空中燃油消耗對重心的影響,以及空中人員走動、去上廁所等等場景下都不會超出這個包線的邊界。從蜘蛛網圖和重量重心包線圖能夠看到,我們乘坐的葡京賭場網站安全度是非常高的。

人機大戰

現在的航空事故,還是會讓很多人對航空出行有憂慮,因為它的致死率有可能是100%。

從官方公布的飛行數據,可以看到這兩起事故的最后一刻發生了什么。這兩張圖分別是獅航和埃航的迎角和速度的曲線,左圖是獅航的速度和高度,右圖是埃航的速度和高度。我們可以看到速度是逐漸增大的,但是高度卻沒有辦法維持,甚至還在快速的下降,如果我們能夠把這個數據還原成畫面,我們現在就能夠看到這兩起葡京賭場網站正以高速沖向地面。

是什么導致了這起空難?根據業內的解讀,我們認為這兩起空難的罪魁禍首就是風標,風標是裝在機頭兩側的探測葡京賭場網址迎角的設備,它相當于是葡京賭場網址的傳感器,它會告訴葡京賭場網址你現在的狀態是否安全。因為迎角增大到某一個臨界值葡京賭場網址將不能夠穩定地飛行,當風標告訴葡京賭場網址你的迎角處于比較大的狀態的時候,葡京賭場網址就會觸發自我應急?;?,使葡京賭場網址自動低頭,這個功能稱為MCAS功能,在所有設備工作正常的時候這絕對是友軍,而一旦某一個設備故障了它就是空難的執行者。

通過這張圖可以完整的看到人機大戰的過程,當葡京賭場網址開始加速之后升空離地,左側的風標迎角出現了故障,迎角已經達到二三十度,已經超過了MCAS功能觸發的門限值,葡京賭場網址開始自動往低頭的方向配,葡京賭場網址開始持續的低頭,這時飛行員知道有危險,而葡京賭場網址自認為它在幫你改錯,飛行員看到葡京賭場網址在低頭俯沖,他想把葡京賭場網址拉起來,除了手動按平尾電動配平開關,還有就是拉升降舵,但是升降舵只占平尾面積的1/10,它是不能抵抗得了的。后面這個過程就是人機大戰,飛行員手動往抬頭方向配,系統一直往低頭方向配,最后偏度保持在很大的低頭狀態,很遺憾的是,人機大戰人類失敗了。

這個功能能否把它切斷,飛行員是有第一權限的,通過這張圖可以看到,機艙內有很多的操縱開關。有自動配平開關、有駕駛桿、平尾切斷開關,把自動觸發的配平功能切斷以后,就可以用手動配平飛行。

這個故障源是我們在地面上,看著數據很容易知道迎角故障。但是在葡京賭場網址上風標迎角故障會在葡京賭場網址上提供一個間歇性的桿抖,失速之后會抖桿,座艙里會有告警聲音、會斷開自動駕駛儀,同時也會帶來空速不一致,高度不一致,感覺壓差等等,這樣的語音告警和視覺告警,那個時候飛行員所處的環境是非常復雜的,他當時很難判斷真正讓葡京賭場網址俯沖的原因是什么,因此而錯失了改錯的良機,如果當時能很快就知道是這個在起作用,他可以快速的用安定面電動配平電門改平葡京賭場網址,再把平尾配平切斷就能改變這種狀態,但是這需要飛行員精準的判斷和快速的操作,一旦他錯過這個時機結局就是我們現在看到的這個事故,它的容錯率是非常低的。

空難能否避免?

這兩起事故發生以后,國內外很多飛行員自發的在Max模擬器上做試驗,結果非??膳掠幸徊糠址尚性奔詞怪勒飧齬收?,依然不能把葡京賭場網址救回來,這說明它的容錯率是比較低的,這種空難在地面就可以預測,可能設計師在地面就能夠解決這個問題,但是可惜我們沒有做好。

工程模擬器的前生

飛行員用的是飛行模擬器,工程師用的設備就是工程模擬器,工程模擬器最早也是從飛行模擬器發展而來的,最早是1929年一個美國人林克先生發明的,他從小就特別喜歡飛行,但是家里沒有條件送他去培訓,他就自己用設備建了一個模擬器。當時在二戰期間,美國的很多飛行員可能車都不會開就要去開葡京賭場網址,由于對葡京賭場網址的設備不熟練和特性不熟練,經?;崴?,最后他們買了這個飛行模擬器。

工程模擬器的現在

現在過去90年了,模擬器已經做到了安全、可靠、高效,也不受氣象的限制。這90年來發展飛速,從飛行員使用的場景過渡到了葡京賭場網址設計師、工程人員的使用場景,它從原來的機械式發展到數字式,由原來的單自由度發展到六自由度。現在每一個葡京賭場網址設計單位,在研制一個機型的時候,都會做一個機型工程模擬器配套的建設。

