[科普中国]-飞行试验实验室

简介

过去大部分航空电子设备的研发、测试及验证都在地面综合实验室。通过模拟仿真形式进行，航空飞行实验室(AFL)概念的提出能让这些研发工作在真实飞行环境下进行，能有效的提高研发效率。像新研制的雷达、光电、武器等系统也必须在飞行状态才能真实地反应各自性能和存在的问题，以便进行修复和改进。对于一些看似不需要进行飞行测试验证的设备(如通信、导航、识别等)，在真实飞行环境下更能在各种场景进行全面测试，以挖掘出地面综合实验室不能发现的问题。航空飞行实验室AFL能够作为空中测试床(Airborne test bed)和地面综合实验室，用来为各种战斗机航空电子系统提供验证平台，测试和验证任务系统以及任务软件的性能[f}l。在JSF}g}研制中AFL主要降低战斗机任务系统先进武器系统设计的风险，从而验证所研制战斗机的大杀伤性、高存活性、高支援性和可支付等特性，保证战斗机的顺利研制。

研究调查表明，几乎67%设备的问题能够在地面综合实验室中发现并修复，通过地面综合实验室对航电设备进行测试验证是一种减少飞行时间的有效手段，随着技术的提升，这一比例虽然在不断增加，但始终无法达到利用真实环境下进行测试的高度。现今航空电子系统越来越复杂，且很难在其他环境进行模拟与仿真，因此发展和研制航空飞行实验室势在必行。

地面综合实验室地面综合实验室是在仿真环境下对设备进行测试验证，主要存在两个主要的缺点。第一是地面综合实验室与真实飞机的的差异，如空间大小不同，缺乏有效飞行软硬件等。真实飞行环境还存在大量的变量，如加速度，振动，噪声等，这些都是无法在没收集飞行数据情况下进行充分模型化。其次是模拟仿真本身，模拟仿真即非真实，仅是一个模拟，无法模拟出所有真实环境下的各种动态变化。

人们试图使模拟仿真尽可能真实，然而变量的数目可能是天文数字，且很多情况可能是突发的，研究时无法完全预测。在测试验证同一航空电子设备时，在地面综合实验室可能是正常的，而飞行测试验证后结果可能截然不同，反过来的情况也同样存在。

与地面综合实验室的比较航空飞行试验是是对地面综合实验室的一个完美补充，在开发与验证当今日益复杂的航空电子系统设备时两者互相依存，共同努力以完成项目目标。地面综合实验室能在可预见的范围内预测评估系统性能，是发现系统重要异常问题的有力工具，能有效清除大部分常见问题，并大幅度降低飞行测试验证时间。航空飞行实验室能够提供地面综合实验室无法采集的真实数据和真实环境，对遗留的问题进行全方位考察，对设备进行全面精确可靠的测试验证。因此研究航空飞行实验室对国家航空事业有重要意义，而作为航空飞行实验室骨骼框架，其体系架构是其功能得以实现的基础，因此对其体系架构的研究是促进我国对航空飞行实验室研究的重要一步。

国内外研究历史与现状航空飞行实验室是90年代后针对JSF计划提出的用于保障JSF战斗机研制的新概念，也即在航空电子系统步入综合模块化（Integrated Modular Avionics, IMA）阶段后发展的。综合模块化航空电子系统本身也经过探索性的军用航电F-22“宝石台”初步综合架构、民用航电ARINC（Aeronautical Radio Incorporation）651架构、经过DO-297的IMA架构发展到近期的分布式综合模块化(Distributed Integrated Modular Avionics, DIMA)系统等几个不同类型架构的发展过程。在20世纪90年代有多种IMA架构的研究计划及其在飞机上使用。1996年美国在“宝石台”计划基础上针对F-3 5战斗机的任务系统采用了IMA架构，欧洲英法德三国联合ASAAC C Allied Standard Avionics Architecture Council ) 计划成为欧洲“台风”战斗机研制的IMA现实的基础。

航空飞行实验室系统架构设计按照通常产品分类，在组成方面，AFL机载系统与一般飞机类似，可分解为航电系统和功能系统，最大的不同是航电系统内添加了综合测试验证系统以实现测试验证功能，如图1所示。功能系统主要是使能飞行和提供飞行任务所需的公共设施，以支持AFL提供真实飞行环境能力。功能系统通常涉及飞行安全的安全关键系统，包括飞行控制系统，推力控制系统，燃油系统，电气系统，环控系统等，和其他类型飞机的功能系统功能类似。航空电子系统是完成测试验证任务和飞行任务相关的功能，包括测试验证系统和导航、通信、大气数据等。由于AFL用途和执行任务的特殊性，其航电系统组成上和其他飞机有所不同，而在配备的传感器和具体的设备上也有较高可替换性要求。

如图2所示，AFL机载系统按照飞行安全关键度可划分为任务管理系统和飞行器管理系统两大类。飞行器管理系统失效会涉及飞行安全的系统，任务管理系统是指系统失效涉及飞行任务和测试验证任务失败的系统，两者对机载设备和机载计算机的设计要求也是不相同的。1