飛機加改裝綜合航電系統(tǒng)的探討

張 艷 琴

(石家莊職業(yè)技術(shù)學院 電氣與電子工程系,河北 石家莊 050081)

航空電子技術(shù)在小型飛機上的應用經(jīng)歷了分離、聯(lián)合、綜合3個階段,航電系統(tǒng)也同樣經(jīng)歷了分離式、聯(lián)合式、綜合式3個階段[1-2].近20年來,綜合航電技術(shù)已經(jīng)成為小型飛機航電技術(shù)發(fā)展的重要方向.與分離式航電系統(tǒng)相比,綜合航電系統(tǒng)通過智能顯示器顯示各類航電設備的信息,如通信導航、飛行指引、發(fā)動機工作狀態(tài)、飛機系統(tǒng)狀態(tài)、告警等,并提供操作接口,除必需的備份儀表、飛機機電部件外,綜合航電系統(tǒng)可以滿足小型飛機對航電設備的全部功能和性能要求.

飛機加改裝綜合航電系統(tǒng)是用綜合航電系統(tǒng)替代原有的機械儀表系統(tǒng),即把飛機原有的機械儀表式的航電系統(tǒng)利用數(shù)字技術(shù)集成后通過液晶顯示器顯示出來,從而有效地改善人機環(huán)境,減輕機組人員工作負擔,提升飛行員對飛機狀態(tài)的感知能力.目前國外小型飛機已經(jīng)普遍安裝了綜合航電系統(tǒng),而我國小型飛機發(fā)展起步較晚,絕大部分機型安裝的仍是分離式結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)機電式航空儀表,落后于我國通用航空產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的需求,因此,迫切需要對飛機加改裝綜合航電系統(tǒng),以提升飛機的飛行和操作品質(zhì).本文在討論綜合航電系統(tǒng)的主要設備及應用的基礎上,探討如何在多用途、輕小型某機型飛機上加改裝綜合航電系統(tǒng).

1 綜合航電系統(tǒng)簡介

綜合航電系統(tǒng)是一系列子系統(tǒng)的綜合.隨著民用飛機對安全程度、飛行品質(zhì)、經(jīng)濟性和舒適性要求的不斷提高,對綜合航電系統(tǒng)的集成度要求也越來越高,功能要求也越來越強大.綜合航電系統(tǒng)的主要目標是幫助飛行員更加安全、高效地完成飛行任務.飛機綜合航電系統(tǒng)的功能分為9類,分別為顯示、控制、導航、通信、監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、檢測、告警和維護[3].

綜合航電系統(tǒng)集綜合化、模塊化、智能化和標準化于一體[4].飛機加改裝綜合航電系統(tǒng),必須保證可靠性、安全性、經(jīng)濟性和可維修性.其中,安全性是航空發(fā)展的生命線.可靠性是保證安全性的重要基礎,也是達到飛機適航性的重要因素,能夠在很大程度上決定飛機的最終安全性和經(jīng)濟性.經(jīng)濟性是民用飛機具有市場競爭力和生命力的重要因素.可維修性在很大程度上決定著飛機的運營效率和維修成本,對飛機的經(jīng)濟性也有重要影響[5-6].

2 綜合航電系統(tǒng)的主要設備及應用

某小型飛機加改裝綜合航電系統(tǒng)的交聯(lián)接口關(guān)系見圖1,綜合航電系統(tǒng)主要設備組成及在某小型飛機上的安裝位置見表1.

2.1 顯示器

飛行顯示器負責接收和處理來自系統(tǒng)外設的數(shù)據(jù)信息,完成各種參數(shù)和功能的顯示,響應飛行員的操作、控制、選擇及數(shù)據(jù)加卸載等輔助功能.

當綜合處理機工作正常時,飛行顯示器通過以太網(wǎng)完成與綜合處理機的交互,接收和處理來自綜合處理機及其他航電設備的信號,完成信息交互、數(shù)據(jù)處理、圖形顯示、操作控制、故障自檢、數(shù)據(jù)加卸載等;當綜合處理機或飛行顯示器出現(xiàn)故障時,通過冗余備份電路和故障處理功能,可以判斷故障的狀態(tài),并進入不同的工作模式.

圖1綜合航電系統(tǒng)交聯(lián)接口關(guān)系圖

表1 綜合航電系統(tǒng)的主要設備

2.1.1 顯示屏設計

顯示屏(含導光板)是飛行顯示器的顯示與控制終端.在某機型飛機上加裝綜合航電系統(tǒng)時,顯示屏的基本布局見圖2.

