民用飛機(jī)綜合航電系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展探究

崔永輝

摘要：為滿足民用飛機(jī)不斷提升的安全性、經(jīng)濟(jì)性等要求，各類先進(jìn)技術(shù)近年來(lái)大量被用于民用飛機(jī)制造，綜合航電系統(tǒng)技術(shù)便屬于其中代表?；诖?，本文將簡(jiǎn)單介紹民用飛機(jī)綜合航電系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)，并深入探討技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，希望研究?jī)?nèi)容能夠給相關(guān)從業(yè)人員以啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：民用飛機(jī);綜合航電系統(tǒng);開(kāi)放式結(jié)構(gòu)

前言

相較于傳統(tǒng)的分布式系統(tǒng)，綜合航電系統(tǒng)具備降低連線復(fù)雜性、減輕飛機(jī)重量、減少資源重復(fù)配置、增加可靠性、提高自動(dòng)化程度、提升故障檢測(cè)能力和容錯(cuò)能力等優(yōu)勢(shì)。為保證綜合航電系統(tǒng)更好服務(wù)于民用飛機(jī)，正是本文圍繞該課題開(kāi)展具體研究的原因所在。

1. 民用飛機(jī)綜合航電系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

1.1擁有開(kāi)放式結(jié)構(gòu)

綜合航電系統(tǒng)擁有按層次劃分的開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，各層級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)接口，在系統(tǒng)的功能綜合與集成方面表現(xiàn)優(yōu)秀，且能夠較好滿足系統(tǒng)的裁剪和擴(kuò)充需要，系統(tǒng)升級(jí)和CTOS技術(shù)應(yīng)用也能夠獲得有力支持。系統(tǒng)的容錯(cuò)與重構(gòu)也能夠獲得開(kāi)放式結(jié)構(gòu)帶來(lái)的積極影響，系統(tǒng)可靠性可由此提升。采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與接口屬于開(kāi)放性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要前提，如標(biāo)準(zhǔn)化的串行數(shù)據(jù)總線接口與電氣特性、標(biāo)準(zhǔn)模塊的機(jī)械接口等，一般由現(xiàn)場(chǎng)可更換模塊、UDP/IP協(xié)議、有PCI標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部接口、開(kāi)放式航電模塊平臺(tái)、符合ARINC653接口要求的操作系統(tǒng)組成。通過(guò)分離硬件和軟件，系統(tǒng)修改設(shè)計(jì)和取證時(shí)間可有效降低，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)和成本也能夠隨之下降[1]。

1.2采用IMA模塊

作為一種新型技術(shù)，該技術(shù)以ARINC600標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，原有的LRU外場(chǎng)可更換件可由LRM代替，持續(xù)的改進(jìn)升級(jí)也可基于IMA模塊實(shí)現(xiàn)。在IMA模塊支持下，PSU（供電裝置）的2個(gè)或多個(gè)共用成為可能。受成本等因素影響，多數(shù)LRU會(huì)配置簡(jiǎn)化的PSU。但如果該供電裝置出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致LRU全部功能喪失。在IMA模塊支持下，可在一個(gè)綜合機(jī)架中配置兩個(gè)或更多PSU，從而實(shí)現(xiàn)成本的節(jié)省并保證系統(tǒng)功能的可靠性。以窄體噴氣客機(jī)為例，IMA模塊的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)160kg重量的減輕。此外，IMA模塊還能夠?yàn)橄到y(tǒng)綜合奠定基礎(chǔ)，更好服務(wù)于系統(tǒng)重構(gòu)和檢測(cè)，子系統(tǒng)外場(chǎng)可更換組件數(shù)量也能夠同時(shí)減少，隨著開(kāi)展的標(biāo)準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)、電源等功能模塊共享必須引起重視。

1.3先進(jìn)總線技術(shù)

民用飛機(jī)綜合航電系統(tǒng)多采用貨架數(shù)據(jù)總線AFDX技術(shù)，這一先進(jìn)總線技術(shù)具備多方面優(yōu)勢(shì)，包括可實(shí)現(xiàn)LRM在航電機(jī)柜內(nèi)的多種功能集成、擁有較高的全雙工通信速率（100Mbits/sec）、能夠?yàn)槿蒎e(cuò)提供雙余度、始終采用以太網(wǎng)協(xié)議。此外，傳統(tǒng)架構(gòu)LRU與IMA架構(gòu)LRM的數(shù)據(jù)交換也可在AFDX總線支持下實(shí)現(xiàn)[2]。

2. 民用飛機(jī)綜合航電系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2.1硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)技術(shù)

對(duì)于綜合航電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，平臺(tái)屬于一切的基礎(chǔ)，民用飛機(jī)綜合航電系統(tǒng)硬件平臺(tái)存在的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)得到重視。基于LRM的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、遠(yuǎn)程接口單元、計(jì)算機(jī)處理平臺(tái)均屬于硬件平臺(tái)范疇，包括全雙工分組以太網(wǎng)交換機(jī)、各支持模塊的集成、輸入/輸出模塊、計(jì)算機(jī)模塊、電源模塊組成，IMA機(jī)柜的供電需要滿足、整個(gè)平臺(tái)的處理任務(wù)完成、信號(hào)類型的輸入/輸出和轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與計(jì)算機(jī)處理平臺(tái)的通信、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)發(fā)均可由此實(shí)現(xiàn)。

