对飞机“望闻问切”技术的发展
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对飞机“望闻问切”技术的发展
飞机导航与制导会告诉你身在何处；传感器则让你知道你是谁、情况如何；而柔韧可控的飞机皮表则能使你适应环境。
要 点
● 今天的飞机远不只是一种飞行机器，它还包括数千个传感器，随时监控飞行性能和机体完整性。
● 飞机的表皮不只是一个壳体，它是设计中一个有效工作的、日益智能化的部分，内含有天线、传感器等等。
● 明天的飞机将具有判断并报告飞机的健康状况的先进的算法，并能改变形状。
最早的飞机没有外壳，只有蒙着织物的机翼。不久，设计师们把机身封闭起来，最初的目的是减少风的阻力，最终目的则是能使乘客待在现在众所周知的铝制机舱里。但是，飞机的主体主要仍然是飞行的机身。
随着速度更快、动力更强、结构更加复杂，传感器和检测仪器技术的进展有所加快，设计师们利用这些技术来监控极其重要的飞机参数，如发动机性能和某些机架问题。但系统只把这些传感器收集的数据显示给机组人员，大多数数据在这之后就丢失了，除非机组人员把它们记录下来。例外情况是试验性飞机——这种飞机也许有额外的检测仪器设备，其中包括数据记录仪——但这样的系统的应用范围和功能都很有限。
时光飞逝，转眼到了 21 世纪，今天的商用飞机有数以千计的内置传感器、各种各样的数据记录仪，甚至有一套复杂的地面基础设施，用于采集使用这些数据的算法和数据库。这种检测仪器不断得到发展，以致能将数据流实时传送到地面管理系统。
飞机的进步不只是在角落里增加更多的无源传感器。飞机的外壳不再仅仅是一个封闭式的结构：它不仅是安装检查结构本身完整性的传感器的框架，而且也是安装天线的框架。这些进步可能不只是把机壳主要用作带可调襟翼的坚固结构。机壳上还有一些执行机构，用以改变飞行特性，以应付飞行条件（如速度和任务）的变化。
一切正常，对此，我相当有把握
一架商用客机，如波音 777，安装有大量的传感器，数量有 4 万个之多，其中一半是与发动机有关的。直接和长期检测这一数据流，意味着飞机制造厂必须做的工作不仅仅是将这些数据读数展示给空勤和地勤人员。波音商用飞机集团正在规划一种把所收集数据、通信链路、数据存储器以及高级诊断和预测算法组合在一起的三步AHM（飞机健康管理）战略（图 1）。该公司用来支持这一战略的是一个庞大的数据库，数据库中保存了从几百架飞机和几百万小时飞行中收集的数据（参见附文《健康管理将数据变为知识》。）
AHM计划的第一阶段在 2003年10 月份开始现场测试，测试对象是 美洲航空公司和法国航空集团属下的波音 747 和 777 客机，测试将持续到 2004 年 3 月。在这一阶段中，飞机的中心维护计算机通过一个航空公司可以接入的加密网站( www.MyBoeingFleet.com)和网络，向地面实时地发送故障、错误状况和其它数据（你可以访问 www.boeing.com/commercial/aviationservices/myboeingfleet/index.htm网站）知道飞机配置详情的地面系统，就会告诉机械师出了什么问题以及可能产生问题的根源。（例如，总线 A 上的电源部件有故障。）地面软件系统使用一个由以往的问题和故障树组成的庞大知识库以及该飞机最低限度的设备清单，以便将该飞机的实际情况与计划的行程和利用信息来安排航线和时刻表的航空公司的要求作比较。这样，就可以把各种问题（从小问题到大问题，从潜在问题到实际问题）的总影响减少到最低程度，
在第二个阶段，AHM 系统将使用在正常飞行中获得的数据抽点打印，并实时或近似实时地予以报告。这一信息使波音公司和航空公司防患于未然。例如，轴承温度的某一升高速度可能意味着该轴承性能在下降，操作人员应该在今后 100 小时内对其进行检查，但这并不是当前的危机。第三阶段是在获得数据抽点打印后将一个连续的数据流发送给地面系统。