圖2 顯示器正視示意圖

2.1.2 機箱結(jié)構(gòu)

飛行顯示器的機箱主體材料選用鋁合金,機箱表面涂敷黑色無光漆.

機箱設計尺寸:長(300 mm)×寬(204 mm)×厚(72 mm).

機箱通過前面板的6 個螺孔與飛機固定在一起,機箱的外形及尺寸見圖3.

圖3 機箱的外形及尺寸

2.1.3 飛行顯示器界面

飛機的飛行顯示器包括兩臺10.4英寸LCD 顯示器,顯示器帶有周邊按鍵,內(nèi)部有視頻信號處理模塊,可方便對飛行顯示器上所有輸入的信號進行信號處理、顯示控制、人機交互界面選擇等.顯示語言以英語為主,維護信息采用中文和英文.數(shù)據(jù)單位以英制為主,可以轉(zhuǎn)換成公制.

正常情況下,一臺顯示器作為主飛行顯示器(PFD)的顯示界面,見圖4,主要顯示飛行員飛行所需要的信息,包括通信信息、姿態(tài)指引信息、航向信息、速度信息、高度信息、側(cè)滑信息等;另一臺顯示器作為多功能顯示器(MFD)的顯示界面,見圖5,顯示發(fā)動機及機上各系統(tǒng)的狀態(tài)信息、電子地圖等,通過顯示器周邊按鍵的切換進入各種系統(tǒng)狀態(tài)信息顯示界面和設置界面.多功能顯示器設有導航設置功能,如信息窗打開/關(guān)閉、航線/航段切換、求近、改航、航圖縮放、直飛、計劃等.兩臺顯示器可以互為備份,當其中一臺顯示器出現(xiàn)故障時,另一臺顯示器可以自動切換或通過人工強制切換進入飛行員需要的界面.

圖4 主飛行顯示器的顯示界面

圖5 多功能顯示器的顯示界面

2.2 綜合處理機

2.2.1 整體設計

綜合處理機是一臺綜合化接口處理設備,主要負責實時處理綜合航電系統(tǒng)內(nèi)各設備的數(shù)據(jù),并向其他設備(飛行顯示器)發(fā)送顯示數(shù)據(jù)和控制命令,具有故障檢測、數(shù)據(jù)記錄等功能.

2.2.2 機箱結(jié)構(gòu)

綜合處理機的箱體采用鋁合金加工而成,顏色采用本色無光處理.

整機設計尺寸:長(310 mm)×寬(250 mm)×厚(206 mm).機箱的外形見圖6.

圖6 綜合處理機箱體的外形

2.3 大氣數(shù)據(jù)計算機

2.3.1 整體設計

大氣數(shù)據(jù)計算機接收來自飛機上的空速管、大氣溫度傳感器等的輸入信息,并計算/換算出相應的大氣參數(shù),按照規(guī)定的格式向飛機上的其他系統(tǒng)提供所需的各種大氣參數(shù).同時,大氣數(shù)據(jù)計算機具有監(jiān)控功能.

2.3.2 結(jié)構(gòu)設計

大氣數(shù)據(jù)計算機的外形尺寸為162 mm×112 mm×92 mm(不含總靜壓接管嘴、電連接器等).通過底部的4個M4螺釘與飛機連接.其外形及尺寸見圖7.

圖7 大氣數(shù)據(jù)計算機的外形及尺寸

2.4 捷聯(lián)航姿系統(tǒng)

2.4.1 整體設計

捷聯(lián)航姿系統(tǒng)采用微機械速率陀螺、微機械加速度計和捷聯(lián)磁傳感器,來敏感測量飛機在飛行過程中沿機體3個軸向的運動角速率信號、線加速度信號及地磁信號分量,經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換和DSP 數(shù)字信號處理器處理,輸出載體的航向、姿態(tài)信號.通過RS422接收GPS 數(shù)據(jù),通過ARINC429 總線接收高度數(shù)據(jù),實現(xiàn)對捷聯(lián)航姿系統(tǒng)的參數(shù)校正.

2.4.2 結(jié)構(gòu)設計

捷聯(lián)航姿系統(tǒng)包括航姿基準部件和磁傳感器兩部分.航姿基準部件通過底蓋板上的4個M4螺釘與飛機連接,其外形尺寸為185 mm×143 mm×125 mm(不含插頭安裝尺寸).航姿基準部件的外形及尺寸見圖8.

圖8 航姿基準部件的外形及尺寸

磁傳感器根據(jù)產(chǎn)品參數(shù)要求,確定安裝位置和固定方式,設備外形及尺寸見圖9.

