數(shù)字技術在飛機頂部控制板的應用

【摘要】 本文通過分析傳統(tǒng)的模擬式的控制板存在的缺陷的基礎上，提出了采用數(shù)字總線的控制板的頂層設計思路，并闡明了數(shù)字總線設計的原則，指出了數(shù)字總線技術將成為未來飛機頂部控制板發(fā)展的趨勢。

【關鍵詞】 駕駛艙 頂部控制板 數(shù)字技術

一、引言

隨著航空技術的進步和綜合控制技術的迅猛發(fā)展，綜合電氣控制系統(tǒng)在國外先進飛機上已經(jīng)廣泛應用，而頂部控制板作為綜合電氣控制系統(tǒng)最前端的部分，也日趨于數(shù)字化設計。數(shù)字化設計不僅有效的解決了傳統(tǒng)頂部控制板體積大、綜合管理水平低、導線繁多等問題，同時為全機機電綜合控制提供了良好條件和平臺。

二、模擬式頂部控制板

1、模擬式頂部控制板結(jié)構(gòu)。早期飛機上的頂部控制板是由各個機電系統(tǒng)的控制板機械式接拼在一起而形成，板與板之間是完全分立，內(nèi)部的通訊相互對立，均使用硬線傳輸模擬量或離散信號，組成結(jié)構(gòu)主要包含導光板、開關部件、背板、前板、印制電路板以及電連接器、其他元件。

2、模擬式頂部控制板架構(gòu)。駕駛艙傳統(tǒng)頂部控制板采用硬線傳輸離散或模擬量信號，駕駛員通過操縱控制板上的開關部件產(chǎn)生相應的指令，該指令信號通過內(nèi)部連線傳送到印刷電路板，印刷電路板經(jīng)過一定的電路邏輯處理后同樣通過內(nèi)部硬線線路將模擬量信號傳給外部連接器，外部連接器也是通過大量的硬線將信號輸送給系統(tǒng)控制執(zhí)行部件（如閥門、泵等部件），同樣，飛機系統(tǒng)反饋的狀態(tài)信號或故障信號，使用硬線通過外部鏈接器傳送給印刷電路板，印刷電路板經(jīng)過對接收的信號進行濾波和保護后，驅(qū)動前板上的信號燈燃亮。整個傳輸和處理的信號均為模擬或離散信號，內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸處理比較簡單，但是內(nèi)部需要使用大量的硬線傳輸和處理，不僅增加頂部控制板的導線數(shù)量和離散或模擬量接口數(shù)量，而且很難實現(xiàn)信號或數(shù)據(jù)的共享，更不利于飛機上各個機電系統(tǒng)的綜合控制。

3、模擬式頂部控制板存在的不足。模擬或離散的頂部控制板在飛機上已經(jīng)使用了很多年，且技術已經(jīng)非常成熟，但缺點也是顯而易見的：1）內(nèi)部線路過多、過于密集，不僅增加了頂部控制板的重量、功耗及體積，同時也容易引發(fā)接線差錯，降低設計和制造的正確性和準確性，給設計安全帶來隱患；2）每個控制板均為分立式，通訊信號之間相互獨立，從而無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和數(shù)據(jù)的共享；3）處理和傳輸離散信號，不利于機電系統(tǒng)的集成和綜合化。

三、數(shù)字化頂部控制板

數(shù)字化頂部控制板與傳統(tǒng)模擬式頂部控制板最重要的區(qū)別在于它引入了CPU（中央處理器，又稱微處理器），這是數(shù)字化頂部控制板的核心。CPU不僅可以實現(xiàn)數(shù)模之間的轉(zhuǎn)換，同時有效的處理、解算及存儲大量的數(shù)據(jù)和信息。

3.1數(shù)字化頂部控制板的構(gòu)架

頂部控制板數(shù)字化設計的關鍵點和難點在于如何保證飛機的安全等級 ，即數(shù)字化頂部控制板不會降低集成于頂部控制板各個飛機系統(tǒng)的安全性，要維持系統(tǒng)設計所設定的余度。比如電源系統(tǒng)，為了滿足電源系統(tǒng)的安全性要求，電源系統(tǒng)設計成三個子系統(tǒng)，分別為電源子系統(tǒng)I、電源子系統(tǒng)II和電源子系統(tǒng)III，這三套子系統(tǒng)互為備份，相互獨立。通常電源系統(tǒng)的三套子系統(tǒng)的開關均布置于頂部控制板上，而頂部控制板組件數(shù)字化設計后，同樣要保證這三套子系統(tǒng)之間的獨立性。針對這樣的問題，提出了數(shù)字化思路如下：

頂部控制板組件的數(shù)字化設計只是集成飛機上一般系統(tǒng)控制信號，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)中的手動/超控部分，關鍵系統(tǒng)及第三套系統(tǒng)的控制仍采用傳統(tǒng)的模擬式的控制方式，目的是為了實現(xiàn)系統(tǒng)設計的余度之間的獨立，有效地避免因頂部控制板組件上的CPU失效后會對飛機的安全飛行產(chǎn)生影響，保證系統(tǒng)安全性。

而對于一般系統(tǒng)的控制信號，數(shù)字化頂部控制板組件設計成雙通道和雙余度構(gòu)型，即一個子系統(tǒng)對應一個通道，每個通道設有2個余度，即頂部控制板組件設置有4個CPU。這4個CPU負責采集頂部控制板上的開關信號，經(jīng)處理后通過總線輸送到綜合電氣控制系統(tǒng)的控制器，控制器經(jīng)過邏輯判斷后，向各個系統(tǒng)的控制器輸送相應的指令。

3.2數(shù)字集成化頂部控制板的優(yōu)勢

數(shù)字總線技術的優(yōu)勢在于：1.應用數(shù)字總線技術可以簡化和減少系統(tǒng)的硬件接口， 且數(shù)字接口代替離散或模擬配線，可減少電纜數(shù)量和重量[1]，有利于實現(xiàn)飛機的減重和節(jié)能；2.可以統(tǒng)一管理控制板所有的輸入和輸出，使得其管理效率更高3.采用數(shù)字總線通信可減少電線電纜的數(shù)量，容易實現(xiàn)EWIS的物理隔離，減輕了重量，節(jié)省了空間，提供系統(tǒng)的可靠性和維護性。

四、結(jié)束語

當前駕駛艙頂部控制板組件引入數(shù)字總線技術和微處理器在國外某些先進的飛機上曾有過應用，但在國內(nèi)這方面的研究起步比較晚，國內(nèi)大部分的現(xiàn)役飛機仍采用傳統(tǒng)的離散或模擬信號的通訊方式，不僅無法滿足飛機減重節(jié)能的需求，同時無法滿足目前飛機上各個機電系統(tǒng)的數(shù)字化的發(fā)展趨勢?？梢姡w機頂部控制板數(shù)字化必將成為未來的發(fā)展趨勢。

參 考 文 獻

[1]李倩.LED 調(diào)光控制技術在飛機導光板照明中的應用[J] .測控技術， 2010， 29（ 11）： 106-108.