（海军航空大学青岛校区 青岛 266041）

1 引言

长期以来，飞行员的飞行训练指挥一般是凭借雷达标图掌握飞机的飞行状况，并通过空地通信实施指挥调度。对飞行训练效果的评估，通常在飞行后才能进行；而机载设备的工作情况，也只能通过飞行员的反馈和飞行后地面检查综合给出。这种单一的飞行指挥和飞行训练质量评估手段，传递信息少、实时性差，对于飞机的飞行安全、空中故障的及时处置以及飞行质量监控等存在很多不便，与开展信息化条件下的飞行训练极不适应[1～4]。

随着无线通信及组网技术、计算机技术的发展，利用通信卫星和专用数传电台实时传输飞行参数，并在地面进行存储和复现已成为现实。通过开展飞行数据实时回传系统（以下简称“系统”）建设，在机上实时采集飞行参数，通过无线组网传输手段，在地面提供飞行参数、姿态和态势显示，以及全过程的数据记录和及时的安全提示[5～8]。

2 系统设计与实现

系统由通讯管理分系统、监控分系统、数据回传机载端（以下简称“机载端”）三部分组成，完成实时监控飞机的卫星导航信息、飞参数据信息、其他机载设备数据信息的功能，系统组成示意图如图1所示。

图1 系统组成示意图

通讯管理分系统、监控分系统为地面数据通讯与处理部分，包括地面基站、天线、交换机、数据记录与显示终端以及必要的供电、网络等地面设备。

机载端由机载数传电台、机载数据通信上、下天线、GPS天线等组成，如图2所示。机载数传电台通过机上天线接收地面遥控指令和GPS差分信息，具有1553B、ARINC-429、RS-422A、以太网等多种数据接口和处理能力，用来实现空-空、空-地数据实时传输。

图2 机载端主要设备组成框图

机载数传电台由原机电气系统平台供电，开机后实时采集机上飞参系统记录的飞行参数，经过编码、调制，以无线组网的方式，通过网络规划实现中继，将机上的GPS原始信息传输至通讯管理分系统，地面基站配合完成GPS差分信息的解算，完成飞机的GPS定位，并将实时接收的数据通过交换机传递给数据记录与显示终端，如图3所示。

3 融合性指标设计与实现

飞机系统经由设计成型并投入使用，其机载设备的安装位置、性能指标等已成为固有属性，加装系统综合设计需要考虑安全性、电磁兼容性等与原机的融合性，其是影响系统可靠性及加装质量的关键因素[10～12]。

图3 系统工作原理框图

3.1 电源容量分析与实现

飞机主电源为直流电源，由直流发电机提供，在发电机对外输出额定功率输出W及额定输出电流I额定确定的情况下，需要考虑原机的供电余量α，及系统机上改装新增设备最大功耗系统W及额定电流I系统，改装后飞机电源剩余容量满足新增设备的供电需求，即

各加装设备的配电情况需综合考虑，如机载数据通讯端机供电电源的配电位置，由飞机直流主汇流条经自保开关供电，配电条所接原机设备有座舱照明、外部指示灯等，机上外部照明系统等在配电条所有原机设备供电电路最大电流值，从此配电条取电不会对原机设备供电造成影响。

3.2 重量重心分析与验证

改装设备均集中安装在飞机前部，新增设备引起空机重心变化的变化量ΔXT可由下式计算：

式中，G为原机重量；ΔGi为改装增减的重量，增加用“+”号表示，减少用“-”号；Li为增减重量的重心与原机重心的距离；bA为平均空气动力弦长；n为增减重量的总数量。

根据飞机允许重心范围为B1%bA～B2%bA，飞机重心计算坐标系原点为距机头X1m，水平基准线和对称轴线的交点，平均空气动力弦长bA=B0，

依据正常状态飞机（起落架收起）、机载数传电台、上、下天线、GPS天线及电缆等重量、距坐标原点位置坐标等数据，代入公式：，计算得ΔX。飞机重心T变化后的位置：XT新=XT原±ΔXT，在允许范围内，不影响飞机操稳特性。

3.3 电缆布线设计与实现

机上需要增加的电缆包括机载数传电台至配电盘的电源线，机载数传电台和机上飞参系统飞参记录器之间的信号线，机载数传电台和上、下天线及GPS天线馈线等如图4所示。

图4 电缆连接示意图

考虑到天线和机载数传电台的安装位置，为了保证射频电缆的弯曲半径满足要求，机载数据通讯端机和上、下天线之间的射频电缆两端、机载数传电台GPS信号输入端都采用带弯式附件的接插件。电缆敷设与固定按照GJB1014-90《飞机布线通用要求》的规定执行。电缆敷设按飞机上原电缆敷设走向进行。电缆用金属卡箍固定在飞机结构上，在易磨损处的电缆上缠有抗磨带。在高温区的电缆用防高温材料包扎。布线与结构锐边的实际间隔应保持10mm以上。

3.4 电磁兼容性分析与改进

在改装过程中，设备安装位置选定需充分考虑电磁兼容性要求，进行正向电磁兼容性设计与反向电磁兼容性改进。

1）干扰源适当选址，降低空间辐射

加装的外部天线均安装在蒙皮上，周围没有相邻的天线，与下天线相邻的信标接收机天线工作频率无重叠，相互间不会产生射频干扰；具有电磁收发功能的电子设备的工作频率及电子设备的工作频率没有重叠。加装设备的电磁兼容性均应满足国军标GJB151A、GJB152A规定；要求项目有CE102、CS101、CS106、CS114、CS115、CS116、RE102、RS103；按国军标GJB358-1987规定要求进行电搭接、接地设计。

