某型飛機機電綜合系統(tǒng)設計

謝曦鵬

(海軍裝備部，陜西 西安 710089)

1 引言

隨著多電飛機和計算機技術的發(fā)展，機電綜合系統(tǒng)在國外先進飛機上已經(jīng)廣泛應用。某型飛機的設計目標是達到世界先進渦槳飛機水平，智能配電技術和頂部控制板總線控制技術的應用，為機電綜合系統(tǒng)應用提供了良好的條件，這將大幅度提高飛機的安全性、可靠性和可維護性。目前世界上先進飛機均采用了各種不同程度的機電信息綜合或機電綜合控制技術。

2 機電綜合控制技術的發(fā)展與功用

飛機機電系統(tǒng)包含液壓系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等飛機系統(tǒng)及其相應的閥門、傳感器、泵和電機等部件，分布于飛機從頭到尾的各個部分。

傳統(tǒng)的飛機機電系統(tǒng)各自獨立，控制單元布局分散，維護性、可靠性差，體積、重量大，這與航空電子的綜合化發(fā)展趨勢存在很大差距。隨著航空電子技術和機電系統(tǒng)綜合化控制及管理技術的發(fā)展，出現(xiàn)了機電綜合系統(tǒng)[1]。機電綜合控制和管理技術的核心是把機載機電設備視為一個整體發(fā)展，它不再以單個機電系統(tǒng)或機電設備作為控制、管理及監(jiān)視的對象，而是以全機整個機載機電設備系統(tǒng)作為控制、管理及監(jiān)視的對象，綜合化程度極大提高。

機電綜合系統(tǒng)是對飛機機載機電系統(tǒng)進行綜合化管理、自動控制及故障監(jiān)測的分布式計算機系統(tǒng)[2]。該技術在飛機上的應用將取消各機電系統(tǒng)獨立分散的控制、數(shù)據(jù)采集機構(gòu)，代之以綜合化程度更高、可靠性更高的機電綜合控制計算機系統(tǒng)。該計算機系統(tǒng)通過總線與航空電子系統(tǒng)及飛機其他系統(tǒng)連接，使機電系統(tǒng)與飛機其他系統(tǒng)的信息可以高度融合[3]。使航空電子系統(tǒng)的任務管理更加完善，同時也使機電系統(tǒng)的控制、管理及監(jiān)視達到最優(yōu)，使飛行員及維護人員可以通過顯示、音響、告警及記錄的方式得到更加完善、精確的機上信息。

3 某型機電綜合系統(tǒng)設計

某型機電綜合系統(tǒng)(Integrated Electromechanical System縮寫IEMS)完成飛機空氣管理系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)等的綜合化管理、控制和故障檢測，并通過總線與航空電子系統(tǒng)及飛機其他系統(tǒng)連接，記錄和顯示機電系統(tǒng)的狀態(tài)與故障信息。

3.1 控制原理

某型機電綜合系統(tǒng)遵循以下原則：

(1)IEMS不集成飛機關鍵系統(tǒng)以及各系統(tǒng)中的第三套應急系統(tǒng)，保證在機電綜合全套失效時，不會對飛機的安全飛行產(chǎn)生影響。

(2)系統(tǒng)的控制和監(jiān)控功能應隔離以滿足安全和系統(tǒng)綜合的要求[4]。對于某些用來完成系統(tǒng)控制的信號由IEMS來采集并發(fā)送給航電系統(tǒng)，某些僅用于顯示、告警和狀態(tài)監(jiān)控的信息由航電系統(tǒng)來采集。

IEMS的原理框圖如圖1所示。各個系統(tǒng)的控制集成在兩個機電綜合計算機(Integrated Electromechanical Computer 縮寫IEMC)中，有些系統(tǒng)有自己的控制器，以板卡形式集成在機箱中；有些系統(tǒng)以軟件形式駐留在IEMC的公共處理模塊中。

機電綜合系統(tǒng)由兩個機柜構(gòu)成，采用雙余度雙通道設計，每個通道包含兩個互為備份的計算機，與頂控板的四臺計算機相適應，并通過四條總線進行數(shù)據(jù)通信。機電綜合系統(tǒng)還包括遠程數(shù)據(jù)采集單元(RDC)和遠程智能控制單元(RCU)，用于接收傳感器和探測器等數(shù)據(jù)，完成與IEMC的交換，并控制相應的智能繼電器、接觸器和作動器。機電綜合系統(tǒng)內(nèi)部采用總線進行數(shù)據(jù)傳輸。機電綜合控制平臺與航電系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)總線相連，用于狀態(tài)及故障顯示。固態(tài)功率控制器(SSPC)是機電綜合系統(tǒng)的執(zhí)行單元、電源和線路保護裝置。

圖1 IEMS的原理框圖

3.2 集成的系統(tǒng)

機電綜合系統(tǒng)可集成以下系統(tǒng)：空氣管理系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)、生活服務設施、照明系統(tǒng)等，具體控制邏輯如下：

(1)空氣管理系統(tǒng)(AMS)

空氣管理系統(tǒng)有兩套控制模塊分別安裝在2個IEMS機柜內(nèi)，為發(fā)動機引氣、APU引氣、空調(diào)系統(tǒng)提供自動控制，IEMS接收頂控板的控制信號以及系統(tǒng)的傳感器信號，系統(tǒng)控制板卡完成相應邏輯判斷后通過總線向SSPC發(fā)送命令，由SSPC 完成閥門及其它AMS設備的控制。

