基于電子飛行包EFB 的多機(jī)型性能計(jì)算集成研究

曾麗輝

（南京航空航天大學(xué)，江蘇 南京 210016）

電子飛行包（EFB）作為一種主要用于駕駛艙的電子信息管理和顯示系統(tǒng)，能夠取代傳統(tǒng)的紙質(zhì)資料顯示多種航空信息數(shù)據(jù)和進(jìn)行飛機(jī)性能等基本的計(jì)算。目前國(guó)外關(guān)于飛機(jī)實(shí)時(shí)性能計(jì)算的典型是空客公司的Flysmart 和波音公司的OPT 軟件，但在國(guó)內(nèi)應(yīng)用存在以下缺點(diǎn)：（1）開發(fā)接口封閉，無(wú)法與國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的EFB 應(yīng)用軟件關(guān)聯(lián)，無(wú)法自動(dòng)獲取相關(guān)航班動(dòng)態(tài)信息；（2）2 款軟件之間無(wú)法交互，后臺(tái)性能人員需要分別維護(hù)2 個(gè)機(jī)型的性能底層數(shù)據(jù)；（3）由于存在技術(shù)壟斷，2 款軟件服務(wù)費(fèi)收費(fèi)高昂，增加航司的運(yùn)營(yíng)成本。因此，加快推進(jìn)基于電子飛行包EFB 的多機(jī)型性能計(jì)算集成應(yīng)用的探索，打破國(guó)外技術(shù)壟斷，助推國(guó)產(chǎn)民機(jī)在該領(lǐng)域的應(yīng)用研究，其必要性和重要性不言而喻。

1 起飛著陸過(guò)程分析

飛機(jī)在起飛降落過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)、剎車等裝置會(huì)受到天氣、氣壓、跑道狀況等多方面的影響，這些影響因素會(huì)導(dǎo)致起飛和降落階段的性能參數(shù)產(chǎn)生變化。

1.1 起飛性能影響因素分析

（1）溫度。當(dāng)外界溫度低于平推力溫度，起飛推力保持恒定的平額定推力，當(dāng)外界大氣溫度達(dá)到或高于平推力溫度之后，起飛推力受限于排氣溫度的限制，起飛推力減小。（2）風(fēng)。頂風(fēng)有助于起飛，順風(fēng)不利于起飛。（3）氣壓高度。氣壓高度增加時(shí)，可用推力減小，真空速提高，起飛爬升梯度減小，所需要的跑道長(zhǎng)度相應(yīng)增加。（4）跑道坡度。上坡起飛，可用起飛滑跑距離增加，可用加速-停止距離減少；下坡起飛，可用起飛滑跑距離縮短，可用加速-停止距離增加。

1.2 著陸性能影響因素分析

飛機(jī)著陸主要經(jīng)受定高飛行、下滑與地面減速等階段。飛機(jī)著陸的影響因素為以下幾點(diǎn)。

（1）著陸入口速度和入口高度。著陸入口速度和入口高度增加，著陸距離增長(zhǎng)。（2）著陸接地點(diǎn)的控制。實(shí)際飛行員操作中，拉平飛段方式會(huì)增加著陸距離。（3）道面情況。積水、污染使摩擦系數(shù)降低，所需的著陸距離增加。

