民機(jī)試飛簽派放行Petri網(wǎng)建模與仿真

王安國(guó)　楊政　李喜柱

摘 要：文章基于國(guó)產(chǎn)ARJ21-700飛機(jī)與C919飛機(jī)的試飛簽派放行工作經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)民機(jī)試飛與民航航班簽派放行方法的不同，提出了民機(jī)試飛飛行計(jì)劃制作方法與試飛簽派放行方法，最后基于Petri網(wǎng)對(duì)試飛簽派放行方法進(jìn)行了建模與仿真，從邏輯上驗(yàn)證了試飛簽派放行方法的正確性和有效性，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)制作試飛簽派放行系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：試飛簽派；飛行計(jì)劃；民機(jī)試飛；空域飛行；Petri網(wǎng)

中圖分類號(hào)：V352 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）21-0029-03

Abstract： Based on the work experience of flight test take-up for domestic ARJ21-700 aircraft and C919 aircraft， this paper puts forward the making method of civil aircraft flight test plan and the releasing method of flight test visa according to the difference between the methods of civil aircraft test flight and civil aviation flight check and release， and the method of civil aircraft flight test flight plan making and the method of civil aircraft flight test flight approval releasing are put forward in this paper. Finally， based on Petri net， the flight test clearance method is modeled and simulated， and the correctness and validity of the method are verified logically， which lays the foundation for the further design and manufacture of the flight test clearance system.

Keywords： flight test take-up； flight plan； civil aircraft flight test； airspace flight； Petri net

大型飛機(jī)公共航空運(yùn)輸承運(yùn)人運(yùn)行管理規(guī)定（CCAR121部）第M章121.395條“飛行簽派員”規(guī)定：實(shí)施國(guó)內(nèi)或者國(guó)際定期載客運(yùn)行的合格證持有人，應(yīng)當(dāng)在每一飛行簽派中心安排有足夠數(shù)量的合格飛行簽派員，以確保對(duì)每次飛行進(jìn)行恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)行控制[1]。因此飛行簽派員是航空公司航班飛行中不可或缺的核心人員之一，民機(jī)試飛簽派與民航飛行簽派在崗位職責(zé)和工作方法上各不相同，但在飛機(jī)運(yùn)行中都起著同等重要的飛行安全把關(guān)作用。本文基于國(guó)產(chǎn)ARJ21-700飛機(jī)與C919飛機(jī)試飛簽派放行工作經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)試飛簽派與民航簽派的不同，對(duì)試飛飛行計(jì)劃制作和簽派放行方法進(jìn)行分析與研究，并基于Petri網(wǎng)對(duì)試飛簽派放行進(jìn)行建模與仿真，從邏輯上驗(yàn)證了試飛簽派方法的正確性和有效性，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)制作試飛簽派放行系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

1 試飛簽派及飛行計(jì)劃制作

1.1 試飛簽派

試飛簽派在試飛飛行組織實(shí)施中承擔(dān)著最后的安全把關(guān)作用，是試飛實(shí)施前的最后一道安全防線，主要業(yè)務(wù)包括試飛機(jī)場(chǎng)比選、飛行計(jì)劃制作、航行情報(bào)資料收集、試飛計(jì)劃申報(bào)、軍民航協(xié)調(diào)、飛行動(dòng)態(tài)監(jiān)控等工作，根據(jù)飛機(jī)狀態(tài)、保障條件、當(dāng)日天氣、試飛科目準(zhǔn)備、技術(shù)文件準(zhǔn)備、測(cè)試設(shè)備等狀態(tài)與機(jī)長(zhǎng)共同對(duì)試飛任務(wù)是否可以正常執(zhí)行進(jìn)行簽派放行。試飛簽派主要工作內(nèi)容包括：

（1）試飛機(jī)場(chǎng)比選、試飛空域使用申請(qǐng)及批復(fù)跟蹤。

（2）試飛計(jì)劃申報(bào)及軍民航協(xié)調(diào)。

（3）分析評(píng)估氣象資料根據(jù)試飛科目對(duì)機(jī)場(chǎng)起降條件的要求選擇合適的備降機(jī)場(chǎng)。

（4）根據(jù)具體試飛科目制作飛行計(jì)劃，計(jì)算完成試飛任務(wù)所需的安全油量。

（5）收集飛機(jī)狀態(tài)、試飛保障、天氣條件、試飛科目準(zhǔn)備、技術(shù)文件準(zhǔn)備、測(cè)試設(shè)備等狀態(tài)，與機(jī)長(zhǎng)共同對(duì)試飛任務(wù)進(jìn)行放行。

