飛行試驗實驗室

飛行試驗實驗室又稱飛行實驗室。

過去大部分航空電子設備的研發、測試及驗證都在地面綜合實驗室。通過模擬仿真形式進行，航空飛行實驗室(AFL)概念的提出能讓這些研發工作在真實飛行環境下進行，能有效的提高研發效率。像新研製的雷達、光電、武器等系統也必須在飛行狀態才能真實地反應各自性能和存在的問題，以便進行修復和改進。

基本介紹

• 中文名：飛行試驗實驗室
• 外文名：Flight test lab
• 一級學科：航空航天
• 二級學科：航空原理
• 類型：飛行術語
• 又稱：飛行實驗室

簡介

過去大部分航空電子設備的研發、測試及驗證都在地面綜合實驗室。通過模擬仿真形式進行，航空飛行實驗室(AFL)概念的提出能讓這些研發工作在真實飛行環境下進行，能有效的提高研發效率。像新研製的雷達、光電、武器等系統也必須在飛行狀態才能真實地反應各自性能和存在的問題，以便進行修復和改進。對於一些看似不需要進行飛行測試驗證的設備(如通信、導航、識別等)，在真實飛行環境下更能在各種場景進行全面測試，以挖掘出地面綜合實驗室不能發現的問題。航空飛行實驗室AFL能夠作為空中測試床(Airborne test bed)和地面綜合實驗室，用來為各種戰鬥機航空電子系統提供驗證平台，測試和驗證任務系統以及任務軟體的性能[f}l。在JSF}g}研製中AFL主要降低戰鬥機任務系統先進武器系統設計的風險，從而驗證所研製戰鬥機的大殺傷性、高存活性、高支援性和可支付等特性，保證戰鬥機的順利研製。

研究調查表明，幾乎67%設備的問題能夠在地面綜合實驗室中發現並修復，通過地面綜合實驗室對航電設備進行測試驗證是一種減少飛行時間的有效手段，隨著技術的提升，這一比例雖然在不斷增加，但始終無法達到利用真實環境下進行測試的高度。現今航空電子系統越來越複雜，且很難在其他環境進行模擬與仿真，因此發展和研製航空飛行實驗室勢在必行。

地面綜合實驗室

地面綜合實驗室是在仿真環境下對設備進行測試驗證，主要存在兩個主要的缺點。第一是地面綜合實驗室與真實飛機的的差異，如空間大小不同，缺乏有效飛行軟硬體等。真實飛行環境還存在大量的變數，如加速度，振動，噪聲等，這些都是無法在沒收集飛行數據情況下進行充分模型化。其次是模擬仿真本身，模擬仿真即非真實，僅是一個模擬，無法模擬出所有真實環境下的各種動態變化。

人們試圖使模擬仿真儘可能真實，然而變數的數目可能是天文數字，且很多情況可能是突發的，研究時無法完全預測。在測試驗證同一航空電子設備時，在地面綜合實驗室可能是正常的，而飛行測試驗證後結果可能截然不同，反過來的情況也同樣存在。

與地面綜合實驗室的比較

航空飛行試驗是是對地面綜合實驗室的一個完美補充，在開發與驗證當今日益複雜的航空電子系統設備時兩者互相依存，共同努力以完成項目目標。地面綜合實驗室能在可預見的範圍內預測評估系統性能，是發現系統重要異常問題的有力工具，能有效清除大部分常見問題，並大幅度降低飛行測試驗證時間。航空飛行實驗室能夠提供地面綜合實驗室無法採集的真實數據和真實環境，對遺留的問題進行全方位考察，對設備進行全面精確可靠的測試驗證。因此研究航空飛行實驗室對國家航空事業有重要意義，而作為航空飛行實驗室骨骼框架，其體系架構是其功能得以實現的基礎，因此對其體系架構的研究是促進我國對航空飛行實驗室研究的重要一步。

國內外研究歷史與現狀

航空飛行實驗室是90年代後針對JSF計畫提出的用於保障JSF戰鬥機研製的新概念，也即在航空電子系統步入綜合模組化（Integrated Modular Avionics, IMA）階段後發展的。綜合模組化航空電子系統本身也經過探索性的軍用航電F-22“寶石台”初步綜合架構、民用航電ARINC（Aeronautical Radio Incorporation）651架構、經過DO-297的IMA架構發展到近期的分散式綜合模組化(Distributed Integrated Modular Avionics, DIMA)系統等幾個不同類型架構的發展過程。在20世紀90年代有多種IMA架構的研究計畫及其在飛機上使用。1996年美國在“寶石台”計畫基礎上針對F-3 5戰鬥機的任務系統採用了IMA架構，歐洲英法德三國聯合ASAAC C Allied Standard Avionics Architecture Council ) 計畫成為歐洲“颱風”戰鬥機研製的IMA現實的基礎。

航空飛行實驗室系統架構設計

按照通常產品分類，在組成方面，AFL機載系統與一般飛機類似，可分解為航電系統和功能系統，最大的不同是航電系統內添加了綜合測試驗證系統以實現測試驗證功能，如圖1所示。功能系統主要是使能飛行和提供飛行任務所需的公共設施，以支持AFL提供真實飛行環境能力。功能系統通常涉及飛行安全的安全關鍵系統，包括飛行控制系統，推力控制系統，燃油系統，電氣系統，環控系統等，和其他類型飛機的功能系統功能類似。航空電子系統是完成測試驗證任務和飛行任務相關的功能，包括測試驗證系統和導航、通信、大氣數據等。由於AFL用途和執行任務的特殊性，其航電系統組成上和其他飛機有所不同，而在配備的感測器和具體的設備上也有較高可替換性要求。

圖1

如圖2所示，AFL機載系統按照飛行安全關鍵度可劃分為任務管理系統和飛行器管理系統兩大類。飛行器管理系統失效會涉及飛行安全的系統，任務管理系統是指系統失效涉及飛行任務和測試驗證任務失敗的系統，兩者對機載設備和機載計算機的設計要求也是不相同的。

圖2