2）传导辐射加强屏蔽，实现有效降扰

互联线缆的电磁兼容性设计，一般从线束类型、布线路径、线束屏蔽结构及线束接地分布设计等方面开展。设计需要通过互联线缆的电磁加固来改善，提高原机的电磁防护能力。在电缆制作和敷设时的搭接、接地和屏蔽严格按照GJB358-1987的要求进行，加强屏蔽隔离防护，对电缆接插件外壳和电缆束防波套保持可靠电连接；设备之间与机体之间采用搭铁线进行连接，可以避免与机上其它电缆、馈线之间产生传导辐射干扰。改装设备采用直流27V电源供电，所有电源供电线均采用屏蔽线，敷设时按照飞机布线要求敷设，可以保证改装设备与机载其它设备间不会通过电源产生干扰。

3）敏感设备电磁加固，注重重点防护

尽管加装设备的工作频率与机上系统现有电子设备的工作频率没有重叠，但非金属蒙皮降低金属蒙皮的整体电磁屏蔽性能。现有技术中，飞机蒙皮只是单纯地去考虑蒙皮的强度、塑性和抗腐蚀能力，但是并没有注重电磁屏蔽能力，采用复合材料蒙皮内侧喷涂屏蔽涂层技术，对复合材料蒙皮进行电磁屏蔽加固，该飞机复合材料蒙皮的电磁屏蔽方法，使得飞机蒙皮具备良好的电磁屏蔽能力，而且多层材料的设置，同时也提高了飞机蒙皮的防护强度。

3.5 外部结构设计与实现

飞机上所安装的天线通常在飞机表面，呈突起状态，当飞机高速飞行时，根据空气动力学原理，天线将会承受一定的阻力；天线底座还将飞机金属蒙皮作为可靠接地点，而作为原天线而言，在设计时通常考虑这些因素，对天线底座进行特殊设计，从而保证天线安装的牢固可靠，而目前未有较好的机载天线安装方法来解决固定不牢靠，容易松脱或者不易拆卸的技术问题。

为克服上述问题，上、下天线安装时，将原机口盖的加强肋断开，在蒙皮上钻孔用来通过射频头；用蒙皮补强法兰与蒙皮铆接，再与飞机蒙皮铆接两处，中间用XM-22胶进行密封处理；在原机口盖的加强肋断开处，利用原机的铆钉，左右各铆接一个加强型材，与未破坏掉的肋搭接。根据飞机蒙皮弧度采用专门设计制作的天线安装过渡板，天线安装过功能设计渡板采用硬铝铣制工艺制造，安装时天线底板与过渡板间加垫导电橡胶，实现有效接地；安装后再将天线、安装过渡件与舱盖间涂防水密封胶，保证各方向与蒙皮紧密贴合的同时满足天线水平安装的要求，在飞机蒙皮上与天线过渡板配制安装孔，在孔的位置左右各用一个补强片与飞机蒙皮铆接，组成格子状；天线通过4颗埋头自锁螺母与天线过渡板连接，如图5所示。

图5 天线安装效果图

机载数传电台上、下天线采用流线型设计，具有良好的气动外形，迎风面积小，且安装位置接近机身中心线，单个天线在飞机直线运动中产生的阻力为

式中，ρ为飞机飞行中所处环境大气的密度；S为天线迎风最大截面积，截面积越大表示飞机受到的空气阻力越大；V为飞行速度。

以飞机在H=5000m时最大平飞速度1000km/h，空气密度0.736kg/m3计算，上、下天线产生的阻力为F=10kg，GPS天线产生的阻力为F=2.5kg，天线产生的阻力合计为12.5kg。相比飞机地面最大静推力2000kg，气动阻力很小，对载机飞行操纵性能影响可以忽略。

4 应用验证

为了验证系统的功能和性能指标满足设计要求，需要进行实验室联试、机上地面联试和空中检验飞行。

通过实验室联试，检查系统各交联设备之间的接口正确性、功能完整性。实验室联试参试设备包括：机载数传电台2套、飞参输入数据仿真设备2套、地面基站1套、飞行数据记录与显示系统及电源、连接电缆（包括射频电缆）、射频功率分路器、衰减器等。为验证参试设备接口的正确性，按照从简单到复杂的顺序，分步交联检查，最终达到系统全状态配置。

主要检查项目有：检查数传电台与飞行参数记录系统的交联（硬件、软件接口）；检查数传电台与仿真设备交联（硬件、软件接口）；检查地面基站与地面显示系统的交联（硬件、软件接口）；检验数传电台参数加载功能；两套数传电台与地面基站在无GPS时间基准情况下数据组网和中继通信功能；数传电台采集仿真设备模拟产生的飞行数据，发送至地面接收系统，检查接收数据的一致性；检查飞行数据记录与显示系统记录及显示数据的正确性和实时性。

系统装机后，检查数传电台的电源适应性、环境适应性和电磁兼容性，并结合飞行训练科目对系统进行空中检验飞行，主要检查项目有：机载数传电台飞行数据下传的完整性和正确性；地面记录及显示功能检查；地面记录及显示功能完整性、正确性和实时性；飞行适应性和电磁兼容性；空空和空地通信距离；中继通信功能等。

5 结语

实际应用表明，系统能够与机载飞参系统形成“空-地”双重监控的闭环，机上新增设备设备布局应合理，符合电源特性、飞机气动布局等飞行品质要求，便于使用和维护，具有良好的电磁兼容性。为飞参数据作为飞行训练质量评估、辅助地勤维修、飞机放飞条件及特情处置的依据提供保证，具有显著的推广应用价值。