民用飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)和慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)接口定義簡介

張琛

摘 要：大氣數(shù)據(jù)和慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)是民用運輸類飛機(jī)兩個最關(guān)鍵的系統(tǒng)，對飛機(jī)的安全性有至關(guān)重要的影響作用。該文簡要介紹了集成數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)和慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)ADIRS，分為ADR部分和IR部分，以及其主要的接口和定義，包括機(jī)械接口，外部的大氣數(shù)據(jù)傳感器，ADM模塊，ADIRU的電源接口，ADR部分的電氣接口，與ADM交聯(lián)的接口，IR部分的電氣接口，與ADR交聯(lián)的接口，與外部子系統(tǒng)如GNSS， FMS間接口等，對于指導(dǎo)民用運輸類飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)和慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)綜合設(shè)計具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：民用運輸類飛機(jī) 大氣數(shù)據(jù) 慣性基準(zhǔn) 電氣接口

中圖分類號：V249.32 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（a）-0022-02

在民用運輸類飛機(jī)的發(fā)展過程中，除了獨立的大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)，姿態(tài)與航向基準(zhǔn)系統(tǒng)/慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)以外，2000年前后，又出現(xiàn)了一種新型的集成數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)和慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)（簡稱ADIRS），性能優(yōu)異，可靠性高，并被廣泛運用于波音和空客等大中型干線飛機(jī)上。ADIRS包括三套大氣數(shù)據(jù)/慣性基準(zhǔn)單元（ADIRUs），可安裝于飛機(jī)電子電氣設(shè)備艙，配合相應(yīng)的控制顯示單元CDU，大氣數(shù)據(jù)模塊（包括全/靜壓傳感器，迎角傳感器，側(cè)滑角傳感器，總溫傳感器，大氣數(shù)據(jù)計算模塊等），實現(xiàn)大氣數(shù)據(jù)和慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)所有功能。

1 ADIRU機(jī)械接口

1.1 ADIRU的機(jī)械接口

為了確保不同制造商的設(shè)備具備可互換性，ADIRS設(shè)備應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守ARINC600。具體來說，設(shè)備應(yīng)當(dāng)滿足ARINC600中關(guān)于尺寸、誤差、手柄、冷卻設(shè)施、以及重量和中心方面的要求，除了冷卻口和前端緊固銷位置，該裝置應(yīng)當(dāng)遵循ARINC600中4MCU外形參數(shù)基本標(biāo)準(zhǔn)，冷卻口和前端緊固銷位置應(yīng)適用于4MCU類型。

1.2 ADIRS 外部傳感器以及ADM的機(jī)械接口

大氣數(shù)據(jù)基準(zhǔn)（ADR）應(yīng)作為ADIRU的一部分，計算大氣數(shù)據(jù)輸出，供儀表顯示和其他使用ADR信息的飛機(jī)系統(tǒng)使用。ADR應(yīng)使用來自ADM（大氣數(shù)據(jù)模塊）輸入的壓力信號，計算空速、氣壓高度等大氣參數(shù)；根據(jù)飛機(jī)構(gòu)型，也將提供攻角、側(cè)滑角和大氣總溫。ADM和ADIRU之間的交聯(lián)應(yīng)保證ADIRU的可互換性。

ADIRS外部傳感器主要包括全壓探頭、靜壓孔、或者組合式全靜壓探頭，總溫傳感器，攻角傳感器等，通過機(jī)械接口連接到大氣數(shù)據(jù)模塊（ADM）。ADM感受全靜壓系統(tǒng)傳輸?shù)膲毫Α⒁约坝呛痛髿饪倻匦盘?，并以ARINC429格式傳輸?shù)紸DRIU。

2.2.1 全壓探頭

全壓探頭應(yīng)具有全壓感受端口，接收飛機(jī)全壓，通過氣源管路傳輸?shù)紸DM。全壓探頭不屬于電子硬件，僅有電熱絲提供探頭電加熱功能，防止探頭結(jié)冰。全壓探頭的氣源接口（即機(jī)械接口）應(yīng)該符合SAE-AS4375 Size04要求（.4375”-20 UNJF）。全壓探頭的電接口應(yīng)僅提供探頭加熱供電。