（6）試飛任務(wù)執(zhí)行時(shí)對(duì)飛機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，配合指揮員開展協(xié)調(diào)和應(yīng)急處置。

1.2 試飛飛行計(jì)劃制作

試飛飛行計(jì)劃制作是試飛簽派放行不可缺少的重要環(huán)節(jié)，也是作為一名試飛簽派員必須掌握的專業(yè)技能之一。民機(jī)試飛飛行與民航航班飛行不同，民航航班主要是將旅客或貨物從一個(gè)機(jī)場(chǎng)按照空軍1號(hào)令規(guī)定的航線或航路運(yùn)輸至另一目的地機(jī)場(chǎng)，飛行剖面示意圖參見圖1，試飛飛機(jī)主要目的是根據(jù)適航標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的試飛任務(wù)單開展研發(fā)試飛、審定試飛等取證試飛工作，主要飛行剖面時(shí)從試飛機(jī)場(chǎng)起飛，在特定的空域中完成試飛科目，然后返回至試飛機(jī)場(chǎng)著陸，試飛飛行剖面示意圖如下圖2所示。

根據(jù)圖2試飛飛行剖面示意圖，試飛飛行計(jì)劃計(jì)算方法如下：

（1）業(yè)載（PL）計(jì)算：計(jì)算試飛飛機(jī)上的測(cè)試設(shè)備，試飛機(jī)組人員等機(jī)上業(yè)載（PL）。

（2）飛機(jī)無(wú)油重量（ZFW）計(jì)算：ZFW=OEW（運(yùn)營(yíng)空機(jī)重）+PL。

將ZFW和MZFW（最大無(wú)油重量）比較，如果ZFW>MZFW則需要減少業(yè)載，重新進(jìn)行計(jì)算。

（3）飛機(jī)備降機(jī)場(chǎng)著陸重量（LWA）計(jì)算：

LWA=ZFW+W滑行（滑行油量）+W備份（備份油量）

將LWA和MLWA（最大備降機(jī)場(chǎng)著陸重量）比較，如果LWA>MLWA則需減少業(yè)載，重新進(jìn)行計(jì)算。

（4）備降油量（W備降）計(jì)算：

計(jì)算飛機(jī)從目的地機(jī)場(chǎng)飛往最遠(yuǎn)備降場(chǎng)所需油量W備降。

（5） 45min 等待耗油（W等待）：

計(jì)飛機(jī)正常巡航等待45分鐘所需油量W等待。

（6）目的機(jī)場(chǎng)著陸重量計(jì)算：

LWD=LWA+W備降+W等待

將LWD與MLWD比較，如果LWD>MLWD則需減少業(yè)載，重新進(jìn)行計(jì)算。

（7）試飛科目所需油量W科目及飛機(jī)起飛至空域所需油量W起飛

（8）飛機(jī)起飛重量（TOW）計(jì)算：

TOW=LWD+W科目+W起飛

將TOW與MTOW比較，如果TOW>MTOW則需減少業(yè)載，重新進(jìn)行計(jì)算。

（9）將計(jì)算的起飛重量TOW與結(jié)構(gòu)限重、場(chǎng)長(zhǎng)限重、爬升限重、障礙物限重、胎速限重、剎車能量限重比較，確認(rèn)能夠滿足要求后，計(jì)算所需油量并與飛機(jī)油箱容量比較，最終確定業(yè)載重量（PL）、應(yīng)加油量、V1/V2/V3。飛行計(jì)劃制作流程圖如圖3所示。

1.3 試飛簽派放行方法

民機(jī)試飛簽派與航班簽派相比，試飛簽派在放行時(shí)需要考慮的因素更多[3]。試飛簽派在放行時(shí)除了需要考慮飛機(jī)狀態(tài)、氣象條件、起降及備降機(jī)場(chǎng)情況外還需要考慮試飛科目技術(shù)準(zhǔn)備情況、技術(shù)文件準(zhǔn)備情況、測(cè)試改裝情況、空域內(nèi)軍民航活動(dòng)情況、地面保障條件等因素，只有在確認(rèn)上述所有條件均能滿足試飛科目需求和放飛標(biāo)準(zhǔn)時(shí)試飛簽派員方可簽字放行，簽派放行只是放行環(huán)節(jié)之一、最終的放行需要試飛簽派員和機(jī)長(zhǎng)共同簽字放行后方可執(zhí)行試飛任務(wù)。飛機(jī)起飛后需對(duì)飛機(jī)在空域內(nèi)的試驗(yàn)飛行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如遇到可能影響飛行的因素需要及時(shí)與相關(guān)軍民航進(jìn)行協(xié)調(diào)，并實(shí)時(shí)通過(guò)指揮員將相關(guān)信息傳送至機(jī)組，遇到應(yīng)急情況時(shí)，試飛簽派員需協(xié)助指揮員和機(jī)組做好應(yīng)急處置措施和信息報(bào)送。

