飞行试验中的视频应用研究

作者：中航工业陕西飞机工业集团 柳晓黎

欢迎访问e展厅 展厅 8 航空与航天设备展厅 直升机, 无人机, 航空发动机, 航空材料, 飞机座椅, ... 摘要：探讨和研究视频技术在飞行试验中的应用和发展，是飞行试验技术人员不可忽略地一个新的课题。也是主机厂科研试飞中值得重视和不可缺少的乃至关键投入的领域。本文重点研究介绍了视频技术在运八飞行试验中的具体应用，进一步阐述了在飞行试验中采用视频技术进行测试的现实性和重要性及其发展。 关键词：视频 飞行试验 测试记录 数字图形 传输遥测 1、引言 科学技术的发展，带动着飞行试验测试工具的更新和提高。在飞行试验领域里，测试数据图形化和数字化对飞行试验测试人员提出了更高的要求和新的研究课题。在目前的飞行试验测试行业里，其测试手段可谓新旧交替，即有传统意义上的图片处理工具，又有新型的数字化图像处理工具，既有各种传感器传递的数据信息，又有各种数据母线上或仪器仪表机械运动上传递的数据信息和图像信息。纵观目前各类型试飞，要求飞行试验测试人员测量的参数总和 高达几百个。 在测试过程中，不但要对测试的数据参数完整的记录下来，而且还要求对其中的一些外部参数以及能够图像化的数据参数进行回归复现处理。这就是当今飞行试验中，国内外同行较为关注的能进行大容量长时间测试的视频测试系统。 视频测试系统以其特有的视频技术投入到飞行试验的行业里，使飞行试验的测试行业出现了有声有色的测试景观。比较以往的测试现状，视频技术采集的数据是飞行现场所有能够收录的视频信号，在一个视频帧同步上，以可见的和不可见的形式将飞行试验现场发生的各类视频可收容的数据合成，记录在标准的或通用的视频盒式磁带上，或随机硬盘和储存卡中，或遥测发射到地面视频工作站，也可在测试操作过程中，实时现场观测，随时输入到监视网络中，以其协调飞行试验，进一步有效地在现场按试飞任务单的要求决策运作考核。同时，视频数据可按要求遥测到地面工作站，经地面视频工作站解调和分离后，相对地在一定的视频回放环境里复现出飞行试验的整个场景，以利于参与飞行试验和未参与飞行试验的工程技术人员进行分析、研讨，必要的情况下可反复检索，最终完成某个飞行试验中的试飞技术节点。 综上所述，探讨和研究视频技术在飞行试验中的应用和发展，是飞行试验技术人员不可忽略地一个新的课题。也是主机厂科研试飞中值得重视和不可缺少的乃至关键投入的领域。 2、飞行试验中的视频应用 越来越多的飞行试验人员感到，视频技术参与飞行试验全过程已到了不可缺少的测试设备必备的基本条件之一。无论是新型现代化军用飞机和民用飞机的试飞过程中，还是各类高难险科目的试飞中，视频技术的测试介入已成定局。特别是在一些试飞内容和测试项目都要求很高的适航试飞中，视频技术的参与更增加了整个试飞的科学性。据有关资料表明，当前世界各航空公司无不采用视频系统（配合视频遥测系统）来保证新机试飞的安全性和可靠性，并依据视频提供的有关数据来考虑整个试飞结果和周期。以有效地控制整个项目的经费开支，达到事半功倍的业绩。从而提高型号飞机的军用和商用价值。 运八型飞机也不例外，视频技术应用于飞行试验测试已逾二十六个年度。 二十六年来，从第一架改型机“运八海上巡逻机”飞行试验开始，视频技术测试在此后的各种改型机的飞行试验中发挥了举足轻重的作用，特别是运八F200 型飞机的适航试飞。根据中国民航条例第25 部运输类飞机适航标准的审定要求，运八飞机必须进行诸多项目的验证。验证试飞过程中，需要对飞机各个飞行环节进行仪器测试，在所测的试飞参数中，有内部参数和外部参数，内部参数安装相应的传感器和磁记录系统，外部参数采用视频技术进行测定。