通信链路需要为飞行中的飞机提供额外的带宽。为了补充通信链路，机载计算机会把数据先转储到机载光盘里。这些光盘由地勤人员取出，再交给 AHM 工作人员。航空公司可以通过波音公司为他们开设的加密门户网站，访问所有数据和结论。这个门户网站使得航空公司可以对下一步工作进行评估并作出决定，并使得日程变动最少，维护效率最大。
根据飞机设计和操纵的大量知识，AHM系统可以进一步查看数据趋势、假警报（许多传感器经常发生的问题）、速率变化和检测参数的组合。这样做的目的是：把数据与飞行规范、飞机型号、飞行任务和独特配置等进行比较，优先得到有关问题及其严重性的结论。
对机身表皮做文章
天线及天线数量的激增说明：飞机设计师们如何不仅把飞机表皮用作一个物理的外壳，还必须将它派很多用场。除了一般的话务链路外，飞机上还有多个雷达系统、对地数据链路、直接对卫星链路、GPS 导航系统、军用飞机的干扰系统，等等。（汽车也好不到哪儿去，通用汽车公司估计：一部配备全部选购件的 2004 卡迪拉克轿车将至少有 17 副天线，而防撞雷达尚待安装。）
为了把机身表皮变成电子构件，工程师们正在研究满足机械和电子两方面要求的先进共形天线设计。尽管共形天线不是什么新东西，但它必须支持的频率和带宽则都是新的，较高的频率意味着机身表皮固有的曲线轮廓和尺寸会对天线产生更大的影响。美国空军研究实验室的天线部门正在研究，一种可以嵌入机翼根部或环绕机翼的共形天线阵（参考文献 1）。这种 5.45 GHz雷达天线阵列使用 116 根间隔为半波长的微带插接式天线；在进行测试时，这些天线交替地在主波束方向上被激励，主波束指向前方，与地平面成45 度角。这些天线用 10 个有源元件时，其近旁瓣比主波束低 13 dB，而采用 15 个有源元件时，近旁瓣又降低了9 dB。由于机翼前缘曲线的缘故，只有 8 个元件是有效的，但模拟试验和比例模型试验都表明，这种天线可以在大多数仰角方向上产生高质量的波束。
要 点
● 今天的飞机远不只是一种飞行机器，它还包括数千个传感器，随时监控飞行性能和机体完整性。
● 飞机的表皮不只是一个壳体，它是设计中一个有效工作的、日益智能化的部分，内含有天线、传感器等等。
● 明天的飞机将具有判断并报告飞机的健康状况的先进的算法，并能改变形状。
最早的飞机没有外壳，只有蒙着织物的机翼。不久，设计师们把机身封闭起来，最初的目的是减少风的阻力，最终目的则是能使乘客待在现在众所周知的铝制机舱里。但是，飞机的主体主要仍然是飞行的机身。
随着速度更快、动力更强、结构更加复杂，传感器和检测仪器技术的进展有所加快，设计师们利用这些技术来监控极其重要的飞机参数，如发动机性能和某些机架问题。但系统只把这些传感器收集的数据显示给机组人员，大多数数据在这之后就丢失了，除非机组人员把它们记录下来。例外情况是试验性飞机——这种飞机也许有额外的检测仪器设备，其中包括数据记录仪——但这样的系统的应用范围和功能都很有限。
时光飞逝，转眼到了 21 世纪，今天的商用飞机有数以千计的内置传感器、各种各样的数据记录仪，甚至有一套复杂的地面基础设施，用于采集使用这些数据的算法和数据库。这种检测仪器不断得到发展，以致能将数据流实时传送到地面管理系统。
飞机的进步不只是在角落里增加更多的无源传感器。飞机的外壳不再仅仅是一个封闭式的结构：它不仅是安装检查结构本身完整性的传感器的框架，而且也是安装天线的框架。这些进步可能不只是把机壳主要用作带可调襟翼的坚固结构。机壳上还有一些执行机构，用以改变飞行特性，以应付飞行条件（如速度和任务）的变化。
一切正常，对此，我相当有把握