2 EFB 性能計(jì)算多機(jī)型集成應(yīng)用設(shè)計(jì)

2.1 性能計(jì)算存在的問(wèn)題

目前，國(guó)內(nèi)主流飛機(jī)機(jī)型為空客、波音和中國(guó)商飛機(jī)型，多機(jī)型、多廠商、多性能計(jì)算軟件共存的現(xiàn)實(shí)情況在各大航空公司普遍存在，通過(guò)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)目前性能工程師和機(jī)組人員在使用的過(guò)程中普遍存在2 個(gè)問(wèn)題：（1）性能工程師在日常的數(shù)據(jù)維護(hù)過(guò)程中，需要在電腦終端分別安裝各廠商提供的性能計(jì)算軟件并分別對(duì)其中的機(jī)場(chǎng)、跑道、障礙物的機(jī)場(chǎng)基礎(chǔ)信息進(jìn)行維護(hù)，重復(fù)工作量大、存在人為錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)并且在數(shù)據(jù)周期時(shí)，需要進(jìn)行大量性能圖表的計(jì)算和數(shù)據(jù)分析工作。（2）在存在多機(jī)型的航司，對(duì)飛行員使用性能軟件提高了不小的切換成本，飛行員需要在執(zhí)飛不同廠商機(jī)型的任務(wù)時(shí)，需要切換不同的性能軟件進(jìn)行飛機(jī)性能評(píng)估，且各個(gè)廠商的性能計(jì)算軟件無(wú)論從使用方式和結(jié)果展示方式均各不相同。

2.2 計(jì)算軟件系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

EFB 性能計(jì)算界面可以通過(guò)指定的輸入?yún)?shù)調(diào)用基于SCAP 協(xié)議封裝的WEB 服務(wù)接口，能夠?qū)崿F(xiàn)EFB 性能計(jì)算的在線性能計(jì)算功能。通過(guò)規(guī)范指定的性能計(jì)算條件，能夠?qū)⒍鄰S商、多機(jī)型的輸入條件進(jìn)行規(guī)范處理，這樣只需基于SCAP 協(xié)議維護(hù)各機(jī)型的構(gòu)型參數(shù)以及設(shè)計(jì)后臺(tái)計(jì)算邏輯就可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)型計(jì)算的功能效果，同時(shí)通過(guò)接口的方式，還可以設(shè)計(jì)不同的商用計(jì)算邏輯，為后期實(shí)現(xiàn)不同性能需求留有個(gè)性化的業(yè)務(wù)邏輯設(shè)計(jì)空間，大幅提升了EFB 多機(jī)型性能計(jì)算的個(gè)性化需求設(shè)計(jì)。

2.3 邏輯框架設(shè)計(jì)

（1）物理結(jié)構(gòu)框架。EFB 性能計(jì)算多機(jī)型集成應(yīng)用以性能服務(wù)器、接口服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器為基礎(chǔ)。性能服務(wù)器用于實(shí)時(shí)性能計(jì)算，一般由2 臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行負(fù)載均衡；接口服務(wù)器可與應(yīng)用服務(wù)器共用，基于接口服務(wù)器通過(guò)EFB 與飛行員建立連接；應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器服務(wù)于性能工程師，其中應(yīng)用服務(wù)器用于提供通告解析、圖形分析、告警等應(yīng)用服務(wù)部署，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用雙機(jī)熱備用于數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)。（2）客戶端邏輯架構(gòu)。性能管理系統(tǒng)需將客戶端與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)性能計(jì)算?？蛻舳税C(jī)場(chǎng)數(shù)據(jù)管理、機(jī)型數(shù)據(jù)管理、飛機(jī)數(shù)據(jù)管理、構(gòu)型數(shù)據(jù)管理、構(gòu)型參數(shù)數(shù)據(jù)管理、導(dǎo)入數(shù)據(jù)管理與導(dǎo)出數(shù)據(jù)管理，數(shù)據(jù)庫(kù)包括機(jī)場(chǎng)跑道數(shù)據(jù)、障礙物數(shù)據(jù)、機(jī)型數(shù)據(jù)庫(kù)和性能數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)Web Api 與EFB 將客戶端與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效提取和計(jì)算。（3）框架和架構(gòu)組件?；谏鲜鲞壿嬁蚣埽ㄟ^(guò)公共模塊、工具模塊、模型層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、自定義控件層、窗體模塊、項(xiàng)目主程序、服務(wù)層、服務(wù)宿主和數(shù)據(jù)接口層等11 個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)具體功能，主要實(shí)現(xiàn)日志管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)訪問(wèn)和審核數(shù)據(jù)的存取、性能計(jì)算主程序、對(duì)外提供WebApi數(shù)據(jù)接口等功能。