陕飞公司在具体组织测试中,采用了一些视频测试方法，这在航空试飞测试领域里尚属首次使用，并获得了满意的结果，从而缩短了试飞周期，确保了试飞的合格率。一些视频图像的复现参予，也使得试飞出现了一个崭新的飞行评定环境。 民用飞机在按照适航条例进行型号合格审定试飞时，涉及到很多边界科目，如失速速度和失速特性、高速特性和失配平特性、最小离地速度、最小操纵速度以及抖振边界试飞科目等。在进行此类科目试飞时，飞机处于大迎角，大过载，大表速或小速度等临界状态，这些状态下的飞行参数记录显得极为重要。将高科技新技术运用于试飞测试中，是适航验证试飞测试的一个显著特点。其中，视频技术的应用，不但解决了测试难题而且也创造了一整套简单易行的视频测试方法。 2.1 最小可操纵速度地面偏移量的测试 按照民用飞机适航条例要求，运八F200型飞机将要进行地面最小操纵速度的试飞,试飞中要测出飞机在最小操纵速度的状态下，拉力不对称时，飞机滑跑过程中的侧向偏移量，侧向偏移量的测试在国内试飞中一直是个难题困扰着飞行试验人员，原有的经验是土法上马，利用飞机滑跑时，携带水管或施放有颜色的烟带，来判断飞机高速滑跑时的偏移量，也采用过地面同期跟踪，在飞机后边用汽车紧追飞机，然后照像，判断最小可操纵速度状态下的侧向偏移量。这些方法误差大，很多情况下，难易准确地判断出飞机在地面滑跑时拉力突然发生变化而出现的侧向偏移量。 有关技术资料表明，在国外同类型科目的试飞中，一些发达的国家通常采用直升机空中跟踪，来观测飞机在地面滑跑时的最小可操纵速度的偏移量，这是目前较为先进的记载“偏移量”的测试方法了。然而，在运八F200 型飞机的试飞中，各种条件的制约，使得飞行试验人员根本不能去采用这一昂贵的测试手段，在试飞经费紧张，物力财力达不到的情况下，参试人员集思广益，想了许多测试“偏移量”的方法。在机埸布设石灰水、滑油、泥桨、沥青，让飞机滑跑时碾下轮迹，最终判断“偏移量”。经过小范围的试验，上述方法存在许多不足，工作量大，可靠性低，飞机滑跑过程中，几百米的距离内，布设石灰水和泥桨是很困难的，在机埸跑道上石灰水和泥桨稍微凝固于了，机轮痕迹很难辨认的。经过摸索，参试人员动用了高科技视频技术攻下了最小可操纵速度侧向偏移量的测试难关。试飞中，参试人员将两套摄录机，从运八F200 型飞机的左右前应急舱门处(舱门在试飞中临时卸掉)探出，视觉范围对准起落架接触跑道的外侧机轮和跑道水泥块纵线上，机舱里放置视频监视系统，当飞机高速滑行时摄像机同步运转，机轮随着偏移状态的出现，稍微的动态变化(偏移跑道水泥块纵线的距离)一目了然地被摄像机记录下来，经过光电磁处理，留存在录像带上。试飞完毕后，经过影屏复现，和比例换算就可准确地判读出机轮与跑道水泥块纵线所发生的偏差。这个偏差，就是最小可操纵速度的侧向偏移量。摄像机上有时间标志，与飞机上的航时调校一致后，相对时间内的偏移量，就能很轻松地推断出。 经过运八F200 型飞机在地面进行的八架次不同状态下的最小操纵速度的滑行，视频记录“偏移量”没有失误，达到了适航试飞验证的审定要求，提高了该项目测试的准确率，为缩短试飞周期减少了许多架次。该方法简单易行，为同行测试最小可操纵速度的侧向偏移量提供了比较新颖的方法。 2.2 爬升梯度测试 飞机的起飞着陆性能的外部参数测试，已有成功的测试方法，运八F200 型适航试飞中，参试人员采用了视频技术来进行爬升梯度与着陆性能的测试，这种方法的引入，比照像测试又大大前进了一步，参试人员想办法在标志布置上动用了一番脑筋，巧妙地利用摄像机可以原地摇摆的功能，对起飞着陆采取全过程记录，根据标志线上定出的基准，视频记录的图象动态复现时，很快就能计算出起飞距离，着陆距离，与相对时间的爬升高度，由此可绘出爬升梯度曲线表，提供理论分析的依据，该方法突破了照相记录的局限性，从而使爬升梯度的测试更加深入和准确。 