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基于qar数据的B737-800起飞跑道占用时间预测研究

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基于QAR数据的B737-800起飞跑道占用时间预测研究

作者：王经义中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

随着“新冠肺炎”疫情的结束,我国民航迎来了全面复苏,全国各地机场的飞行流量正在稳步回升,在保证安全的前提下不断提升跑道运行效率成为现阶段各机场面对的主要问题。航空器跑道占用时间作为影响跑道容量的主要因素,制约着跑道运行效... 详细信息

随着“新冠肺炎”疫情的结束,我国民航迎来了全面复苏,全国各地机场的飞行流量正在稳步回升,在保证安全的前提下不断提升跑道运行效率成为现阶段各机场面对的主要问题。航空器跑道占用时间作为影响跑道容量的主要因素,制约着跑道运行效率的提升。现阶段相关学者关于跑道占用时间的研究主要集中于着陆阶段,对起飞跑道占用时间预测方面开展深入研究较少。但实际运行过程中航空器着陆与起飞属于耦合关系,均会对跑道容量与跑道运行效率造成影响。因此,本研究将对航空器起飞跑道占用时间开展深入分析,对提升跑道容量与跑道运行效率具有重要的意义。本研究在历史跑道占用时间统计过程中,考虑到机载GPS设备存在误差,通过Savitzky-Golay(S-G)滤波算法对qar数据记录的航迹进行误差修正,减少数据统计过程中由于原始数据造成的误差。在预测模型构建过程中,采用仿生优化算法与神经网络算法相结合,构建了一种基于灰狼算法优化全连接神经网络的起飞跑道占用时间预测模型。本文主要研究内容如下:通过梳理国内外起飞跑道占用时间的运行现状、现有定义与航空器起飞过程分析,确定本研究关于航空器起飞跑道占用时间(Departure runway occupancy time,DROT)的定义。对航空器起飞跑道占用时间的相关影响因素从环境因素、航空器因素、机场因素、人的因素四个方面进行深入分析,再根据本研究涉及的影响因素选取qar数据作为数据源。对某航空公司B737-800机型的qar数据进行采集并开展格式处理、缺失值处理与异常值处理。采用S-G滤波算法与“电子围栏”法相结合,对航空器历史起飞跑道占用时间进行准确统计,同时从qar数据中提取本研究涉及的影响因素数据,使用斯皮尔曼相关系数对DROT影响因素之间的相关性进行分析。基于机器学习算法中的RNN神经网络、LSTM神经网络与FCNN全连接神经网络分别构建三种起飞跑道占用时间预测模型,通过均方误差(MSE)、平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分比误差(MAPE)对不同模型的预测结果进行评价,选取误差最小的FCNN神经网络模型与仿生优化算法中的灰狼算法相结合,优化模型参数以提升预测准确性与预测效率。结果表明,优化后预测模型的MSE、MAE、MAPE分别降低了0.87004、0.19638、0.00251。最终,以石家庄正定国际机场为例,对航空器起飞跑道占用时间预测模型在10种不同外界条件场景下的应用过程进行模拟。

关键词：起飞跑道占用时间 qar数据全连接神经网络灰狼优化算法

基于qar飞参数据飞行员风切变处置能力评价模型

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中国民航大学学报 2024年第2期42卷 38-43页

作者：孙宏李旭王静郑林江王东尚家兴中国民用航空飞行学院民航飞行技术与飞行安全重点实验室四川广汉618307 重庆大学计算机学院重庆400044 四川工业科技学院智能制造与车辆工程学院四川德阳618500

为提高飞行员处置风切变的能力,本文基于快速存取记录器(qar,quick access recorder)飞参数据建立了飞行员风切变处置能力评价模型。首先,将飞行员风切变处置能力分为处置决策及时性、程序合规性以及航迹管理能力3个维度;其次,基于层次... 详细信息