1.2.2 靜壓孔

靜壓孔探頭應(yīng)具有靜壓感受端口，接收飛機(jī)靜壓，通過氣源管路傳輸?shù)紸DM。靜壓孔不屬于電子硬件，僅有電熱絲提供探頭電加熱功能，防止探頭結(jié)冰。靜壓孔的氣源接口應(yīng)該符合SAE-AS4375 Size 06要求（.4375”-20 UNJF）。全壓探頭的電接口應(yīng)僅提供探頭加熱供電。

1.2.3 總溫探頭

總溫探頭能夠感受飛機(jī)外部來流總溫，傳輸?shù)紸DM或直接傳輸給ADR， 計算出飛機(jī)總溫和靜溫?？倻貍鞲衅鞑粚儆陔娮佑布?，僅有鉑電阻用來測量外部大氣溫度，以及電熱絲提供探頭電加熱功能?？倻靥筋^的電接口應(yīng)僅提供鉑電阻值及探頭加熱供電。

1.2.4 大氣數(shù)據(jù)壓力模塊ADM

ADM需設(shè)計為可以安裝在平面上，高于全壓、靜壓源的位置。需設(shè)計為水平方向安裝時安裝面在底部，或者在垂直方向安裝時氣源接口朝下。ADM上全壓/靜壓氣源接口需符合相關(guān)的SAE/MS標(biāo)準(zhǔn)。

2 ADIRS電氣接口

2.1 ADIRS的電源接口

2.1.1 ADIRS 的主電源

應(yīng)當(dāng)制定設(shè)備使用ARINC609定義的最大130w、115vac、400HZ單相電源，包括55w供ADM和CDU使用。某些飛機(jī)要求提供主DC電源。130w電源將進(jìn)行如下分配：（1）75w給ADIRU，（2）25w給CDU，（3）30w給所有ADM。

2.1.2 ADIRS 的備用電源

飛機(jī)制造商應(yīng)提供最大175w的無中斷DC備用電源供ADIRS使用。該備用電源將來自一個無瞬變的DC總線或者電池，電壓范圍符合ARINC609。如果飛機(jī)115VAC不可用，則該備用電源的標(biāo)定電壓為+24伏。該備用電源的容量和工作時間取決于航線操作需求。工作在此電源下應(yīng)當(dāng)完全發(fā)揮其靈活性。如果飛機(jī)115VAC可用，則該備用電壓將高達(dá)36VDC。

2.2 ADR功能的電氣接口

2.2.1 ADM的電氣接口

ADM的電氣接口應(yīng)該設(shè)計為圓形26針電氣插座，符合相關(guān)MS/MIL/NAS工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。ADM必須設(shè)計成機(jī)架接地，接地阻抗需小于20毫歐。ADM電氣插座需設(shè)計成有鉗位電路時能經(jīng)受瞬態(tài)電壓50VDC沖擊，無鉗位電路時所有針腳能經(jīng)受36VDC電壓。ADM需設(shè)計成可以同時滿足在常規(guī)電源 +13.5VDC或28VDC飛機(jī)電源下工作。功率消耗約為2.7-3.7W（+13.5VDC下），3.5-4.8W（28VDC飛機(jī)電源下）。每套ADM應(yīng)從相關(guān)ADIRU獲得電源。這樣的安排是為了確?！扒鍧崱惫╇?，使得飛機(jī)電源瞬變現(xiàn)象透明化，從而每套ADM內(nèi)部無需電源電路。該電源應(yīng)在規(guī)定的±13.5VDC（±10%）提供電壓，濾波后由ADM電子電路直接使用。+13.5VDC電壓應(yīng)當(dāng)能夠容納最大1.5A的電流負(fù)載。-13.5VDC電壓應(yīng)當(dāng)能夠容納最大0.5A的電流負(fù)載。ADM電源輸出端的電源脈動噪音不應(yīng)當(dāng)超過30mV峰峰值。

