QAR数据的认识及民航应用研究
第1期（总第206期）2018年2月
机械工程与自动化
MECHANICAL ENGINEERING&. AUTOMATION
No. 1
Feb.
文章编号：1672-6413(2018)01-0024-03
Q A R数据的认识及民航应用研究
曹惠玲，高炀
(中囯民航大学航空工程学院，天津300300)
摘要：航空安全问题一直是人们关注的重点，Q A R作为快速存储记录器可以记载飞机上的各种数据，通过 这些数据可以还原事件状况或预测飞机性能故障，以此来避免事故的发生。虽然Q A R数据的数量和种类巨 大，用户体也在逐渐扩大，但是对Q A R数据的认识和应用还很有限。重点梳理了目前民航对
Q A R数据 的主要应用及处理方法，并对这些方法做出比较和分析，最后通过实例说明Q A R数据在发动机监控中的具体应用。
关键词：Q A R数据；状态监控；故障诊断；性能分析
中图分类号：V247.5 文献标识码：A
〇引言
自20世纪70年代以来，民航领域的数据记录方 式不断改进。人们经常听到的“黑匣子”F D R就是最 早的飞行数据记录设备，F D R的外部壳层是通过钢板 以及多层由绝热防冲击的保护原料共同制成的，因此 在飞行事故发生之后，F D R中的数据还能保存，但是 F D R中的飞行数据较难获取，所以数据快速存取记录 器（Quick Access Recorder，QAR)应运而生。随着 21 世纪科学技术的发展，Q A R数据可以在飞机降落后直 接通过无线传输，使得数据获取更加方便。Q A R可以 同时对1 000多种数据进行采集，因此可为全方位的 飞机状态监控、故障诊断等提供充足的数据基础。
1 QAR数据的准备
Q A R数据的原始形式为机器码，是无法进行直接 识别和后续分析的，所以首先需要进行处理使其变得 可读，并通过一定的预处理方能应用。数据准备阶段 主要分为数据译码、数据选取、数据标准化
修正和数据平滑。
1.1 Q A R数据译码
Q A R数据译码的主要过程是将机器码转换成可 读语言，并通过对Q A R原始代码进行数据定位和工 程值计算来完成译码工作。
文献[1]中开发出了基于C+ +软件的Q A R数据 自动译码系统，实现了单个或多个原始文件的自动 译码。
1.2 基于Q A R的报文解析
飞机通信寻址与报告系统A C A R S将数据管理组 件（Data Management Unit，DMU)中的监控报文通过甚高频（Very High FrequenC y，V H F)传输给地面的
系统成为原始报文。但A C A R S报文在使用时需要支
付高额的使用费，若通过Q A R数据提取报文则可省
去航空公司在这部分的支出。
文献[2]中按照原始报文格式设计出了稳态报文
数据模版，通过程序设计实现了从Q A R中提取报文
的功能。
1.3 Q A R数据的预处理
获取了可读的Q A R数据后，为了使其可对比、分
析，需进行数据预处理。
(1) 数据的选取。参数采集主要选择巡航阶段，因为巡航阶段的飞行数据较为稳定，便于分析比较。
同时如果飞机在起飞爬升阶段出现故障，其参数变化
在巡航阶段也会有相应的体现。
(2) 标准化修正。标准化修正包括相似修正和功 率修正。运用相似理论，将原始数据换算到标准大气
状态，使得不同飞行条件下的数据具有可比性。功率
修正可以修正不同发动机运行时不同功率所造成的误
差，通过修正可将不同功率发动机换算成相同功率下
的性能参数。
(3) 数据平滑。为了很好地反映出发动机的性能 趋势，需要进行数据的去噪平滑。常用的平滑方法包
括移动平均平滑法和指数平滑法。
当拥有完整历史数据时，使用平均平滑法较为简
单；而指数平滑法的优势在于不需要存储全部的历史
数据，只需要最新的观察值、预测值和平滑常数即
可[3]。
2 QAR数据的实际应用
收稿日期：2017-05-22；修订日期：2017-11-19
作者简介：曹惠玲（1962-)，女，河北唐山人，教授，工学博士，研究方向：航空发动机性能分析与故障诊断等。
2018年第1期
曹惠玲，等：Q AR 数据的认识及民航应用研究
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双发差异模块
4结束语
处理方法，针对Q A R 数据的预处理和应用做出了具本文汇总了目前民航对Q A R 数据的主要应用及
体的总结和对比，分析了大部分Q A R 数据应用方法
2.1 Q A R 在状态监控中的应用状态监控是保证飞机安全飞行不可缺少的重要环
节，航空发动机状态监控大致可分为基线监控、差异监
控和极限监控。(1) 基线监控。文献[2]中通过将标准化后的数 据与发动机趋势报告中的偏差值作差得到基线上的数
据点，之后对多个基线点进行拟合即可得到基线模型
的具体形式。
(2) 差异监控。同一飞机上的发动机在巡航时， 外界的环境条件和控制条件相同，则发动机的性能参
数也应相同，若将飞机上不同发动机的参数绘成曲线
图，就可以发现哪一台发动机存在明显的数据偏差，从 而可进行下一步的故障诊断以及排故工作。(3) 极限监控。极限监控的本质是监控各项参数 是否超过发动机维修手册中的极限值，工程师可以自
己设定极限值，对发动机进行监控。
2. 2 Q A R 在故障诊断中的应用Q A R 在故障诊断方面主要作为建立健康态方程 和故障方程的基础。
(1) 健康态方程。文献[3]中基于健康的发动机 性能参数建立发动机性能参数之间的健康态关系。将
待测数据与健康态方程进行对比，若不符合则判定发
动机故障，该方法只能判断出待测发动机是否出现故 障，无法得知具体故障原因；判断具体是何种故障就需
要使用具体故障数据得出故障方程。
(2) 故障方程。文献[3]中基于支持向量机的方
法，提出了单分类和多分类故障诊断。单分类即识别
某种特定程度故障，通过判断故障数据是否符合该部件
故障方程来确定具体故障部件；多分类是以指印图为基
础，根据比值系数法和相关系数法处理数据后建模，通 过所得模型可以识别出不同程度、不同类别的故障。
2. 3 Q A R 在性能分析中的应用Q A R 在性能分析中应用于发动机整机与单元体性能衰退预测和发动机剩余寿命预测。家庭自制葡萄酒做法
(1) 发动机整机与单元体衰退预测。文献[4]中 使用层次分析与灰关联分析法计算方案层对目标层 的合成权，得出了发动机健康评估和性能排序。文献
[5]中根据发动机单元体性能参数分析，提出了单元体
衰退因子影响，使用神经网络对样本进行扩充，采用分 形理论建立压气机模型，得到压气机各参数的关联维 数。文献[6]对单元体性能分析做出了更深入的研究， 建立了单元体与整机性能联系，得到发动机单元体性
能对整机性能的贡献模型。(2) 发动机剩余寿命预测。文献[7]中通过近邻 增强方法查训练历史数据，得到相似的发动机衰退 状况，再基于实例推理的方法使用双层随机森林模型
来估计发动机的剩余寿命。
2. 4 Q A R 在飞行品质评估中的应用Q A R 数据最早应用于飞行品质的监控，保障飞行 的安全。其在飞行品质中应用于安全风险预测评估和
品质评估两方面。
(1) 飞行安全风险预测评估。文献[8]根据灰系 统理论的灰聚类方法建模对航班进行评估，取得了很
好的效果。(2) 飞行品质评估。文献[9]提出了基于主成分 分析法的定量分析，建立了基于超限裕度的评估模型。
该模型使用大量Q A R 数据作基础，对多航班多机组 数据进行整合分析，提出了量化的评估。3 QAR 数据在监控中的应用实例在掌握前文介绍的Q A R 数据在状态监控中应用 的基础上，开发了 Q A R 数据双发差异监控系统。双 发差异模块由警戒值确认区域、X 轴同步的对比图 表、偏差值图表以及超限数据表格构成，如图1所示，