2.3 负过载试飞图像信息记录 运八F200 型飞机负过载试飞状态，机舱里的配重(捆扎宰靠)尘粒会发生什么变化呢？根据课题要求，参视人员在机舱里安装了两套视频摄像机，一套拍摄前舱飞行参数，另一套拍摄货舱配重在失重飞行状态下的运动情景。负过载试飞中，舱内尘粒频频升起，落在试飞员的头上身上，在射进舱内的阳光照耀下五光十色，货舱内配重随着负过载的形成，不断浮起，悬停在舱内，系留绳头频起频落，在空中飘摆不停。这些生动逼真的图象信息，都通过摄像机镜头完整地记录下来，宝贵的图像信息资料对中型飞机失重状态的性能评估起到了无可替代的作用，试飞员反复观看，揣摸负过载试飞时的操稳感受。该图像的获得，是视频技术合理运用的结果。 2.4 襟翼位置指示测定 适航验证试飞中，光滑外形的试飞和不光滑外形的试飞，都涉及襟翼位置的收和放，特别是在失速和单发爬升性能试飞中，襟翼位置的大小，直接关系飞机的气动外型和操稳特性，也危及飞行安全。了解襟翼位置的收放情况，将会提高飞行人员的驾驶技术和飞机的性能，在襟翼活动部件处安装角度传感器是很不方便的，参试人员最终选择了用摄像机拍摄襟翼指示仪的办法，弥补了这一飞行参数的难点，摄像机固定在运八F200 飞机的驾驶舱九框壁板上(电台上方)，也可以用微距人工拍摄，在时间的协调统一下，襟翼位置的指示每分每秒都被形象地记录下来了。 2.5 仪表参数的摄录 在运八F200 型飞机中央仪表板的后上方，参试人员安装了摄像机，其镜头收容了中央仪表板上四台发动机的工作仪表动态图像，通过电缆即可输送到飞机货舱监视台上，在监视器里，试验人员马上就可以了解到飞机的工作情况，跟飞人员不必拥挤在驾驶仓进行笔录，有关发动机的参数已挎贝在录像带上，试飞结束后，可来回复现索检，一些重要的仪表指示，可按飞行时间和需要的时间码值绘成曲线图，供理论分析。 3、飞行试验中的视频发展 科学技术的进步，日益改变着人们的观念，以及生活方式。特别是人类进入信息时代，如何能更多地有效地占有信息，支配信息，已成为现实生活中的一个注目的课题。 信息的分类中，视频图象信息，以其生动鲜明的视觉效果和听觉效果，友好的界面形式，深得各阶层的喜爱。在信息的传播中，视频图象信息无可辩驳地对各行各业的发展，起着不可估量的作用。 飞行试验中，视频技术的参与，其科研功能及社会和经济效益已得到实践的证明。从飞行试验视频图象的采集、整理、储存、到传播已初具规模。探讨分析这方面的工作程序，从理论上归纳提高，并顺应新世纪客观信息社会的需求，进一步如何使飞行试验视频系统测试人员正规化技术专业化？如何是视频数据图形化？如何对内实施试飞数据现场传输？如何与外界社会接轨？日趋显得重要。 3.1 视频测试人员的培养 运八型飞机飞行试验中采用视频技术，尽管在采集整理储存等方面有了一定的基础，但具备功能齐全的具有新世纪特点的飞行试验视频测试要求还存在相当的距离。 首先，视频测试人员的队伍建设——应提到日时日程上，应引起有关部门的重视。视频测试可以说是一项一专多能的工作，即要求工作人员有试飞方面的专业知识，又要求工作人员具有掌握高科技视频手段的能力，而且应有相当的视觉美学艺术和崇高的献身精神…… 选择这样的综合性人材，不是任何人都能胜任的。因此，培养和选拔飞行试验视频测试专业复合型人材显的尤为重要。 视频图象的后期整理，也是一项专业水平要求比较高的系统工程。