一种飞机高载荷着陆事件检测、分类和维修指导方法与流程

本发明涉及飞机高载荷着陆事件检测，具体涉及一种飞机高载荷着陆事件检测、分类和维修指导方法以及对应的检测系统。

背景技术：

1、硬着陆是指飞机在着陆过程中的垂直加速度过大，着陆载荷超过了飞机给定的极限值的情况，极易导致飞机相应结构部位的损伤。广义上来说，硬着陆可以衍生出多种飞机异常着陆的情况，如着陆时下沉速率过大、着陆重量过大、姿态不正确等，均可能导致飞机在着陆时关键结构承受超出其设计限制的着陆载荷，造成损伤，统称为高载荷着陆事件。明显的裂痕或擦伤可以通过目视检查发现，而不明显的损伤在没有使用仪器进行探伤的情况下可能会被忽略，成为下一次飞行中的安全隐患。此外，由于高载荷着陆事件属于飞机运行中的意外事故，针对高载荷着陆事件的维护费用较高，且会导致飞机下一趟航班的延误，由于缺乏全面的损伤数据支撑，安全起见，在确认发生高载荷着陆事件后往往需要对整机进行细致的检修，在此过程中不必要的维护检查程序将进一步造成运营成本的上升。因此，对高载荷着陆事件的准确、及时的判断，并发展视情维护技术，有利于避免次数多、耗时长、成本高的维护程序，并进一步提高飞机飞行的安全性与经济性。

2、最初，高载荷着陆事件的判断主要依赖于飞行员的经验与感受，但在实际运营中发现仅基于人为的判断可能与事实情况存在较大出入，因此，飞机制造商引入了一些飞行参数辅助高载荷着陆事件的检测与判断。例如，波音使用垂直加速度、飞机的滚转角度以及飞机的着陆重量是否超出阈值来判断是否发生高载荷着陆事件，部分参数可以通过多功能控制显示单元（multiple-function control display unit，mcdu）查看；空客则创建了一种可以在无线电高度速率过高，垂直加速度过高，着陆重量过大等异常情况下由飞机通信寻址与报告系统（aircraft communications addressing and reportingsystem, acars）自动触发打印，或是人工通过mcdu进入飞机综合数据系统(aircraft integrated datasystem, aids)系统读取的载荷报告load report<15>，该报告记录了包括飞机重量、无线电高度速率、垂直加速度和飞机姿态等在内的飞行参数，维护人员可以通过阅读该报告进一步确认是否发生了高载荷着陆事件。

3、以上是现行的高载荷着陆事件检测与判断方法，但其只是作为一种辅助手段，高载荷着陆事件的判断主要还是依赖于机组人员，如果机组未感受到或报告有高载荷着陆事件发生的可能，地面维护人员往往不会调取相应飞行参数进行确认，仍然有漏检的风险。而对于高载荷着陆事件检测中最重要判据之一，垂直加速度，波音与空客使用的均是飞行数据记录系统中位于重心附近的加速度计来进行检测，其采样率较低，通常只有8hz，很难准确捕捉到加速度的峰值，据此对高载荷着陆事件的判定不够准确，也很难代表飞机其他关键结构部位（如起落架、机尾、机翼等）所承受的载荷。如果飞机以异常的姿态着陆，如在着陆时伴随较大的横滚角，即使重心处加速度计记录到的加速度峰值远小于判定阈值，但由于某个主起落架会先于另一个触地，承受整个飞机的重量，仍然有相应结构受损的可能。

4、因此，针对上述问题，飞机制造商、航司、高校等相关机构均在近年开展了研究，以提高高载荷着陆事件的检测技术。部分研究通过在起落架上加装机械性指示装置来提供高载荷着陆事件指示，这类研究只关注起落架受到的着陆载荷，检测方法简单，但无法提供数据分析；部分研究通过获取并分析飞机的qar数据来进行高载荷着陆事件识别及分类，而qar数据需航司译码才能获取，译码时间至少为一天，无法应用到飞机航后的及时检测与维护；部分研究则是有意识地在飞机着陆过程中每次触地时收集相关的飞行参数进行综合分析，提高了分析结果的可信度，但仍然存在因飞行参数采样率低且缺乏关键位置的加速度数据导致的结果不够精确的问题；针对这一问题，加拿大的messier-dowty公司等则提出使用高采样率的惯性测量单元（inertial measurement unit, imu）记录加速度数值，结合航电数据进行分析，提高了数据精度，该方法形成了一个内部装配有单独的imu与处理器的可安装产品，成本较高，且如果需要更全面的数据，产品的尺寸与重量将增加其安装在起落架、机翼等关键结构部位的难度；加拿大ion stiharu等人则通过在飞机关键部位加装加速度传感器来采集相应数据，用于计算包括应力、能量等在内的判定值，并通过与阈值比较来判断高载荷着陆事件的发生，通过更全面的数据提高了检测的精确性，但由于相对高的计算量，不具备高载荷着陆事件的检测与提示的实时性。

5、综上，针对高载荷着陆事件检测的技术已经有了进一步的提高，但是在检测的实时性，数据的全面性和准确性，以及实现的可行性与经济性上还有存在一定不足。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种具备实时性与高准确性的飞机高载荷着陆事件检测、分类和维修指导方法以及对应的检测系统。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、第一方面，本发明提出了一种飞机高载荷着陆事件检测方法，包括：