3 測(cè)試用例及驗(yàn)證

本文以波音B737-800 機(jī)型為例，將計(jì)算結(jié)果與PET比對(duì)，驗(yàn)證搭建的計(jì)算框架的準(zhǔn)確性。起飛階段計(jì)算的輸出結(jié)果包括最大起飛限重值、V1、V2 和VR 數(shù)據(jù)。

（1）固定的風(fēng)速、溫度、襟翼選項(xiàng)數(shù)據(jù)、反推選項(xiàng)數(shù)據(jù)、空調(diào)選項(xiàng)數(shù)據(jù)、防冰選項(xiàng)數(shù)據(jù)和道面選項(xiàng)數(shù)據(jù)選擇ZBAA 機(jī)場(chǎng)的01 跑道參數(shù)為溫度12℃，靜風(fēng)，干道面、襟翼05、空調(diào)AUTO、放冰OFF、所有反推工作，進(jìn)行計(jì)算得到輸出結(jié)果為V1=151.8 節(jié)，V2=157.3 節(jié)，VR=152.9 節(jié)，最大起飛限重值為77791kg，性能計(jì)算軟件PET 計(jì)算的結(jié)果信息為V1=151.8 節(jié)，V2=157.3 節(jié)，VR=152.9 節(jié)，最大起飛限重值為77791kg，經(jīng)比較輸出結(jié)果數(shù)據(jù)與PET 軟件的輸出結(jié)果數(shù)據(jù)一致。（2）固定的風(fēng)速和溫度，按照不同的襟翼選項(xiàng)數(shù)據(jù)、反推選項(xiàng)數(shù)據(jù)、空調(diào)選項(xiàng)數(shù)據(jù)、防冰選項(xiàng)數(shù)據(jù)和道面選項(xiàng)數(shù)據(jù)組合選擇ZBAA 機(jī)場(chǎng)01 跑道使用靜風(fēng)、12℃以及分別與干和濕的道面選項(xiàng)、01 和05 的襟翼選項(xiàng)、AUTO 和OFF 的空調(diào)、OFF 和ON 的放冰選項(xiàng)以及工作和不工作的反推選項(xiàng)的計(jì)算條件，有32 種組合計(jì)算條件進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證，選取三種組合關(guān)系進(jìn)行展示。經(jīng)比較，三種條件下的計(jì)算結(jié)果與PET 一致。條件1：靜風(fēng)、12℃、干道面、襟翼01、空調(diào)AUTO、放冰OFF、反推工作。ZBAA 機(jī)場(chǎng)01 跑道的輸出結(jié)果信息為V1=158 節(jié)，V2=163.2 節(jié)，VR=159.3 節(jié)，最大起飛限重值為77791kg，性能計(jì)算軟件PET 計(jì)算的結(jié)果信息為V1=151.8 節(jié)，V2=157.3 節(jié)，VR=152.9 節(jié)，最大起飛限重值為77791kg。條件2：靜風(fēng)、12℃、濕道面、襟翼05、空調(diào)AUTO、放冰OFF、反推工作。ZBAA機(jī)場(chǎng)01 跑道的輸出結(jié)果信息為V1=145.4 節(jié)，V2=157.3節(jié)，VR=152.9 節(jié)，最大起飛限重值為77791kg，性能計(jì)算軟件PET計(jì)算的結(jié)果信息為V1=145.4節(jié)，V2=157.3節(jié)，VR=152.9 節(jié)，最大起飛限重值為77791kg。條件3：靜風(fēng)、12℃、干道面、襟翼05、空調(diào)AUTO、放冰OFF、反推工作。

