【ZiDongHua 之創(chuàng)新自科文收錄關(guān)鍵詞：清華大學(xué) C919  自動(dòng)化系   航空產(chǎn)業(yè)   導(dǎo)航與控制  自動(dòng)化者  科技工作者     】

清華大學(xué)自動(dòng)化系導(dǎo)航與控制研究所飛行管理系統(tǒng)研究團(tuán)隊(duì)助力中國大飛機(jī)C919研發(fā)

祖國七十三周年華誕之際，國產(chǎn)C919大型客機(jī)完成全部適航審定工作后獲中國民用航空局頒發(fā)的型號(hào)合格證，標(biāo)志著我國具備了自主研制世界一流大型客機(jī)能力。在這項(xiàng)舉世關(guān)注的重大工程中，清華大學(xué)自動(dòng)化系導(dǎo)航與控制研究所的程農(nóng)和李清兩位老師在大飛機(jī)重大專項(xiàng)立項(xiàng)之初受邀參加了大型客機(jī)聯(lián)合工程隊(duì)，他們積極投身于大型客機(jī)的論證工作，為C919飛行管理系統(tǒng)的聯(lián)合論證提供了重要的技術(shù)支持。

程農(nóng)參加了航電核心技術(shù)飛行管理系統(tǒng)的論證工作，李清參加了飛行控制系統(tǒng)的論證工作。通過兩位老師在中國商飛半年時(shí)間的聯(lián)合論證工作，清華大學(xué)與上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院建立了良好的互信合作關(guān)系，回到學(xué)校之后，程農(nóng)繼續(xù)承擔(dān)了C919飛機(jī)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目“飛行管理系統(tǒng)功能模塊及綜合導(dǎo)航系統(tǒng)信息融合軟件開發(fā)研究”項(xiàng)目，李清承擔(dān)了C919飛機(jī)“飛控系統(tǒng)余度配置關(guān)鍵技術(shù)研究”課題。飛行管理系統(tǒng)(FMS)是大型民機(jī)的核心系統(tǒng)之一，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)全航線的自動(dòng)飛行與管理。自動(dòng)化系根據(jù)兩個(gè)項(xiàng)目的研究需求，成立了由師生共同參加的跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)。其中，程農(nóng)負(fù)責(zé)導(dǎo)航與飛行管理的總體技術(shù)，李清負(fù)責(zé)自動(dòng)飛行與控制，程朋負(fù)責(zé)與空管相關(guān)的技術(shù)，宋靖雁、梁斌、張濤、蕭德云、慕春棣等老師都選派研究生參加了項(xiàng)目的研究工作。兩個(gè)項(xiàng)目完成驗(yàn)收之后，中國商飛繼續(xù)委托研究團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了“四維制導(dǎo)等實(shí)現(xiàn)‘自由飛行’的先進(jìn)飛行管理技術(shù)研究”以及“C919飛機(jī)所需導(dǎo)航性能(RNP)需求驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)研究”等項(xiàng)目。

大飛機(jī)的飛行管理技術(shù)和系統(tǒng)長期由西方發(fā)達(dá)國家壟斷。在大飛機(jī)專項(xiàng)實(shí)施初期，我國存在體系性的空白。為了自主突破和掌握這一關(guān)鍵技術(shù)，自動(dòng)化系飛行管理團(tuán)隊(duì)基于國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，面向下一代空管系統(tǒng)(ATM)和新航行體系，采用基于模型的系統(tǒng)工程(MBSE)方法，構(gòu)建了基于軌跡運(yùn)行(TBO)的飛行管理系統(tǒng)(FMS)體系架構(gòu)。開發(fā)了飛行管理系統(tǒng)核心功能關(guān)鍵算法，在國內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了飛行管理系統(tǒng)核心功能的邏輯集成，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)級(jí)基于模型的功能驗(yàn)證和確認(rèn)的關(guān)鍵技術(shù)。突破了機(jī)載導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫自動(dòng)建庫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于性能的導(dǎo)航(PBN)及飛行器在時(shí)空信息系統(tǒng)中的四維制導(dǎo)基準(zhǔn)構(gòu)建。開發(fā)了四維航跡預(yù)測(cè)算法，解決了滿足所需到達(dá)時(shí)間(RAT)要求的軌跡優(yōu)化問題，實(shí)現(xiàn)了四維航跡精確制導(dǎo)。采用分布式仿真架構(gòu)和多語言的開發(fā)環(huán)境，研究開發(fā)了飛行管理系統(tǒng)仿真驗(yàn)證測(cè)試平臺(tái)，支持了國產(chǎn)大飛機(jī)飛行管理系統(tǒng)的工程化研究與應(yīng)用。系統(tǒng)性地解決了大飛機(jī)飛行管理系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)問題，對(duì)C919的研發(fā)作出了重要貢獻(xiàn)。

圖1 研究團(tuán)隊(duì)在上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院調(diào)試飛行管理系統(tǒng)仿真平臺(tái)(左三為已故副教授程朋)

圖2 2014年1月交付上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院的飛行管理系統(tǒng)仿真平臺(tái)

經(jīng)過十余年攻關(guān)，獲得發(fā)明專利8項(xiàng)。軟件著作權(quán)21項(xiàng)、發(fā)表論文47篇、培養(yǎng)博士后1名，博士研究生4名、碩士研究生31名.

圖3 2019年升級(jí)交付上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院飛行管理系統(tǒng)仿真平臺(tái)軟件

“大飛機(jī)飛行管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”成果獲得2021年中國航空學(xué)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

圖4 團(tuán)隊(duì)獲得中國航空學(xué)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)(左三：程農(nóng)、右二：李清)

通過大飛機(jī)項(xiàng)目，導(dǎo)航與控制研究所培養(yǎng)出了王乾、李大川、陳小龍、王賀、鄒翔、王潘、楊磊斌、盧則鵬、于丹妮等一批熱愛祖國航空事業(yè)、專業(yè)技術(shù)素質(zhì)過硬的人才隊(duì)伍。從自動(dòng)化系畢業(yè)后，他們大多在我國航空工業(yè)系統(tǒng)的研究院所繼續(xù)從事下一代航空先進(jìn)技術(shù)的研究工作，并已快速成為青年科研骨干和新時(shí)代的創(chuàng)新領(lǐng)軍者。