在图象资料的基础上，应写出供剪辑整理、解说配音之用的文学分镜头脚本，然后在视频编辑平台上，进行线性编辑。也就是按照一定的内容，结合一定的蒙太奇手法进行镜头图象间的有机衔接。最后配音完成。因此，应选择既懂视频技术，又懂档案管理的人材，专职负责飞行试验视频图象的收集与管理，特别是在归纳整理方面，更加专业化和条理化，使其获取的视频数据便于研究检索和查询。 3.2 视频测试设备的更新 其次，应更新视频工具，从飞行试验视频信号的采集到整理全盘实现数字化。新一代的视频数字式摄像机，已具备了采集整理双项功能，既时摄入、即时编辑、视频图形的处理简单省时，也能随时插入新的视频信号。后期编辑制作上完全采用了非线性编辑，只要将采集到的视频信号源，编上序号，就可随意组合。 视频图像因编辑过程的损失再也不会发生。这样的话，飞行试验视频图象的采集和整理就可趋于完善的地步。 另外，现有的飞行试验视频图象资料，大部分都混杂在原始的视景信号中，难易准确地找到所需的信号。一些有关的飞行试验视频图形信息提供的参照价值是很直观的，往往为了不衰减信号的清晰度，视频录像带都将原始素材带原样保存，这无疑造成了整理上的过多的耗时和工作量。当务之急的就是要即刻引人多媒体技术，利用多媒体电脑可以处理影像和声音的功能，在电脑上插接视频采集卡，将录像带上有用的飞行试验视频信号，按序输入电脑，建立文件目录，已备查询，通过视频编码卡就可在屏幕上复现飞行试验视频信号。运八型飞机在飞行试验中所获取的视频图象信号，是多方面的，有的试飞结束后，经过整理形成了视频专题片。而有的试飞资料因诸多原因，没有整理出来。比如：1985 年中美联合进行的运八飞机性能摸底试飞； 1989 年进行的运八飞机眩窗积雾试验；运八F100 适航试飞；1992 年运八航测机试飞；1993 年运八气密型发动机空中再起动；1994 年运八十项电子成品改代试飞……以上这些资料，包括整理和未整理的所有资料，储存工作也相当重要。有关资料表明，录像带的储存时间也是有一定的限制要求的，一般约在十余年左右。这期间还应该防磁防霉防粘连，这就需要保管人员经常进行录像带的运转，保持通风和干燥。储存中潜在的工作量很大，环节上的失误，必将造成飞行试验视频图象信息的消失。其结果是无法弥补的。 3.3 视频测试发展的愿景 更新技术观念，关注数字时代。科学技术的更新和产业信息资源多媒体化给人类不仅仅是带来了日新月异包罗万象的信息，更重要的是改善和提高了人们的工作效率、科研性趣、以及生活质量。 迄今，多媒体技术的投入，更使得视频图象信息进入了一个非凡的发展领域。 在飞行试验视频测试中，一旦引入多媒体技术，视频图形电脑数字化了，测试和储存工作就会变得非常便利，磁卡或者光盘测试记录和保存传输飞行试验视频图形就比录像带的技术品质上了一个新的台阶。 3.3.1空——地传输 视频技术的发展，使得飞行试验测试日趋完善——快速现场处理数据、直观全面协调指挥、果断决策飞行试验每一个关键环节——这就是“空——地视频传输系统”。 由此，飞行试验的测试水平进入了可看可感的图形处理全新局面，视频效果也使得飞行试验具有了一种全方位式的通感性和外界参入性。视频技术服务于飞行试验，飞行试验更少不了视频技术的发展，视频技术的发展更使飞行试验的测试水平上档次，上规模。 运八飞机有着良好的空中设置视频传输系统的平台空间，而且，运八飞机空中电视网测试跟踪系统，已经在运八飞机空投空降的试飞中进行过实施，有着成功的经验，连接上相应的空中发射机构和地面接受机构，就可实现测试的视频数据从空中传输到地面相应的地方。