考慮到飛行安全，座艙壓力系統(tǒng)由單獨的控制器完成控制。

(2)電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)的電源控制器作為功能模塊集成在IEMS機柜內(nèi)，通過接收頂控板的控制信號和一次配電系統(tǒng)發(fā)送的狀態(tài)信號，進行相應控制邏輯判斷向電源系統(tǒng)設備發(fā)送控制信號，完成一次配電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換、控制和保護；通過總線與二次配電裝置(SSPC)相連，完成對二次配電系統(tǒng)的控制。

(3)燃油系統(tǒng)

燃油系統(tǒng)為發(fā)動機和APU連續(xù)提供燃油，發(fā)動機供油系統(tǒng)由2個主電動泵、2個輔助電動泵和一個交輸活門組成，系統(tǒng)的控制邏輯分別駐留在2臺IEMC中，IEMS接收來自頂部控制板的信號和燃油系統(tǒng)的傳感器信號，通過邏輯判斷給SSPC發(fā)出控制指令完成對電動泵和交輸活門的控制。APU供油系統(tǒng)由1臺電動泵組成，由頂部控制板上的接通開關直接控制。

(4)液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)由3套系統(tǒng)組成，第1、2號系統(tǒng)由一個發(fā)動機泵和一個輔助電動泵組成，第1、2號系統(tǒng)之間有一個PTU在一套系統(tǒng)失效時由另一系統(tǒng)向其供壓，系統(tǒng)的控制邏輯分別駐留在2臺IEMC中， IEMS接收來自頂部控制板的信號和液壓系統(tǒng)的傳感器信號，通過邏輯判斷給SSPC發(fā)出控制指令完成電動泵和PTU的自動控制。3號系統(tǒng)由2個電動泵組成，正常情況下2個泵交替工作，IEMS完成其自動交替工作的控制。3套系統(tǒng)的電動泵和PTU的手動接通是由頂部控制板上的開關直接控制接觸器來完成。

(5)起落架系統(tǒng)

起落架收放系統(tǒng)設置2塊接近傳感器電子模塊分別安裝于2個IEMS機柜內(nèi)，用于接收駕駛艙內(nèi)起落架的控制信號和起落架接近傳感器的信號，完成起落架收放控制。在起落架放出控制盒失效時，起落架電動超控開關直接控制起落架放下電磁活門放下起落架[5]。

前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)設置一個前輪轉(zhuǎn)彎控制功能模塊集成到IEMS機柜內(nèi)，用于接收駕駛艙內(nèi)前輪轉(zhuǎn)彎手輪、腳蹬的轉(zhuǎn)彎控制信號和前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的傳感器信號，完成前輪轉(zhuǎn)彎控制。

剎車系統(tǒng)設置3塊剎車控制模塊，其中一塊控制外輪剎車，一塊控制內(nèi)輪剎車，一塊控制自動剎車，IEMS接收駕駛艙內(nèi)腳蹬剎車控制信號和剎車系統(tǒng)的壓力傳感器信號、輪速信號等，完成相應邏輯判斷后，通過總線向SSPC發(fā)送指令來控制相關的電磁閥門完成剎車控制。

(6)照明系統(tǒng)

照明系統(tǒng)通過IEMS進行控制，IEMS接收頂控板或服務員控制板的控制信號，將控制信號傳遞給SSPC，完成各燈具的控制。

駕駛艙的調(diào)光控制系統(tǒng)設置獨立的控制器來完成控制功能[6]。

(7)生活服務設施

內(nèi)裝飾系統(tǒng)中PSU通過IEMS進行控制。水/廢水系統(tǒng)設置獨立的控制器來完成控制功能[7]。

4 結(jié)語

某型飛機采用機電綜合系統(tǒng)有許多優(yōu)點，可以簡化飛機機電控制系統(tǒng)配置，減少機電系統(tǒng)的控制部件和控制電纜，提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠喽群涂煽啃?，提高系統(tǒng)測試性和維護性。由于減少了機電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)導線和控制導線，使得電氣互連系統(tǒng)(EWIS)的實現(xiàn)變得簡單，可以方便的按照余度隔離的原則來敷設電纜。

[1] 郭生榮.航空機電系統(tǒng)綜合技術發(fā)展分析[J].航空科學技術，2013(5)：5-10.

[2] 羅海明,謝劍斌,陸志肖.機電系統(tǒng)綜合化控制和管理[J].直升機技術，2010(1)：62-67.

[3] 郭震中,黃偉華,姚有文,等.直升機機電綜合管理系統(tǒng)發(fā)展趨勢及關鍵技術分析[J].直升機技術，2011(3)：63-68.

[4] 自動化技術、計算機技術[J].中國無線電電子學文摘,2011(1):161-238.

[5] 鐘科林.民用飛機起落架控制系統(tǒng)設計的適航考慮[J].科技資訊，2011(29)：42-44.

[6] 張鵬宇.基于ARINC825的飛機數(shù)字化駕艙容錯控制系統(tǒng)[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學,2013.

[7] 周建斌.機電綜合控制對民機水系統(tǒng)設計的影響[J].航空工程進展，2011(2)：216-219.