一架商用客机，如波音 777，安装有大量的传感器，数量有 4 万个之多，其中一半是与发动机有关的。直接和长期检测这一数据流，意味着飞机制造厂必须做的工作不仅仅是将这些数据读数展示给空勤和地勤人员。波音商用飞机集团正在规划一种把所收集数据、通信链路、数据存储器以及高级诊断和预测算法组合在一起的三步AHM（飞机健康管理）战略（图 1）。该公司用来支持这一战略的是一个庞大的数据库，数据库中保存了从几百架飞机和几百万小时飞行中收集的数据（参见附文《健康管理将数据变为知识》。）
AHM计划的第一阶段在 2003年10 月份开始现场测试，测试对象是 美洲航空公司和法国航空集团属下的波音 747 和 777 客机，测试将持续到 2004 年 3 月。在这一阶段中，飞机的中心维护计算机通过一个航空公司可以接入的加密网站( www.MyBoeingFleet.com)和网络，向地面实时地发送故障、错误状况和其它数据（你可以访问 www.boeing.com/commercial/aviationservices/myboeingfleet/index.htm网站）知道飞机配置详情的地面系统，就会告诉机械师出了什么问题以及可能产生问题的根源。（例如，总线 A 上的电源部件有故障。）地面软件系统使用一个由以往的问题和故障树组成的庞大知识库以及该飞机最低限度的设备清单，以便将该飞机的实际情况与计划的行程和利用信息来安排航线和时刻表的航空公司的要求作比较。这样，就可以把各种问题（从小问题到大问题，从潜在问题到实际问题）的总影响减少到最低程度，
在第二个阶段，AHM 系统将使用在正常飞行中获得的数据抽点打印，并实时或近似实时地予以报告。这一信息使波音公司和航空公司防患于未然。例如，轴承温度的某一升高速度可能意味着该轴承性能在下降，操作人员应该在今后 100 小时内对其进行检查，但这并不是当前的危机。第三阶段是在获得数据抽点打印后将一个连续的数据流发送给地面系统。
通信链路需要为飞行中的飞机提供额外的带宽。为了补充通信链路，机载计算机会把数据先转储到机载光盘里。这些光盘由地勤人员取出，再交给 AHM 工作人员。航空公司可以通过波音公司为他们开设的加密门户网站，访问所有数据和结论。这个门户网站使得航空公司可以对下一步工作进行评估并作出决定，并使得日程变动最少，维护效率最大。
根据飞机设计和操纵的大量知识，AHM系统可以进一步查看数据趋势、假警报（许多传感器经常发生的问题）、速率变化和检测参数的组合。这样做的目的是：把数据与飞行规范、飞机型号、飞行任务和独特配置等进行比较，优先得到有关问题及其严重性的结论。
对机身表皮做文章
天线及天线数量的激增说明：飞机设计师们如何不仅把飞机表皮用作一个物理的外壳，还必须将它派很多用场。除了一般的话务链路外，飞机上还有多个雷达系统、对地数据链路、直接对卫星链路、GPS 导航系统、军用飞机的干扰系统，等等。（汽车也好不到哪儿去，通用汽车公司估计：一部配备全部选购件的 2004 卡迪拉克轿车将至少有 17 副天线，而防撞雷达尚待安装。）
为了把机身表皮变成电子构件，工程师们正在研究满足机械和电子两方面要求的先进共形天线设计。尽管共形天线不是什么新东西，但它必须支持的频率和带宽则都是新的，较高的频率意味着机身表皮固有的曲线轮廓和尺寸会对天线产生更大的影响。美国空军研究实验室的天线部门正在研究，一种可以嵌入机翼根部或环绕机翼的共形天线阵（参考文献 1）。这种 5.45 GHz雷达天线阵列使用 116 根间隔为半波长的微带插接式天线；在进行测试时，这些天线交替地在主波束方向上被激励，主波束指向前方，与地平面成45 度角。这些天线用 10 个有源元件时，其近旁瓣比主波束低 13 dB，而采用 15 个有源元件时，近旁瓣又降低了9 dB。由于机翼前缘曲线的缘故，只有 8 个元件是有效的，但模拟试验和比例模型试验都表明，这种天线可以在大多数仰角方向上产生高质量的波束。
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