到时候，地面指挥员就可在塔台一目了然地观测并指挥空中飞行员的驾驶动作；工程技术人员就可在设计所在计算机站观摩和研判现场的飞行；公司总工程师就可以在办公室看到和指挥新机的试飞以及风险科目的试飞…… 视频空——地传输系统，在技术上国外飞行试验已有了成功的测试范例。可以说，美国、英国、俄国——等一些发达的国家在飞行试验中都建立了一整套“视频空——地传输网”，飞机在高空飞行，所采集到的信号以及机仓里的视景信号，全部及时地发射到地面，地面随时随地监控着飞机，协调着试飞，飞机上也装有视频闭路系统，飞行员之间的互相协调和互相监督也在每时每刻的进行，另一路飞行数据也在瞬间传输到地面，数据处理在现场马上就可以进行，一且都在高速率的运转…… 我国飞行试验也已经开展视频空——地传输，其势必然，早一天建立，早一天服务于国防科研试飞。新世纪到来，也必然使得视频空——地传输早一天从规划步入实施。 3.3.2 建立飞行试验视频图形库 运八型飞机的飞行试验视频图形库的建立，是信息社会的需要，也是飞行试验行业运用高科技扩大行业功能的具体体现。视频图形技术的演变发展，也正日益带动着飞行试验朝着图形化数据处理的阶段迈进。 运八型飞机飞行试验视频图形库的建立，打破了传统意义上的传播概念，使得在分析试飞数据时更加直观，更加便于检索。引人了多媒体技术，利用多媒体电脑可以处理影像和声音的功能，在电脑上插接视频采集卡，将录像带上有用的飞行试验视频信号，按序输入电脑，建立文件目录，已备查询，通过视频编码卡就可在屏幕上复现飞行试验视频信号。 运八试飞视频图形库的建立，为飞行试验视频信号的采集到整理全盘实现数字化迈开了第一步。在数字视频时代，摄像具备了既时摄入，即时编辑。也能随时插入工程量，以利于试飞结果的分析和处理。后期编辑制作上完全采用非线性编辑，只要将采集到的视频信号源，编上序号，就可随意组合。视频图像因编辑过程的损失再也不会发生。飞行试验视频图象的采集和整理就趋于完善的地步。 建立了飞行试验视频图象库后，如果进入了“信息高速公路”，在网络上，就会大大提高飞行试验视频图象的使用价值。可以根据内容制作富有特色的飞行试验主页，建立若干选项，以备专业人员和爱好者索取，同时，也提高了专业人员的知识结构水平和扩大了行业的知名度，也使得行业和部门有了一个量的发展，具有潜在的社会效益。当然，在资源共享方面，运八型飞机飞行试验视频图形库所提供的信息资源，也是有条件的或是逐步进入所应该进入的领域中。 4、结束语 飞行试验中视频技术的应用及发展有待进一步研究与完善，相信，在飞行试验这片充满神秘和风险的领域里，视频技术一定会更加显示出自身的特点。方兴未艾的事业，需要我们去构想与开拓。 作者简介：柳晓黎（1954——），男陕西汉中试飞测试工程师大学专科。在中国航空工业总公司陕西飞机工业（集团）有限公司试飞厂飞行试验室工作。主管飞机外部参数测试。有多篇学术论文在《飞行力学》和《运输机工程》刊物上发表。多次获本系统科研成果奖。2005 年获中国航空工业第二集团科学进步三等奖。所在班组2005 年获全国质量信得过先进单位。2006 年参加第三届国际视觉技术研讨会，其论文《视觉技术在Y8 试飞中的应用》入选会议文集。论文《分析飞参数据判断飞机的隐形故障》2010 年《运输机工程》第2期发表，2010 年7 月参加中航工业重大项目技术研讨会。论文《遥测监控系统用于Y8 飞行试验》2010 年《测控技术》第29 巻刊用，10 月参加中航工业测控技术研讨会，被评为优秀论文。

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (7/18/2012)