安心飞翔在蓝天 航空安全与IT信息技术

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尽管有着高铁等新兴交通工具的冲击,但无可否认的是,飞机仍然是世界上最为安全的交通工具。虽然空难常常带来非常惨痛的损失,但飞机重特大事故的发生概率却一直呈下降趋势,特别是20世纪70年代以来,随着航空电子和计算机技术的发展,今天我们能够安全地“日行万里”,全靠这些新技术的支持。

模拟设计占得先机

飞机设计是一个非常讲究安全性的工作,而飞行安全的起点就在于飞机的空气动力学设计是否合理。过去,研究人员一般会制作飞机的模型放入风洞中,模拟各种航速、气流情况下飞机的表现,进行吹风实验,然后根据所得数据调整设计。

风洞实验固然有效,但也有很大局限性,一是风洞资源紧张,全世界目前有能力自行建造大型风洞进行实验的国家只有美国、俄罗斯、中国及几个欧洲国家,使用风洞的时间、效率都很受限制。二是传统风洞实验数据采集以后,过去需要通过人工计算并修正设计,这其中的计算量也是相当大的,必须投入大量的人力物力。这些问题使得过去很多飞机的空气动力学设计有待完善,经常是根据发生事故以后的调查结果发现是空气动力设计问题再进行修改。

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带有智能专家系统的故障检测仪可以在短时间内对飞机的某一子系统进行全面检测

如今随着大型计算机的投入应用,特别是模拟计算软件的长足发展,除了可以很快将实体风洞的实验数据进行计算以外,设计人员也可以通过风洞模拟软件,先行对飞机的空气动力设计进行验证和修改,大大减少使用实体风洞时做无用功的几率,提高设计的效率。相应的,飞机的飞行安全性也就更有了保障。

带有智能专家系统的故障检测仪可以在短时间内对飞机的某一子系统进行全面检测

智能检测保驾安全出航

任何机械都会发生故障,不让故障真正影响到使用的方法只有一个,就是通过专业的检修将事故隐患消除,飞机的飞行也是如此。

过去,由于飞机结构复杂,为了保证安全出航,地勤人员往往需要一个庞大的团队,在飞机出发前和返航后,花费大量的时间对飞机进行全面的检测。

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传统吹风实验非常耗费资源
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通过计算机模拟,设计人员能够提前对飞机的空气动力学设计进行实验和修正
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无线终端也大大解放了地勤人员

而且,传统的地勤维护对飞机一些隐蔽的死角往往很难照顾到,无法全面消除事故隐患。遇到疑难故障,必须请专家来进行诊断,效率更低。这样下来的结果就是造成飞机的出勤率低,在机库里的时间太长,对于运营航空业的企业来说一直是一个困扰很久的问题。

20世纪70年代投入运营的第一代新式喷气式大飞机加剧了这个问题,这些新式飞机结构更为复杂,特别是开始加装各种航空电子设备,线路问题的诊断比机械问题的诊断还要麻烦。

智能检测系统的出现就是为了应对这个安全困局。

这些智能检测设备首先采用了无创探伤(超声波、激光)等表面检测技术,同时接入飞机的航空电子线路中,利用探测设备上内置计算机存储的状态解读数据库和分析系统进行故障的解读和分析,能够对飞机的航空电子系统、动力系统、燃油系统、操纵系统进行全面的分析,花费的时间比人工检测大大缩短。

最新的智能检测系统除了利用片上系统(Soc)、DSP(数字信号处理器)等技术扩充了检测传感精度、处理速度,并开始内置了具有一定人工智能水平的“专家系统”,从而能够将一些复杂的故障和问题在现场就得到解决。

随着无线网络的发展,手持智能终端也在飞机的维护管理中起到了重要作用。地勤人员可以根据检测仪器检测到的故障代码,从移动终端中获取到远程数据库的最新信息对故障进行分析,也可以将故障代码或表现上传到远端支持系统请求远程协助,解决飞机的故障。

“自动”更精准

可能很多乘坐飞机的乘客都不知道,在飞机进入平飞甚至在降落时,有很长一段时间,都是由自动驾驶仪来代劳了。

自动驾驶仪在飞机上出现很早,它是为了解决在长途飞行特别是平飞巡航过程中人员疲劳容易造成操作失误的问题,而进行自动操纵、导航的系统。

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早期自动驾驶仪主要基于传统机电结构
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如今飞机的自动驾驶系统更加直观

但早期的自动驾驶仪主要依赖于手工输入单一航向参数,对于较为复杂的气候和气流挑战无法应对,只能按照固定的线路进行飞行,在20世纪40年代到60年代,经常发生自动驾驶仪僵化地将飞机带入危险云团中的事情,而且在面对一些复杂的导航情况、机械出现一些问题时,自动驾驶仪往往也会“抓瞎”,这是因为早期的自动驾驶仪是基于机电结构的。

现在的自动驾驶仪和它们的前辈比已经大大不同了。首先从系统构成上,已经从简单的“飞行数据输入系统+连接飞行操纵系统”进化成了“飞行数据电脑+飞行数据输入系统+连接飞行操纵系统+连接飞行姿态及导航通信系统”,并且和GPS卫星导航系统、气象雷达与大气计算机以及最重要的导航计算机相连。这样除了能够根据预定的航线进行自动驾驶外,还能实时综合天气、飞机姿态进行修正,特别是通过导航计算机可以不断地修正飞机操纵错误,改变过去传统自动驾驶仪“飞得越长、出错越多”的问题。

管控培训更加得力

航空安全,其实也相当依靠空中交通管制。根据数据统计,有6%的重大空难是由于空中管制不力等人为因素导致的。要保障航空安全,就需要有一个能承担高流量、复杂气候环境下空中交通调度的系统和团队。

空中交通管制从诞生以来主要依靠雷达,这点至今也未改变。但传统的管控体系对复杂气候和多高度层面、多方向进出的航班,缺乏足够的计算能力,尤其对于事故隐患的计算,很长时间都靠经验丰富的管制员的判断作出,这也是为何空中管制员在欧美是高薪阶层的原因。培养合格的管制员所花的时间和金钱也非常多。

有鉴于此,各国目前都大量引入了综合计算机系统进行空中管制人员的仿真培训,还有的国家(如美国)根据各空港具体情况,设有专门分担处理计算雷达数据和调度的第二空管中心,使得前方调度人员的培训时间缩短,素质提高,同时整个系统的调度效率也比以前有了很大的提高。

正是有这些举措,我们的出行,那些飞行在云端之上的空中飞人们,才能通过飞机节省大量的时间,创造生活的乐趣和经济的财富。

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