4、实时监测从航电总线接收的一个或多个飞行参数；

5、实时监测安装在飞机上的一个或多个加速度传感器，并以大于飞行参数采样率的速率进行采样；

6、实时监控一个或多个至少包括加速度值和/或飞行参数的着陆数据信号，与至少一个预设阈值比较以确定高载荷着陆事件是否发生；

7、响应于检测到至少一个存储触发条件，存储至少一个着陆数据；

8、响应于检测到至少一个着陆完成触发条件，结束着陆数据的监测与存储。

9、第二方面，本发明提出了一种飞机高载荷着陆事件分类方法，包括：

10、结合一个或多个存储的第一组飞行参数，从存储的每个加速度传感器测量的加速度数据中提取触地事件；

11、通过将一个或多个加速度传感器测量值与对应的预定阈值进行比较，确定触地事件中的加速度超限事件及其相应严重程度；

12、提取触地事件的一个或多个特征参数，形成参数值表；

13、将存储的所有着陆数据进行融合，进一步分析并提取触地事件中一个或多个第二组飞行参数和/或所述下降速率的特征，形成扩展参数值表；

14、使用高载荷着陆事件分类规则，评估扩展参数值表，通过分类算法明确高载荷着陆事件的类型；

15、根据高载荷着陆事件的类型和严重程度，通过相关机制通知维修人员、机组人员、航空公司管理层、飞机制造商、监管机构、或其任意组合。

16、第三方面，本发明提出了一种高载荷着陆事件维修指导方法，包括：

17、基于从至少一个加速度传感器采集的加速度数据，估计飞机一个或多个关键结构区域的载荷情况；

18、通过比较每个关键结构区域的载荷与预设的阈值，明确其潜在损伤情况；

19、根据潜在损伤情况，明确各关键结构区域是否需要进行维护检查，并匹配针对性的维修建议；

20、整合高载荷着陆事件信息和维修建议，生成并存储可供地面维修人员查看或打印的报告，并通过各类通信系统发送报告。

21、第四方面，本发明提出了一种飞机高载荷着陆事件检测系统，包括：

22、位于飞机选定位置的一个或多个加速度传感器，用于实时采集飞机着陆过程中的加速度数据；

23、数据采集单元，用于以高采样率采集加速度传感器传输的加速度数据并进行处理与数字化转换；

24、加速度数据处理单元，用于接收和实时监测加速度数据，并对采集到数据进行处理分析，提取触地事件及其特征；

25、存储单元，用于存储着陆数据；

26、位于飞机中央计算机或结合专用硬件部件的数据处理器，包括：

27、检测模块，用于接收和实时监测飞行参数，以辅助判断高载荷着陆事件的发生；

28、分类模块，用于处理、融合并分析存储的着陆数据，判断高载荷着陆事件的发生、类型与严重程度；

29、维修建议模块，用于利用加速度传感器数据计算并估计飞机着陆载荷及其分布情况，匹配高载荷着陆事件的针对性维修检查行动建议，并产生高载荷着陆事件报告；

30、接口模块，用于接收来自航电总线的数据，传输高载荷着陆事件报告，并向利益相关方发送相关通知；

31、阈值数据库，用于提供判断高载荷着陆事件及其严重程度的阈值；

32、载荷分布表，用于提供飞机一个或多个关键节点处载荷在一个或多个关键结构区域上的应力分布估计；

33、维修行动表，用于提供针对不同类型与不同严重程度的高载荷着陆事件的维修行动建议。

34、本发明具有以下有益效果：

35、（1）本发明通过在飞机多个特定结构部位安装加速度传感器，实时监控飞机在着陆过程中各结构部位承受着陆载荷，结合关键飞行参数，通过对各个着陆数据设置阈值，进行实时信号对比，在线检测高载荷着陆事件发生的可能；本发明通过在飞机着陆过程中，在线采集完整、准确的着陆数据并进行分析计算，明确高载荷着陆事件是否发生及高载荷着陆事件的类型，可降低高载荷着陆事件判断对飞行员感受与经验的依赖性，且无需等待qar数据的译码获取，极大提高了高载荷着陆事件检测的准确性与时效性。

36、（2）本发明基于来自多个不同位置的加速度传感器数据，结合关键飞行参数，综合分析并判断高载荷着陆事件的类型，通过对高载荷着陆事件更细致的划分，辅助地面维护人员评估飞机在着陆过程中的受损状况。此外，通过对飞机关键结构区域承受的着陆载荷进行分析估计，对高载荷着陆事件可能造成的飞机结构损伤提出针对性维修建议，辅助地面维护人员进行检查维护，开展视情维护，减少不必要的维护程序与人力投入，使飞机尽快返回服役，降低飞机的航线运营成本。

37、（3）本发明结合了传感器应用、数据处理、检测和分类算法、系统集成等多项技术，以传感器全面、完整、实时的数据为核心，对飞机的着陆状态进行连续监测，排除有限模糊数据导致的不确定性猜测，准确地检测高载荷着陆事件的发生，避免因漏检或错检导致的风险，提高飞机飞行的安全性与可靠性。

38、（4）本发明的软件算法驻留于飞机的中央计算机中，利用现有的计算资源与部分硬件资源，使硬件部分尽可能微型化、轻质化，更利于航空领域对机载产品重量及空间的严格要求。