为提高飞行员处置风切变的能力,本文基于快速存取记录器(qar,quick access recorder)飞参数据建立了飞行员风切变处置能力评价模型。首先,将飞行员风切变处置能力分为处置决策及时性、程序合规性以及航迹管理能力3个维度;其次,基于层次分析法(AHP,analytic hierarchy process)建立飞行员风切变处置能力评价体系,并融合专家经验构建风切变处置能力定量评价模型;最后,基于qar采集的飞参数据验证该模型的实用性和可行性。实验结果表明,本文所构建的定量评价模型可以较好地判别飞行员风切变处置能力的优劣,定位出其处置不当的指标,并给出操纵建议。该评价模型可为改进飞行训练提供参考,具有一定的实用价值。

关键词：飞行安全风切变处置能力定量评价模型层次分析法 qar数据

基于qar数据的LEAP发动机HPV性能监控及维修策略研究

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航空维修与工程 2024年第3期 63-67页

作者：王东曾康段国杰矫健强高林浙江长龙航空有限公司

HPV是发动机引气系统重要部件之一。针对LEAP-1A发动机HPV设计缺陷导致可靠性低的问题,通过研究某航司机队HPV故障数据和技术原理,归纳典型故障和故障原因,提出一种基于qar数据分析和“3σ”(三西格玛)原则评估发动机HPV正常下游压力范... 详细信息

HPV是发动机引气系统重要部件之一。针对LEAP-1A发动机HPV设计缺陷导致可靠性低的问题,通过研究某航司机队HPV故障数据和技术原理,归纳典型故障和故障原因,提出一种基于qar数据分析和“3σ”(三西格玛)原则评估发动机HPV正常下游压力范围的方法,并构建了HPV健康监控和故障诊断模型,该模型经某航司历史qar数据验证有效。最后提出以可靠性为中心的HPV管控建议,为航司提升LEAP-1A发动机HPV可靠性提供参考。

关键词： qar数据性能监控维修策略 HPV

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基于qar数据的航空发动机热力学模型构建方法

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航空动力学报 2023年第11期38卷 2591-2600页

作者：马超赵树杰徐建新巴翔中国民航大学航空工程学院天津300300 中国南方航空股份有限公司河南分公司郑州450000

为了能够建立更加接近真实运行环境的航空发动机热力学模型,提出了一种依据航空发动机运行qar(quick access recorder)数据的热力学模型构建方法。依据发动机传统设计点热力学方程,利用最小二乘辨识原理,修正25站位压强求解方程,获得干... 详细信息

为了能够建立更加接近真实运行环境的航空发动机热力学模型,提出了一种依据航空发动机运行qar(quick access recorder)数据的热力学模型构建方法。依据发动机传统设计点热力学方程,利用最小二乘辨识原理,修正25站位压强求解方程,获得干空气热力学模型;根据混合气体熵值的可加性,构建了降雨工况下的湿空气热力学模型;最后结合遗传算法优化的粒子群算法,依据qar数据进行干空气和湿空气热力学模型参数计算与验证。结果表明该热力学模型计算得到的干空气和湿空气热力学参数与qar数据间最大误差小于13%,较为接近实际绝热参数。证实了基于qar数据构建发动机热力学模型的可行性和该热力学模型构建方法求解热力参数的有效性。

关键词：热力学模型 qar数据最小二乘辨识粒子群遗传算法

基于qar数据的中国民航飞行排放清单估计研究

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环境科学学报 2022年第12期42卷 322-331页

作者：董锦涛王纯孙华波卢宾宾武汉大学遥感信息工程学院武汉430079 中国民航科学技术研究院航空安全研究所北京100028

近年来中国民用航空迅速发展,产生了大量的排放物,需要准确的排放清单来评估民航行业对环境的影响.针对现有的研究在估算精度与覆盖范围上存在的不足,本文利用了飞机qar数据构建了估算单次飞行燃油消耗量与包括HC、CO、NO_(x)、PM、SO_... 详细信息

