B787飛機(jī)與A380飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)傳感器方案對比研究

徐悅 陶建偉

摘 要：大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)是影響飛行安全的重要系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由大氣數(shù)據(jù)傳感器及計算部分組成。本文介紹了目前市場上兩款最先進(jìn)大型民用飛機(jī)波音公司B787和空客公司A380大氣數(shù)據(jù)傳感器方案，并對兩種方案進(jìn)行了對比研究，分析了兩套方案之間的差異以及造成這些差異的原因。最后本文對未來大型民用飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)傳感器的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng) 多功能探頭 智能探頭 全功能探頭 備用儀表

中圖分類號：V226 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（a）-0090-02

現(xiàn)代民用飛機(jī)的飛行控制系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)等需要大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的動壓、溫度、高度、垂直速度、指示空速、真實(shí)空速和馬赫數(shù)等信息，而上述的這些參數(shù)可通過空氣總壓、靜壓、總溫計算得到；另外，飛機(jī)通常還需要測量迎角，有的飛機(jī)還需要測量側(cè)滑角。

大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)是民用飛機(jī)的關(guān)鍵系統(tǒng)，對飛機(jī)安全飛行至關(guān)重要，因此現(xiàn)代民用飛機(jī)都具有多套冗余備份的大氣數(shù)據(jù)傳感器。基于目前行業(yè)技術(shù)水平，為了保證飛行安全通常需要配置三套獨(dú)立的大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)和一套備用大氣數(shù)據(jù)。

1 B787大氣數(shù)據(jù)傳感器方案

B787大氣數(shù)據(jù)傳感器由8個大氣數(shù)據(jù)模塊、6個靜壓孔、3個全壓探頭、2個迎角傳感器和1個總溫探頭組成。B787取消了傳統(tǒng)的大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)，利用大氣數(shù)據(jù)模塊（ADM）將總壓和靜壓的氣動壓力信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號經(jīng)飛控作動電子發(fā)送給飛控計算機(jī)，由飛控計算機(jī)承擔(dān)原大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)的軟件計算任務(wù)，再由飛控計算機(jī)發(fā)出大氣數(shù)據(jù)供其他系統(tǒng)使用，如顯示系統(tǒng)。如圖1所示。

由（圖1）可知，ADM通過氣動管路與全壓探頭和靜壓孔相連。其中有兩個對稱的靜壓孔氣動平均后連到一個ADM，該對靜壓與一個全壓作為備用大氣數(shù)據(jù)源得到備用的空速和高度等大氣數(shù)據(jù)信號，獨(dú)立于飛控計算機(jī)和ADM。其余的兩個全壓探頭和四個靜壓孔通過氣動管路各連接到一個ADM。B787安裝2個迎角傳感器測量迎角信息；安裝了一個雙通道的總溫傳感器，并同時接收發(fā)動機(jī)總溫信號，共6個總溫輸入信號。

飛行控制/作動器控制電子設(shè)備采集數(shù)字壓力信號、局部迎角信號和總溫信號，將信號傳遞給駐留在飛控計算機(jī)內(nèi)大氣數(shù)據(jù)應(yīng)用軟件，軟件根據(jù)總壓、靜壓、總溫數(shù)據(jù)計算并表決得到可靠的空速、高度、馬赫數(shù)等信息，提供給顯示系統(tǒng)和飛控等用戶系統(tǒng)。

2 A380大氣數(shù)據(jù)傳感器方案

A380采用了傳統(tǒng)的傳感器加大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)架構(gòu)，但使用了新型多功能探頭。該多功能探頭可同時測量全壓、迎角和總溫。每套獨(dú)立的大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)均連接一個多功能探頭、一對靜壓孔和一個側(cè)滑角傳感器。根據(jù)總壓、靜壓、總溫數(shù)據(jù)即可以計算出空速、高度、馬赫數(shù)等信息。計算得到的大氣數(shù)據(jù)通過總線發(fā)送給到其他系統(tǒng)。如圖2所示。

A380有專門的備用儀表探頭，在三套大氣數(shù)據(jù)失效時向備用儀表提供壓力信息，用于備用飛行顯示和備用導(dǎo)航顯示。因此A380有四套獨(dú)立的大氣數(shù)據(jù)源。

3 兩種方案的差異和原因分析

波音飛機(jī)的設(shè)計相對于空客飛機(jī)一般較為保守，傾向于使用相對傳統(tǒng)成熟的設(shè)計方案；而空客飛機(jī)更傾向于利用最新的技術(shù)。兩種機(jī)型大氣數(shù)據(jù)傳感器方案主要差異和原因分析有以下幾點(diǎn)。

