運輸類飛機試飛空中應急離機試驗及仿真

作者:未知

西甲积分榜 www.llkxvd.tw   摘  要:介紹了運輸類飛機空中應急離機的改裝和離機通用程序,提出了一種基于元胞自動機和智能體仿真空中應急離機問題的方法,并給出系統設計總體思路。按照人-機-環境思路設計了體系結構,給出仿真系統整體流程圖,最后開發了面向對象的空中應急離機仿真系統,通過對比試驗類飛機應急離機試驗和仿真結果驗證了空中應急離機系統的合理性和實用性。
  關鍵詞:試飛試驗;應急離機;系統建模
  中圖分類號:V217         文獻標志碼:A         文章編號:2095-2945(2020)07-0063-03
  Abstract: This paper introduces the modification and general program of air emergency departure of transport aircraft, puts forward a method to simulate the problem of air emergency departure based on cellular automata and agent, and gives the general idea of system design. The architecture is designed according to the man-machine-environment idea, and the overall flow chart of the simulation system is given. Finally, an object-oriented air emergency departure simulation system is developed. The rationality and practicability of the air emergency departure system are verified by comparing the emergency departure test and simulation results of experimental aircraft.
  Keywords: flight test; emergency departure; system modeling
  1 概述
  運輸類飛機主要包括軍用運輸機、民航飛機以及其他一些特種飛機(如預警機、電子偵察機、反潛機、干擾機等)。運輸類飛機試飛試驗是飛機在真實飛行條件下進行科學研究和飛機鑒定、定型的過程。飛機試飛科目復雜,試飛架次較多,其中包線擴展,顫振、失速、起落架、排煙、發動機空中啟動等試飛科目中有很多風險科目,空中應急離機系統是飛行試驗或執行任務過程中保證機組和機上工程師迅速離機的應急救生系統。
  目前對于空中應急離機研究主要有計算機仿真、實景應急離機、原機應急離機三種手段。通過計算機對艙內布置、環境等進行建模,對應急離機過程進行仿真。實景離機試驗是人為制造的空中離機環境下研究應急離機及其各種因素的影響規律;在進行大量計算機仿真和實景離機試驗的基礎上,優化原機應急離機布局,通過原機應急演練熟悉并固化離機流程,提高逃生效率。
  2 空中應急離機系統改裝
  在運輸類飛機試驗之前需要對飛機進行應急離機改裝,改裝內容包括應急卸壓裝置、應急離機門改裝、應急離機通道、輔助設施、應急照明、聲光告警裝置、機內通話裝置、跳傘鋼索、救生物品柜、應急供電等。具體工作內容如下:
 ?。?)應急卸壓改裝主要考慮飛機承載能力和人體耐受極限兩方面因素,卸壓口蓋開啟裝置包括運動式開啟和拋放式開啟。
 ?。?)離機通道改裝主要包括離機扶手加裝、艙內棱角、尖銳物圓滑處理、銀光條鋪設;扶手加裝高度為1.0m~1.2m,直徑約Φ=35mm,扶手距離在500mm~700mm之間。
 ?。?)聲光告警系統包括離機控制板(包括跳傘控制、離機完畢信號)、三色應急燈、聲音警報信號、離機反饋按鈕。三色燈由紅、黃、綠組成,代表停止跳傘、準備跳傘、跳傘三種狀態,指示燈亮度在660cd/m2~1300cd/m2,指示燈的安裝必須無遮擋,保證機上人員能夠明顯看到指示信號,且撤離時指示燈不會對機上人員趙成阻擋和其他負面影響;在副駕駛離機時需要按下“離機完畢反饋”按鈕,正駕駛最后離機。
 ?。?)機內通話裝置為滿足機組和機上工程師進行通話,機上工程師需要隨時聽到機組的通知和口令,但機上工程師耳麥需要集成送話器以免持續的后艙噪音和其他不必要雜音干擾機組。
 ?。?)離機鋼索位置設置在應急離機門旁,合適高度方便掛鎖。
 ?。?)救生物品柜包括機組救生物品柜和空勤人員救生物品柜,分別放置在駕駛艙和客艙。
 ?。?)救生裝備包括防護型頭盔、應急供氧面罩和氧瓶、救生傘、應急包等設備,救生裝備放置在救生物品柜內。
 ?。?)供電系統改裝包括機上供電和蓄電池應急供電,
  能保證飛機在發動機空中停車、著火等險情下,蓄電池仍然能夠為聲光告警裝置、應急過道燈、機內通話等設備供電。
  空中離機流程:
  飛機試飛中出現意外緊急情況(例如火情、燃油大量泄漏、飛機無法控制等)時,機上參試人員根據機長指示按以下對應程序進行準備離機工作。離機順序通常為:試飛工程師或戰勤人員首先按順序離機,然后是通訊員、機械師和副駕駛離機,機長最后離機。表1為空中機組撤離通用程序。
  3 空中應急離機仿真系統建立
  3.1 空中應急離機模型選擇
  目前研究緊急情況下人員疏散的模型,文中建立的模型必須考慮艙內每個乘員角色、個體特征,心理特征等,每個乘員都是一個不同特性的個體,互相之間都存在差別,離機過程必須所有個體的同步運動,會收到艙內外環境和周圍個體的影響。因此選用能體現行為特征的微觀運動模型,將每個網格個體看成是一個“智能體”,文中用到的模型種類有兩種。   一類是元胞自動計模型,這類模型將艙內空間離散為很小的網格,用網格的占據和空缺來模擬艙內設備位置和人員撤離過程,每個單元網格狀態在同時發生變化,且每個網格下一秒狀態由它本身和周圍相鄰的網格狀態共同決定,最先使用在公交車輛應用研究中,用于研究交通數據的建模。但存在計算量大、適用范圍小的缺點,例如airEXODUS模型、SIMUEX模型等。
  一類是引入智能體的模型,用“智能體”代表單一機組人員、戰勤人員或試飛工程師,通過大量代表機上成員的智能體置于艙內離散仿真空間中,來研究他們總體的行為,并引入智能體周圍信息掌握程度和心理變化等參數,模擬過程中通過迭代方式得出下一個時刻每個智能體的位置。例如Helbing模型和“網格模型”就是很好的例子。
  空中應急離機模型建立采用元胞自動機模型虛擬艙內空間離散為直徑0.5m的正方形網格,將機組人員、戰勤人員或試飛工程師均看成為一個個多智能體,利用兩種模型相結合的方法對空中應急離機過程進行仿真,為了準確描述某個智能體真實情況,將智能體ai表示為ai=(ηi,li,vi,si,βi)。
  其中:ηi代表智能體屬性,li表示智能體的艙內位置,vi代表智能體行進速度、si為描述智能體對艙內空間信息掌握情況,βi代表理性參數。
  人員最大移動速度收到本身性別和年齡的限制,離機過程中某一時刻運動速度還受到飛行姿態、前方位置以外障礙物、照明條件、恐慌等級,艙內損壞程度等影響,采用加權法計算對撤離速度產生的總影響,其中人員i運動速度計算公式如下:
  