近年来中国民用航空迅速发展,产生了大量的排放物,需要准确的排放清单来评估民航行业对环境的影响.针对现有的研究在估算精度与覆盖范围上存在的不足,本文利用了飞机qar数据构建了估算单次飞行燃油消耗量与包括HC、CO、NO_(x)、PM、SO_(2)以及CO_(2)在内的排放物生成量的方法,并采用自下而上的方法,对2018年1月—2021年11月在中国国内民航活动产生的排放物进行了统计.在估算时考虑了机型、起飞机场和降落机场对飞行各阶段持续时间的影响.从排放模式来看,不同机场的飞行在LTO阶段的平均排放量存在差异,总的来说,机场规模越大,单次飞行排放量越多,大多数排放物在CCD阶段排放且该阶段的排放量与飞行时间存在明显的线性关系.2018年和2019年的排放量保持了上升,CO_(2)排放量分别为73.17×10^(6)t和76.85×10^(6)t,但自从2019年12月受到新冠疫情影响后,排放量与航班量随疫情控制情况波动,2020年和2021年1月—11月CO_(2)排放量分别为61.51×10^(6)t和60.08×10^(6)t.为了探究新冠疫情对排放物的影响,采用差分整合移动平均自回归模型对无疫情时2019年12月之后的排放量进行了估计,结果表明新冠疫情爆发后,到2021年11月为止各种排放物的排放量减少了20%左右.

关键词：碳排放排放清单统计预测新冠疫情 qar数据

基于qar数据的高压涡轮叶片疲劳-蠕变寿命预测

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机械强度 2023年第1期45卷 218-227页

作者：曹惠玲张昊中国民航大学航空工程学院天津300300

基于发动机运行产生的快速存取记录器(Quick Access Recorder, qar)数据,提取右发高压涡轮转速比N_(2)(高压涡轮实际工作转速与设计转速之比)编制涡轮叶片载荷谱。建立流热固耦合模型,结合qar数据及热力分析确立计算所需热边界条件,采... 详细信息

基于发动机运行产生的快速存取记录器(Quick Access Recorder, qar)数据,提取右发高压涡轮转速比N_(2)(高压涡轮实际工作转速与设计转速之比)编制涡轮叶片载荷谱。建立流热固耦合模型,结合qar数据及热力分析确立计算所需热边界条件,采用有限元软件对流热固耦合问题进行求解,得到不同工况下高压涡轮叶片的温度、应力、应变分布。采用Manson-Coffin模型和Larson-Miller模型分别进行叶片疲劳、蠕变寿命的预测,重点分析了叶片有无冷却对于寿命的影响,最后通过线性损伤累积理论得到叶片的疲劳-蠕变寿命。结果表明,叶片考虑内冷问题后疲劳寿命有所提高、蠕变寿命显著提高,预测得到的疲劳-蠕变寿命和实际寿命相近,可用于发动机涡轮叶片剩余寿命的预测及维修计划的制定。

关键词： qar数据载荷谱高压涡轮叶片流热固耦合冷却疲劳-蠕变寿命

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基于数据驱动的主燃油计量装置故障诊断

推进技术 2024年第5期45卷 226-235页

作者：龚秋婷陈毅刘渊陈国顺王奕首厦门大学航空航天学院福建厦门361102 厦门航空有限公司福建厦门361006 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002

为建立主燃油计量装置的故障诊断方法,提出一种基于快速存取记录器(qar)数据的燃油计量参数估计模型建模方法,并结合液压机械控制装置工作原理,给出了基于燃油计量参数残差设计的主燃油计量装置故障诊断方案。设计基于系统辨识的燃油计... 详细信息

为建立主燃油计量装置的故障诊断方法,提出一种基于快速存取记录器(qar)数据的燃油计量参数估计模型建模方法,并结合液压机械控制装置工作原理,给出了基于燃油计量参数残差设计的主燃油计量装置故障诊断方案。设计基于系统辨识的燃油计量活门位置(FMVP)估计模型,采取降阶处理策略以提高模型的估计精度和动态响应速度,在此基础上给出基于多项式拟合的燃油流量(FF)估计模型。结果表明:所建立的FMVP模型估计残差不超过±2%,FF估计模型残差不超过±5%;该方案能够有效地诊断出燃油计量活门故障、线性可变差动位移传感器故障和热式流量计故障。该方案结构简单,不需要大量的调试技术,提高了故障检测精度,具有工程应用前景。