（1）傳感器集成度不同。B787采用傳統(tǒng)獨(dú)立的全壓探頭、靜壓孔、迎角風(fēng)標(biāo)、總溫探頭架構(gòu)；A380采用了高度集成的多功能探頭，可以利用一個探頭同時測量全壓、迎角和總溫信號，減少了設(shè)備重量。這是因?yàn)槎湛惋w機(jī)更傾向于利用最新的技術(shù)，在空客系列飛機(jī)上對大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行了持續(xù)地改進(jìn)，最新研制的目前在試飛階段的A350飛機(jī)采用了集成度更高的智能探頭解決方案。而波音更多地是利用現(xiàn)有的成熟解決方案。

（2）大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)不同。B787利用飛控計算機(jī)取代原大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)對所有大氣數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，減少了設(shè)備，降低了系統(tǒng)重量；A380采用了傳統(tǒng)的大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)架構(gòu)。這是因?yàn)锽787的大氣數(shù)據(jù)傳感器和飛控系統(tǒng)是同一個設(shè)備供應(yīng)商，該供應(yīng)商提供了集成度較高的完整解決方案；而A380的大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)和飛控系統(tǒng)分屬不同的設(shè)備供應(yīng)商，因此沒有提供類似的解決方案。

（3）提供的迎角和側(cè)滑角冗余數(shù)量不同。B787提供2個獨(dú)立的迎角數(shù)據(jù)，不直接由傳感器提供側(cè)滑角數(shù)據(jù)；A380則提供3個獨(dú)立的迎角數(shù)據(jù)和3個獨(dú)立的側(cè)滑角數(shù)據(jù)。這是因?yàn)锽787和A380飛控系統(tǒng)的設(shè)計理念不同，因此對大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的信號需求也不同。B787飛控系統(tǒng)的功能相對傳統(tǒng)，而A380有著復(fù)雜的迎角保護(hù)功能以及腳蹬直接控制飛機(jī)側(cè)滑角的特性，因此A380大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)需要提供更可靠的迎角數(shù)據(jù)和直接的側(cè)滑角數(shù)據(jù)。

（4）備用儀表數(shù)據(jù)源架構(gòu)不同。B787的備用儀表和大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)共用全、靜壓傳感器；A380備用儀表使用專用的探頭。這是因?yàn)閭溆脙x表需要簡單直接的全、靜壓源，A380的多功能探頭測得初始數(shù)據(jù)還需復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理、而且多功能探頭不能提供靜壓信號，因此需要專用的全、靜壓傳感器。而B787使用的傳統(tǒng)全、靜壓傳感器無此問題，可以直接連到備用儀表。

4 大氣數(shù)據(jù)傳感器發(fā)展趨勢

隨著航空系統(tǒng)設(shè)計制造水平的不斷提高，設(shè)備正在朝著高度集成化的方向發(fā)展。上文中的A380已經(jīng)使用了多功能探頭，利用一個探頭同時測量全壓、迎角和總溫信號，可以降低制造成本、減輕設(shè)備重量，同時簡化系統(tǒng)設(shè)計、制造和維護(hù)。并且大氣數(shù)據(jù)傳感器由于防冰需求需要加溫，使用集成化的傳感器能降低加溫功耗。但是A380的多功能探頭的只是將全壓探頭、迎角風(fēng)標(biāo)和總溫探頭集成在一個部件上，集成度較低?，F(xiàn)在越來越多的新型號飛機(jī)，如：A350、G650、ERJ190等采用了智能探頭：（Smart ProbeTM），該探頭不再利用風(fēng)標(biāo)測量迎角，而利用壓差原理在一根探管上完成總壓、靜壓、迎角、側(cè)滑角的測量，進(jìn)一步減少了設(shè)備數(shù)量，減輕了設(shè)備重量。未來的智能探頭應(yīng)能進(jìn)一步將總溫測量集成進(jìn)來，形成全功能探頭方案，如圖3所示。

5 結(jié)論

本文對兩款大型民用飛機(jī)B787和空客A380大氣數(shù)據(jù)傳感器方案進(jìn)行了對比研究，首先介紹了兩者各自的配置和特點(diǎn)，對比分析了兩套方案之間的差異以及采用方案的考慮因素。最后本文對未來大型民用飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)傳感器的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望，在很長一段時間傳統(tǒng)大氣數(shù)據(jù)傳感器和高度集成的新型傳感器將在民機(jī)上使用，但隨著探頭研制技術(shù)和飛機(jī)集成水平的提高，高度集成化、重量輕的全功能能探頭將會體現(xiàn)較大的優(yōu)勢。對于安全性要求較高，機(jī)頭可用位置有限的民用飛機(jī)，全功能探頭優(yōu)勢更為明顯。因此采用全功能探頭是未來民用飛機(jī)的發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)

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