圖9 磁傳感器的外形及尺寸

2.5 甚高頻電臺

2.5.1 整體設計

甚高頻通信系統(tǒng)供飛機與地面臺站、飛機與飛機間進行雙向話音通信.目前,國內(nèi)的甚高頻通信網(wǎng)已實現(xiàn)全覆蓋,通過地面臺站的中繼,能實現(xiàn)遠距離通信.

2.5.2 結(jié)構(gòu)設計

甚高頻電臺的機箱采用鋁合金加工而成,顏色采用本色無光處理.

整機設計尺寸:長(221.3 mm)×寬(220.0 mm)×厚(35.0 mm).

機箱的外形及尺寸設計見圖10.

圖10 甚高頻電臺機箱的外形及尺寸

2.6 無線電羅盤

2.6.1 整體設計

無線電羅盤又稱自動定向儀(ADF),指利用環(huán)形天線方位搜尋技術(shù)(機載接收時通常用兩個相互垂直的環(huán)狀天線)確定輻射源的方位角,使飛機在給定的方向完成從一個信標臺至另一個信標臺的飛行,引導飛機完成著陸前的進場和進出空中走廊口的工作.使用最廣泛的輻射源是工作在200 k Hz～1 600 k Hz頻段的無向信標.

ADF由集成傳感器和環(huán)狀天線組成,接收和處理來自水平環(huán)形天線和垂直環(huán)形天線到地面導航臺的信號,并將處理后的方位信息送至顯示器,顯示飛機與地面導航臺的相對方位,并發(fā)出導航音頻信息.ADF除了在方位搜尋模式下工作,還可在收訊模式下工作.收訊模式不定向,僅將分離出的地面導航臺的音頻識別信號送至飛機音頻系統(tǒng).如果此時設置在某中波電臺頻率,則可以用作普通中波收音機收聽廣播.

2.6.2 結(jié)構(gòu)設計

無線電羅盤的機箱采用鋁合金加工而成,顏色采用本色無光處理.

整機設計尺寸:長(300 mm)×寬(247 mm)×厚(47 mm).

機箱的外形及尺寸見圖11.

圖11 無線電羅盤機箱的外形及尺寸

2.7 導航通信單元

2.7.1 整體設計

導航通信單元(NCU)適用于通航中小型飛機,是高度集成的航電設備,其內(nèi)部集成了一部甚高頻電臺、一部VOR/ILS組合接收機和一部無線電羅盤.

2.7.2 結(jié)構(gòu)設計

結(jié)構(gòu)尺寸為長(310.9 mm)×寬(172.0 mm)×厚(45.5 mm),其外形見圖12.

圖12 導航通信單元外形

2.8 發(fā)動機參數(shù)采集器

2.8.1 整體設計

發(fā)動機參數(shù)采集器主要完成滑油溫度測量、潤滑油壓力、燃油流量、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、汽缸頭溫度、發(fā)電機溫度等數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、信號傳遞等工作.發(fā)動機油量數(shù)據(jù)由油量處理機采集并以RS422總線傳輸?shù)桨l(fā)動機參數(shù)采集器,由發(fā)動機參數(shù)采集器進行數(shù)據(jù)接收、轉(zhuǎn)換處理,并最終發(fā)送給顯示、控制分系統(tǒng).發(fā)動機參數(shù)采集器一般就近安裝于發(fā)動機支架附件處,以減小發(fā)動機參數(shù)信號的傳輸失真.

2.8.2 結(jié)構(gòu)尺寸

尺寸:長(120 mm)×寬(80 mm)×厚(40 mm).發(fā)動機參數(shù)采集器的安裝示意圖見圖13.

2.9 分立航空電子設備

圖13 發(fā)動機參數(shù)采集器的安裝示意圖

分立航空電子設備包括一套應急定位發(fā)射機,一個可供駕駛員觀察的具有指示時、分、秒功能的航空時鐘.

為保證飛行安全,加裝綜合航電系統(tǒng)應根據(jù)適航規(guī)章要求配置相應的應急備份儀表,包括磁羅盤、地平表、氣壓高度表和空速表,均安裝于儀表板中部下方,分別用來測量飛機的航向信息、姿態(tài)信息,指示飛機的氣壓高度和飛機的指示空速,且都具有表內(nèi)照明功能.

某機型飛機安裝綜合航電系統(tǒng)后,其儀表板布局圖見圖14.

圖14 儀表板布局圖

3 結(jié)語

飛機加裝綜合航電系統(tǒng),不僅能夠減少飛機駕駛艙的儀表和按鈕等設備,減輕復雜電子設備的體積和重量,減輕飛行員的工作負擔,而且可以提高可靠性.