关键词：航空发动机燃油计量活门传感器故障诊断模型降阶 qar数据

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基于改进LSTM的多维qar数据异常检测

广西师范大学学报（自然科学版） 2023年第5期41卷 49-60页

作者：欧阳舒歆王洺钧荣垂田孙华波天津工业大学计算机科学与技术学院天津300387 中国民航科学技术研究院北京100028

快速存储记录器qar(quick access recorder)数据保留了飞行器大量的飞行参数,使得研究飞行器飞行安全、保障飞行品质成为可能。针对多维qar数据的安全检测要求,本文提出一种基于卷积VAE和多头自注意力-LSTM模型,用于有效且可解释的多维... 详细信息

快速存储记录器qar(quick access recorder)数据保留了飞行器大量的飞行参数,使得研究飞行器飞行安全、保障飞行品质成为可能。针对多维qar数据的安全检测要求,本文提出一种基于卷积VAE和多头自注意力-LSTM模型,用于有效且可解释的多维时间序列异常检测。该模型能够捕获多个时间序列数据通道之间的空间信息和时间信息,对序列模式进行可解释的重建从而检测所有类型的异常。实验部分在真实的qar数据集上与iForest、LSTM、VAE、LSTM-VAE和USAD等已有方法进行对比。结果表明,该模型在3个不同阶段的异常检测中,F1分数分别达到0.8912、0.9424、0.9537,均优于对比模型,能够准确检测出多维qar数据中存在的异常。

关键词：异常检测 qar数据多变量时间序列神经网络

基于qar数据的飞行员重着陆行为告警模型研究

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基于QAR数据的飞行员重着陆行为告警模型研究

作者：张恒中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

安全是民航改革发展的第一要义,飞机的着陆阶段被认为是整个飞行中最为关键的时刻之一。随着民航的发展,研究飞行员操作行为与重着陆的关联,进而防止重着陆超限事件的发生,成为民航能否继续安全地发展中亟待解决的问题。本研究通过qar... 详细信息

安全是民航改革发展的第一要义,飞机的着陆阶段被认为是整个飞行中最为关键的时刻之一。随着民航的发展,研究飞行员操作行为与重着陆的关联,进而防止重着陆超限事件的发生,成为民航能否继续安全地发展中亟待解决的问题。本研究通过qar数据对着陆时的飞行员操作行为进行研究,同时将其与航空器运行中的重着陆超限事件进行关联分析,并可为规范飞行员操作行为、防止重着陆超限事件等现实问题提供建议;利用Python软件,对重着陆超限事件进行了分析,实现了qar数据中参数灰色关联度的计算与可视化,结合专家问卷确立了qar数据中的特征参数;利用MATLAB软件,建立了飞行员重着陆行为初始告警模型;采用鲸鱼优化算法对BP神经网络的权值和阈值进行最优求解,对初始模型进行优化改进。对qar数据进行灰色关联分析,并结合专家问卷分析发现,进场速率、垂直速度、初始垂直速度、最大垂直载荷、速度制动指令、飞机俯仰角度、飞机横滚角度(坡度)、机长俯仰指令位置、机长横滚指令位置、副机长俯仰指令位置、副机长横滚指令位置、方向舵角度和方向舵踏板等参数与着陆垂直载荷关联度比较高,这些参数能够反映飞行员在降落过程中的操作问题;通过qar数据对告警模型进行验证与测试,证明了模型的适用性,该模型能够对飞行员的不当操作及时进行告警;告警模型对重着陆风险的准确率提升至了98.71%,对飞机的姿态控制告警准确率为90.17%,对飞机的速度控制告警准确率为94.65%,对是否存在双输入错误的预测准确率为92.30%,;依据告警模型的输出结果,针对不同的输出对飞行员的操作行为提出改进建议。

关键词： qar数据飞行员操作重着陆告警