鼠标左键框选部分曲线即可完成放大操作。同时系统 可以向工程师提供最简洁的双发差异监控分析报告，
分析报告格式如图2所示。蛋糕的制作方法和步骤
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图2
双发差异分析报告
参考文献：
[1] 张浩.Q A R 数据译码技术研究与自动译码系统的建立
[D ]•天津：中国民航大学，2016:44-49.
[2] 张兴川.基于Q A R 数据的航空发动机报文解析及监控
技术研究[D ].天津：中国民航大学，2016 :43-47.
[3] 张卓.基于S V M 多分类的PW 4000故障诊断研究[D ].
天津：中国民航大学，2015:16-48.[4] 曹惠玲，黄乐腾.基于A H P 及灰关联分析法的发动机
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[6] 李晓波.基于综合指数的单元体性能分析及其与整机性 能的联系[D ].天津：中国民航大学，2016:45-51.[7] 谢晓龙.航空发动机性能评价与衰退预测方法研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学，2016:94-119.
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[9]
崔晓阳.基于超限事件的飞行品质监控方法研究[D ].天 津：中国民航大学，2013:33-41.
Research on QAR Data Knowledge and Application in Civil Aviation Field
CAO Hui-ling, GAO Yang
(College  of  Aeronautical  Engineering , CAUC , Tianjin  300300，China )
Abstract ： Aviation safety is one of the key issues that people concern about. Quick Access Recorder (QAR) is a device that is able to
smartly record a variety of data on aircrafts, by the data that QAR recorded, the accident situation could be restored and the performance  problem of aircrafts could be predicted so that the accident could be avoided. However, the knowledge and application of QAR data  is limited though it records a huge amount and kind of data and the number of users increases considerably. This paper aims at sorting the  application and processing methods toward QAR data in civil aviation, then comparing and analyzing the methods, and illustrating  the practical applications of QAR data in the process of engine monitoring detection in details.Key words ： QAR data ； condition monitoring ； fault detection ； performance analysis
〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•〇•
(上接第23页）
Preliminary Design Scheme of Flameproof Joint Flexible
Polishing System of Mining Equipment
口袋妖怪白攻略>2011上海高考作文
LI Qing-zhang1, SHI Hao2
(1. Yangquan  Coal  Industry  Yangquan  Huayue  Bada  Mine  Electric  Manufacturing  Co . , Ltd . , Yangquan  045000, China ； 2. Department  of  Information  Engineeringand  Automation , Shanxi  Institute  of  Technology , Yangquan  045000, China )Abstract ： In the process of polishing the anti-explosion composition surface of mining equipment, there would be terrible dust and
noise pollution. Meanwhile, the mining equipment are always bulky and they usually work in poor environment. Discussing the  designing program of the polishing system, this paper preliminarily proposed a scheme that reform the system into an unattended  flexible production system. In this case, the function and structure of the system has been verified and the operating process of which  has been planned. In addition, the paper analyzed the type and demands of the devices that used in the system, and established a  virtual simulation system based on industrial robot simulation software. Operating the simulation system, the feasibility and reliability of  the design has been verified, which shortened the designing-debugging cycle and avoided the waste of resources.Key words ： flameproof joint ； design scheme ； flexible production system
的要点和优点，并通过建立基于Q AR 数据的双发监 控系统说明了 QAR 数据的优越性和可靠性。
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