2.2.2 ADM與ADR的接口

每臺ADM需通過ARINC429總線連接到至少一臺ADIRU。 ADM以ARINC429數(shù)據(jù)格式提供全壓/靜壓/局部迎角/總溫數(shù)據(jù)給ADR，ADR用這些參數(shù)進(jìn)行計算，輸出氣壓高度、指示空速、馬赫數(shù)、垂直速度、攻角、靜壓、全壓、總溫等信息，給駕駛艙顯示器其其它飛機(jī)系統(tǒng)使用。考慮到不同的架構(gòu)設(shè)計，因此每臺ADIRU的ADR部分?jǐn)?shù)字接口必須設(shè)計成至少有5個通道，至少提供五條ADM數(shù)據(jù)總線輸入來接收ADM的數(shù)據(jù)。

2.3 IR功能的電氣接口

IR部分的功能主要是提供飛機(jī)的姿態(tài)，航向，加速度以及飛機(jī)的即時的位置信息，由于慣性器件（陀螺以及加速度計）的自身特性，其具有短時間內(nèi)的精度很高，但由于其算法方面的原因，其長時間的誤差會很大，隨著時間的增長而累積，所以需要引入一些參數(shù)對其進(jìn)行同步修正。這些引入的參數(shù)雖然短時間內(nèi)的精度不高，但是他的誤差不會隨著時間的增加而增大，通過卡爾曼濾波算法，使得IR輸出的參數(shù)的精度，既可以保持短時間內(nèi)的高精度，又不會隨著時間的增加而發(fā)散。IR除了能夠接受來自ADR的真空速（TAS，True Air Speed）以及高度變化率即垂直速度（VS，Vertical Speed）數(shù)據(jù)，還應(yīng)能和ARINC743A GNSS傳感器交聯(lián)，接收GPS的經(jīng)緯度以及Time Mark等參數(shù)信號，以提高IR輸出參數(shù)的精度。在初始化階段，如果IR沒有收到GNSS的信息，IR還能夠接受來自FMS的經(jīng)度，緯度以及磁航向，來完成初始化。

2.3.1 IR與ADR的電氣接口

IR接受來自ADR的真空速（TAS，True Air Speed）以及高度變化率即垂直速度（VS，Vertical Speed）數(shù)據(jù)參與最終的計算，穩(wěn)定其輸出。通過內(nèi)部的高速的ARINC429 總線，ADR將即時計算得到的TAS和VS傳輸給IR的接口端，以便參與IR的內(nèi)部計算得出風(fēng)速以及風(fēng)向，和收斂的慣性高度。

2.3.2 IR與GNSS的電氣接口

IR應(yīng)該與ARINC743A GNSS傳感器交聯(lián)，接收GPS的經(jīng)緯度以及RS-422 Time Mark等參數(shù)信號，以提高IR輸出參數(shù)的精度。為了使傳輸GNSS信號的延時最小，應(yīng)該通過ARINC429總線直接連到ADIRU設(shè)備上的相應(yīng)總線接口每套單獨的ADIRU設(shè)備需要接受兩路不同的GNSS設(shè)備輸出的ARINC429總線。對于每套單獨的ADIRU設(shè)備，需要兩路來自不同GNSS設(shè)備的RS-422 Time Mark。使用RS-422 Time Mark信號來同步GPS的時間基準(zhǔn)給IR。

此外，IR還需要FMS提供一些輸入，例如預(yù)設(shè)經(jīng)度、預(yù)設(shè)緯度、預(yù)設(shè)磁航向等，其所有計算結(jié)果都通過ARINC429總線發(fā)送給其它相關(guān)系統(tǒng)（例如FCS，F(xiàn)RS，F(xiàn)MS，OMS等）。

3 結(jié)語

大氣數(shù)據(jù)及慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)ADIRS是民用運輸類飛機(jī)發(fā)展到高度集成化的成果，它解決了2個獨立的重要機(jī)載系統(tǒng)綜合的問題，節(jié)省了機(jī)上安裝空間，并保證了相對較高的系統(tǒng)可靠性，其接口定義已在發(fā)展過程中逐漸形成工業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)得到廣泛應(yīng)用，未來可在國產(chǎn)寬體客機(jī)、小型支線客機(jī)、公務(wù)機(jī)乃至通航飛機(jī)上得到更全面的應(yīng)用。

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