2023年民用飞机综合航电系统技术发展探究.doc

民用飞机综合航电系统技术发展探究民用飞机综合航电系统技术发展探究 崔永辉 摘要：为满足民用飞机不断提升的安全性、经济性等要求，各类先进技术近年来大量被用于民用飞机制造，综合航电系统技术便属于其中代表。基于此，本文将简单介绍民用飞机综合航电系统技术特点，并深入探讨技术的发展趋势，希望研究内容能够给相关从业人员以启发。关键词：民用飞机;综合航电系统;开放式结构 前言 相较于传统的分布式系統，综合航电系统具备降低连线复杂性、减轻飞机重量、减少资源重复配置、增加可靠性、提高自动化程度、提升故障检测能力和容错能力等优势。为保证综合航电系统更好服务于民用飞机，正是本文围绕该课题开展具体研究的原因所在。1.民用飞机综合航电系统技术特点 1.1 拥有开放式结构 综合航电系统拥有按层次划分的开放式系统结构，各层级为标准接口，在系统的功能综合与集成方面表现优秀，且能够较好满足系统的裁剪和扩充需要，系统升级和 CTOS 技术应用也能够获得有力支持。系统的容错与重构也能够获得开放式结构带来的积极影响，系统可靠性可由此提升。采用标准规范与接口属于开放性系统结构的主要前提，如标准化的串行数据总线接口与电气特性、标准模块的机械接口等，一般由现场可更换模块、UDP/IP 协议、有 PCI 标准内部接口、开放式航电模块平台、符合 ARINC653 接口要求的操作系统组成。通过分离硬件和软件，系统修改设计和取证时间可有效降低，产品开发的风险和成本也能够随之下降1。1.2 采用 IMA 模块 作为一种新型技术，该技术以 ARINC600 标准为基础，原有的 LRU 外场可更换件可由 LRM 代替，持续的改进升级也可基于 IMA 模块实现。在 IMA 模块支持下，PSU（供电装置）的 2 个或多个共用成为可能。受成本等因素影响，多数 LRU 会配置简化的 PSU。但如果该供电装置出现故障，将导致 LRU 全部功能丧失。在IMA 模块支持下，可在一个综合机架中配置两个或更多 PSU，从而实现成本的节省并保证系统功能的可靠性。以窄体喷气客机为例，IMA 模块的应用可实现160kg 重量的减轻。此外，IMA 模块还能够为系统综合奠定基础，更好服务于系统重构和检测，子系统外场可更换组件数量也能够同时减少，随着开展的标准模块设计、电源等功能模块共享必须引起重视。1.3 先进总线技术 民用飞机综合航电系统多采用货架数据总线 AFDX 技术，这一先进总线技术具备多方面优势，包括可实现 LRM 在航电机柜内的多种功能集成、拥有较高的全双工通信速率（100Mbits/sec）、能够为容错提供双余度、始终采用以太网协议。此外，传统架构 LRU 与 IMA 架构 LRM 的数据交换也可在 AFDX 总线支持下实现2。2.民用飞机综合航电系统技术发展趋势 2.1 硬件平台设计技术 对于综合航电系统来说，平台属于一切的基础，民用飞机综合航电系统硬件平台存在的标准化、通用化、模块化发展趋势应得到重视。基于 LRM 的网络交换机、远程接口单元、计算机处理平台均属于硬件平台范畴，包括全双工分组以太网交换机、各支持模块的集成、输入/输出模块、计算机模块、电源模块组成，IMA 机柜的供电需要满足、整个平台的处理任务完成、信号类型的输入/输出和转换、网络交换机与计算机处理平台的通信、以太网数据快速转发均可由此实现。2.2 软件综合集成技术 对于综合航电系统来说，软件集成技术属于其核心。由于模块化硬件平台会随电子技术的不断发展而更新，这就使得未来的综合航电系统必须得到软件的系统结构升级支持，因此软件系统需实现两个目标，包括可重用的应用程序组件建立、可重构的软件框架搭建。综合航电系统的软件一般由应用层、操作系统层、模块支持层组成，标准接口负责层与层之间的交互，下一级的软件层中封装接口服务。硬件与模块支持层直接相关，以此提供对硬件资源访问的接口满足操作系统层需。模块支持层可提供模块资源服务、自测试服务、时间服务、通信服务、加载服务。操作系统层多为实时操作系统，以此为系统层软件运行提供支持。各种任务的切换和调度也能够得以实现，VXWORKS653、Integrity、AOS 属于现阶段使用较为广泛的综合航电系统实时操作系统。应用层负责各系统的功能软件集成，如燃油系统、液压系统、起落架系统等，为避免系统间彼此产生影响，功能应用软件的空间和时间上隔离不惜得到重视，专门的管理软件选用也极为关键。2.3 数据总线传输技术 综合航电系统的集成化程度直接受到机载高速数据总线技术影响，该技术可更好服务于不同传输能力和总线标准的兼容。通用数据传输机制属于综合航电系统数据传输的关键，这一传输对数据总线的吞吐率和分布式处理能力要求较高，因此未来传输技术将出现可靠性、实时性、带宽三方面的需求，具体表现为总线的容错能力、节点传输在规定时间内完成、综合航电系统功能综合程度和各子系统能力，相应的可升级余量留有、10 微秒内的传输延迟控制、10-10 内的控制/状态数据误码率控制、10-7 内的数据流误码率控制同样需要得到重视。2.4 系统仿真试验技术 作为一种围绕仿真实验研究的综合性新兴技术，统仿真试验技术以计算机软硬件为基础，基于相似性原理和现代控制论方法，通过针对性的系统模型构建，开展半实物混合仿真实验、假设的真实系统解析实验，即可围绕民用飞机综合航电系统开展更深入研究。对于民用飞机来说，飞机的适航条款、民航的飞行安全条例要求必须得到满足，而对于综合航电系统涉及的各类关键技术，严格的验证试验开展极为关键，为更好服务于民航飞机设计、综合航电系统升级，保证综合航电系统更好满足适航标准，系统仿真试验技术必须充分发挥自身作用。结论 综上所述，民用飞机综合航电系统技术发展前景广阔。在此基础上，本文涉及的数据总线传输技术等内容，则直观展示了技术发展趋势。为更好推进技术发展，民用飞机的整体发展趋势、相关资源状态监控技术的应用探索必须引起重视。参考文献：1李念霏，陈福，陈宁.民用飞机综合模块化航电系统资源状态监控技术研究J.民用飞机设计与研究，2020（01）：49-53.2朱川，徐德胜，谢殿煌.民用飞机集成验证试验平台规划研究J.民用飞机设计与研究，2018（04）：50-55.