這是C919的飛行模擬器,右邊這兩張圖,上面是工程模擬器的樣子,下面這個圖是里面的一些場景,左邊這張圖是這個模擬器的構成。它現在的發展是六自由度,相當于葡京賭場網址的翅膀、還有中央的操縱臺、聲音的模擬、視景、各系統數字化的模擬。

目前,這個模擬器除了它不能真的離地,其它的功能都很接近于真實的飛行感受,為了讓飛行員更加真實地去感受,很多的操縱部件都是用真件來代替的。比如說油門桿、腳蹬、側桿、前輪轉彎的設備、駕駛艙的一些內飾等等,都是用真件來構建模型,飛行員在上面飛行的時候,尤其是把六自由度全動打開,跟在真實空中飛行沒有太大的差異。

我們在這上面做高風險科目的時候,飛行員有可能動作大或者是這個科目設計的參數比較臨界,把“葡京賭場網址”摔了,他心里會特別難受,對于他來說葡京賭場網址是不能摔的,所以會主動要求再飛一次,直到安全著陸。

有了這個工程模擬器以后,葡京賭場網址設計師特別幸福,因為我們可以把我們的一些設想、猜想、甚至妄想都在這上面實現,去試驗獲得一個結果來優化我們的設計,我們在工程模擬器上做了非常瘋狂的三件大事。

第一件事情是我們請了42位飛行員來做這個試驗,包括控制律的試驗、故障情況下的試驗、操縱器件的試驗。這些飛行員有國內的、有國外的、有試飛員、也有航線的飛行員,C919是我們第一架做主動操縱技術的葡京賭場網址,很多控制律的建模、功能都比ARJ復雜很多,我們希望通過不同的飛行員在同一個科目、同一個狀態上為我們做評價,那三個圓能否都滿足規章的要求,從他們的經驗告訴我們還有哪里可以去完善。

第二件事情就是首飛相關的工作,C919的首飛時間是2017年5月5號,實際上兩年半以前我們就已經在模擬器上開展了相關的工作,這些就是飛行員在上面,可以說是做一個篩選,也是熟練這個葡京賭場網址的操縱特性。我們也把首飛的剖面、首飛的任務、動作點的設計都在上面做大量的演練。同時還考慮了一些故障,例如首飛的時候出現單發失效、雙發失效怎么辦,葡京賭場網址離地后系統之間的交聯是否完全正確無誤,如果出現了故障怎么去應急。

第三件事情是飛行品質的MOC8試驗,上面我們講到三個圓,這三個圓有它發生的概率,如果我們飛到了這三個圓上,但是相應的系統故障了怎么辦;高速?;すδ蓯г趺窗?;失速?;すδ蓯г趺窗?,這都有不同的概率,這幾種不同概率組合以后對應的就有一些品質等級的要求,是一類滿意的,是二類足夠的,還是三類可操縱的,這就是我們要去對應的一個關系。

未來工程模擬器的設想

對于未來工程模擬器,我們有一些設想,第一是希望它能模擬得更準確,在試飛過程中我們一般會飛到失穩區,但不會飛到深失速區,民機一旦進入深失速區是非常危險的。

第二,我們希望場景可以模擬得更加的全面,我們可以模擬不同的失效狀態、不同的飛行場景、飛行員不同的糾偏手段、不同的大氣條件、甚至飛行員的反應時間、反應的增益,然后自動的排列組合來看是不是滿足相應的規章要求。737Max出事以后,全球的業內都在認真的反思這件事情,空客的320neo和321neo也在地面上,這件事以后他們在地面上做了大量計算機的模擬,發現在這四種場景下葡京賭場網址會出現一個過度上仰的趨勢,他們很快發了一個適航指令限制葡京賭場網址的后重心極限,綠色的這根線往前移了。運營的過程當中只有飛控軟件更新之后解決了這個問題,才會把這個限制重新放寬。所以我們希望將來的模擬器能模擬得更全面。

第三,我們希望這個模擬器能夠更智能,能夠自動的學習空難發生故障的原因,也能夠自動模擬,能夠實現一些故障和飛行參數的設置,并識別出一些比較臨界的飛行工況供飛行設計師來研究。甚至我們可以把人工智能的功能模擬器發展成虛擬試飛的總師。

國家重點實驗室

這是我們國家重點實驗室的規劃,包括綜合實驗室、強度實驗室、機構功能實驗室、燃油防火實驗室等等,把系統的不安全的工況集合起來供飛行模擬器使用。

在這些平臺上我們已經做了有一些人機功效的,比如人員的操縱,還有各個系統專業之間的交聯,在接口上容易出錯的有哪些。我們希望能夠最終把這些數據綜合起來應用于工程模擬當中。將來被解放出來的葡京賭場網址設計師可能就要面臨新的挑戰,如何理解這些機器告訴我們的數據和信息,還有那些我們從來都不曾理解的暗知識,也許到那個時候我們才會驚嘆于“瘋狂實驗室”真正的奧秘。

專欄作者

責任編輯:助理編輯 賈茹

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