2.2軟件綜合集成技術(shù)

對(duì)于綜合航電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，軟件集成技術(shù)屬于其核心。由于模塊化硬件平臺(tái)會(huì)隨電子技術(shù)的不斷發(fā)展而更新，這就使得未來(lái)的綜合航電系統(tǒng)必須得到軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)升級(jí)支持，因此軟件系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目標(biāo)，包括可重用的應(yīng)用程序組件建立、可重構(gòu)的軟件框架搭建。綜合航電系統(tǒng)的軟件一般由應(yīng)用層、操作系統(tǒng)層、模塊支持層組成，標(biāo)準(zhǔn)接口負(fù)責(zé)層與層之間的交互，下一級(jí)的軟件層中封裝接口服務(wù)。硬件與模塊支持層直接相關(guān)，以此提供對(duì)硬件資源訪問(wèn)的接口滿足操作系統(tǒng)層需。模塊支持層可提供模塊資源服務(wù)、自測(cè)試服務(wù)、時(shí)間服務(wù)、通信服務(wù)、加載服務(wù)。操作系統(tǒng)層多為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，以此為系統(tǒng)層軟件運(yùn)行提供支持。各種任務(wù)的切換和調(diào)度也能夠得以實(shí)現(xiàn)，VXWORKS653、Integrity、AOS屬于現(xiàn)階段使用較為廣泛的綜合航電系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。應(yīng)用層負(fù)責(zé)各系統(tǒng)的功能軟件集成，如燃油系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)等，為避免系統(tǒng)間彼此產(chǎn)生影響，功能應(yīng)用軟件的空間和時(shí)間上隔離不惜得到重視，專門(mén)的管理軟件選用也極為關(guān)鍵。

2.3數(shù)據(jù)總線傳輸技術(shù)

綜合航電系統(tǒng)的集成化程度直接受到機(jī)載高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)影響，該技術(shù)可更好服務(wù)于不同傳輸能力和總線標(biāo)準(zhǔn)的兼容。通用數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制屬于綜合航電系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵，這一傳輸對(duì)數(shù)據(jù)總線的吞吐率和分布式處理能力要求較高，因此未來(lái)傳輸技術(shù)將出現(xiàn)可靠性、實(shí)時(shí)性、帶寬三方面的需求，具體表現(xiàn)為總線的容錯(cuò)能力、節(jié)點(diǎn)傳輸在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成、綜合航電系統(tǒng)功能綜合程度和各子系統(tǒng)能力，相應(yīng)的可升級(jí)余量留有、10微秒內(nèi)的傳輸延遲控制、10-10內(nèi)的控制/狀態(tài)數(shù)據(jù)誤碼率控制、10-7內(nèi)的數(shù)據(jù)流誤碼率控制同樣需要得到重視。

2.4系統(tǒng)仿真試驗(yàn)技術(shù)

作為一種圍繞仿真實(shí)驗(yàn)研究的綜合性新興技術(shù)，統(tǒng)仿真試驗(yàn)技術(shù)以計(jì)算機(jī)軟硬件為基礎(chǔ)，基于相似性原理和現(xiàn)代控制論方法，通過(guò)針對(duì)性的系統(tǒng)模型構(gòu)建，開(kāi)展半實(shí)物混合仿真實(shí)驗(yàn)、假設(shè)的真實(shí)系統(tǒng)解析實(shí)驗(yàn)，即可圍繞民用飛機(jī)綜合航電系統(tǒng)開(kāi)展更深入研究。對(duì)于民用飛機(jī)來(lái)說(shuō)，飛機(jī)的適航條款、民航的飛行安全條例要求必須得到滿足，而對(duì)于綜合航電系統(tǒng)涉及的各類關(guān)鍵技術(shù)，嚴(yán)格的驗(yàn)證試驗(yàn)開(kāi)展極為關(guān)鍵，為更好服務(wù)于民航飛機(jī)設(shè)計(jì)、綜合航電系統(tǒng)升級(jí)，保證綜合航電系統(tǒng)更好滿足適航標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)仿真試驗(yàn)技術(shù)必須充分發(fā)揮自身作用。

結(jié)論

綜上所述，民用飛機(jī)綜合航電系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展前景廣闊。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的數(shù)據(jù)總線傳輸技術(shù)等內(nèi)容，則直觀展示了技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。為更好推進(jìn)技術(shù)發(fā)展，民用飛機(jī)的整體發(fā)展趨勢(shì)、相關(guān)資源狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用探索必須引起重視。

參考文獻(xiàn)：

[1]李念霏，陳福，陳寧.民用飛機(jī)綜合模塊化航電系統(tǒng)資源狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)研究[J].民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究，2020（01）：49-53.

[2]朱川，徐德勝，謝殿煌.民用飛機(jī)集成驗(yàn)證試驗(yàn)平臺(tái)規(guī)劃研究[J].民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究，2018（04）：50-55.