ZBAA 機(jī)場(chǎng)01 跑道的輸出結(jié)果信息為V1=151.8節(jié)，V2=157.3 節(jié)，VR=152.9 節(jié)， 最大起飛限重值為77791kg，性能計(jì)算軟件PET 計(jì)算的結(jié)果信息為V1=151.8 節(jié)，V2=157.3 節(jié)，VR=152.9 節(jié)，最大起飛限重值為77791kg。（3）使用固定襟翼選項(xiàng)數(shù)據(jù)、反推選項(xiàng)數(shù)據(jù)、空調(diào)選項(xiàng)數(shù)據(jù)、放冰選項(xiàng)數(shù)據(jù)和道面選項(xiàng)數(shù)據(jù)以及分別按照不同的風(fēng)速和溫度組合。選擇ZBAA 機(jī)場(chǎng)01 跑道，使用干道面、襟翼05、空調(diào)AUTO、放冰OFF、所有反推工作以及風(fēng)速和溫度的計(jì)算條件，分別進(jìn)行組合計(jì)算，驗(yàn)證比較輸出結(jié)果數(shù)據(jù)與性能計(jì)算軟件PET 的輸出結(jié)果數(shù)據(jù)是否一致。由于組合較多，本文選取3 種組合結(jié)果展示，經(jīng)比較輸出結(jié)果數(shù)據(jù)與性能計(jì)算軟件PET 的輸出結(jié)果一致。

條件1：頂風(fēng)-10KT、12℃、干道面、襟翼05、空調(diào)AUTO、放冰OFF、所有反推工作。結(jié)果1：ZBAA 機(jī)場(chǎng)01 跑道的輸出結(jié)果信息為V1=149.8 節(jié)，V2=156.4 節(jié)，VR=151.8 節(jié)，最大起飛限重值為76689kg，性能計(jì)算軟件PET 計(jì)算的結(jié)果信息為V1=149.8 節(jié)，V2=156.4 節(jié)，VR=151.8 節(jié)，最大起飛限重值為76689kg。

條件2：靜風(fēng)、26 ℃、干道面、襟翼05、空調(diào)AUTO、放冰OFF、所有反推工作。結(jié)果2：ZBAA 機(jī)場(chǎng)01跑道的輸出結(jié)果信息為V1=151.8 節(jié)，V2=157.3 節(jié)，VR=153 節(jié)，最大起飛限重值為77791kg，性能計(jì)算軟件PET 計(jì)算的結(jié)果信息為V1=151.8 節(jié)，V2=157.3 節(jié)，VR=153 節(jié)，最大起飛限重值為77791kg。

條件3：順風(fēng)10KT、30℃、干道面、襟翼05、空調(diào)AUTO、放冰OFF、所有反推工作。結(jié)果3：ZBAA 機(jī)場(chǎng)01 跑道的輸出結(jié)果信息為V1=152 節(jié)，V2=157.2 節(jié)，VR=152.9 節(jié)，最大起飛限重值為77699kg，性能計(jì)算※軟件PET 計(jì)算的結(jié)果信息為V1=152 節(jié)，V2=157.2 節(jié)，VR=152.9 節(jié)，最大起飛限重值為77699kg。

通過(guò)上述對(duì)本文性能計(jì)算結(jié)果與PET 結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，數(shù)據(jù)基本無(wú)誤差，且該構(gòu)型參數(shù)基本維護(hù)一遍不需要頻繁修改操作，因此本文的基于電子飛行包EFB 的性能計(jì)算結(jié)果較為準(zhǔn)確，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

本文創(chuàng)新的提出基于EFB 的多機(jī)型性能計(jì)算，通過(guò)分析起飛和著落性能影響因素，按照軟件設(shè)計(jì)模塊研究飛機(jī)性能計(jì)算過(guò)程必須使用的各類參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部各功能的解耦設(shè)計(jì)以及外部數(shù)據(jù)抽取的服務(wù)化。本文為解決國(guó)外性能計(jì)算軟件不能進(jìn)行多機(jī)型的性能計(jì)算，搭建國(guó)內(nèi)集成多機(jī)型性能計(jì)算的平臺(tái)，為性能計(jì)算的可行性提供理論和數(shù)據(jù)支撐的同時(shí)，為其應(yīng)用研究提供技術(shù)方向和解決方案。