2 基于Petri網(wǎng)試飛簽派方法建模與仿真

2.1 PN模型建立

Petri網(wǎng)是對(duì)離散并行系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表示，適合于描述異步的、并發(fā)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模型，Petri網(wǎng)既有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)表達(dá)式和直觀的圖形表達(dá)式，而且支持系統(tǒng)描述與分析[2]。本文采用Petri網(wǎng)對(duì)試飛簽派放行方法進(jìn)行建模與仿真，試飛簽派放行需要對(duì)飛機(jī)狀態(tài)、天氣條件、試飛科目準(zhǔn)備、技術(shù)文件準(zhǔn)備、測(cè)試改裝準(zhǔn)備、飛行計(jì)劃批復(fù)、空域活動(dòng)情況、試飛地面保障條件八項(xiàng)要素進(jìn)行分析、判斷飛機(jī)是否滿足放飛條件，為了簡(jiǎn)化模型的復(fù)雜性，理想條件下認(rèn)為運(yùn)行控制團(tuán)隊(duì)（AOC）在下達(dá)任務(wù)時(shí)，除天氣條件、空域活動(dòng)情況存在不確定因素外，其他條件認(rèn)為均已滿足試驗(yàn)要求可以滿足放行條件。因此采用Petri網(wǎng)建立試飛簽派放行模型時(shí)僅考慮將氣象條件和空域使用設(shè)置為隨機(jī)變量，其他條件默認(rèn)為在任務(wù)下達(dá)時(shí)已經(jīng)滿足放行條件，基于CPNtools建立PN模型[4]如下圖4所示。模型中庫(kù)所及變遷的含義如表1、表2所示。

2.2 PN模型仿真與分析

基于CPNtools模型定義及變量參數(shù)設(shè)置參見下圖5所示，模型初始條件設(shè)置試飛架次為50架次，僅考慮氣象條件、空域條件設(shè)置為隨機(jī)變量，飛機(jī)狀態(tài)等其他條件在任務(wù)下達(dá)時(shí)已默認(rèn)狀態(tài)已達(dá)到放飛標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行運(yùn)行仿真，仿真結(jié)果參加下圖6所示。

根據(jù)圖6仿真結(jié)果可以看出，執(zhí)行試飛任務(wù)50架次，在僅考慮天氣和空域使用為隨機(jī)變量的情況下，空域正常放行32架次、氣象正常放行28架次，最終正常放行架次數(shù)為28架次，切實(shí)反映了空域和氣象兩類隨機(jī)變量對(duì)整個(gè)試飛簽派放行的影響，也反映了試飛簽派放行方法的有效性，能夠?qū)崿F(xiàn)簽派放行的安全把關(guān)作用。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)民機(jī)試飛與民航航班飛行的不同，在民航航班飛行計(jì)劃制作方法和簽派放行方法的基礎(chǔ)上提出了民機(jī)試飛飛行計(jì)劃制作方法與試飛簽派放行方法，最后基于CPNtools工具和Petri網(wǎng)理論對(duì)試飛簽派放行方法進(jìn)行建模與仿真，仿真結(jié)果證明了試飛簽派放行方法的正確性和有效性，在試飛放行中能夠起到安全把關(guān)作用，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)制作試飛簽派放行系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)民用航空局.CCAR121-R4.大型飛機(jī)公共航空運(yùn)輸承運(yùn)人運(yùn)行合格審定規(guī)則[Z].北京，2010（97-98）.

[2]王潔寧，王安國(guó)，董健康，等.基于Agent的機(jī)坪服務(wù)SPN建模與仿真[J].計(jì)算機(jī)工程，2013，39（3）：285-288.

[3]韓吉?jiǎng)?論航空公司簽派放行[J].山東經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，21（2）：80-83.

[4]Kurt Jensen Lars M.Kristensen. Coloured Petri Nets Modelling and Validation of Concurrent Systems，Springer Dordrecht Heidelb

erg London New York，1998：13-41.