  
  式中:MAX(. , .)為取兩值中最大值;vimax為人員i最大運動速度;λi為人員i飛行姿態影響因子,恐慌水平影響因子,以外障礙物影響因子,客艙照明條件影響因子,艙內損壞程度影響因子等;μi為人員i是否存在不利飛行姿態、恐慌水平、有可越障礙、客艙照明水平,艙內損壞程度等。
  3.2 系統功能實現
  為了更好解決空中應急離機仿真問題,準確地為應急離機提供高效的離機方案,引入元胞自動機模型和智能體模型理念設計空中應急離機模型,設計并開發空中離機仿真系統。采用C++設計語言,基于MFC進行開發,圖1為應急離機整體流程圖,圖2為仿真系統軟件界面。
  4 軟件功能介紹和驗證
  軟件界面主要包括艙內人員特性設置,飛行特性設置,環境特性設置,仿真平面區域,報告輸出等功能。
  4.1 人員的特性設置
  人的特性??櫓饕父鎏逄匭?,包括基本信息、生理特性和心理特性?;拘畔?、工號、身份(包括機長、副駕駛、其他機組和試飛工程師)等。生理特性指人的性別、年齡、體重、肥胖程度、最大前向行走速度、穿戴救生傘時間、佩戴應急氧時間,視野等。心理特性包括反應時間、應急離機出口遲疑時間、恐慌水平、耐心、環境熟知程度等。出口遲疑時間指在出口處,由于特定環境的影響,如飛機氣流波動、飛行高度較高等造成機組和試飛工程師在離機前出現遲疑。
  4.2 飛機特性設置
  飛機的特性設置包括飛機參數和離機場景的物理環境設置,飛機參數包括飛行高度、速度、俯仰角、應急卸壓狀態等參數;離機場景包括空中應急出口數量、類型(尾艙門、向下離機通道、爆炸應急門等)以及開啟時間,座椅數量、位置,任務操縱臺數量和位置,衛生間,過道寬度等。
  4.3 環境參數設置
  環境參數設置包括座艙環境溫度、艙壓、亮度、噪聲、火、毒氣、濃煙等?;肪沉煉?、濃煙等將影響離機過程和速度。離機過程中如果有機組成員進行指揮,撤離時間將會縮短,而如果周圍噪聲過大,將會影響到指揮的效果。
  在某型民用飛機在試飛中艙內布局為例,因執行科目時需要試飛工程師配合完成,機上人員包括3名試飛員和6名試飛工程師。在飛行前對離機流程進行仿真,共完成100次空中應急離機仿真計算,輸出總離機時間平均值T為24.8s,最小值Tmin為23s,最大值Tmax為26.5s;仿真后進行地面離機演練,為模擬真實的飛行情況,機組與試飛工程師們在飛機上進行空中應急離機地面演練,演練人員從機長發出“準備離機”命令開始,機上人員按照離機程序進行應急離機,經25.3s機上人員完成離機,仿真結果與地面演練結果一致,結果可信。
  5 結束語
  本文在傳統基于元胞自動機應急離機撤離算法的基礎上,針對運輸類飛機試飛時空中應急撤離應用對象,設計了機上應急離機仿真系統。按照人-機-環境系統的思想構建了仿真系統的體系結構。仿真實例驗證結果表明設計的空中應急離機仿真系統具有一定的實用性。該仿真系統建??捎行е傅加崩牖淖吧杓迫嗽苯鋅罩杏崩牖低車陌踩隕杓?,并可對系統的布置方案進行離機性能評估,進而優化離機系統布置和離機程序改進。
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