民用飞机系统机电综合的发展

民用飞机系统机电综合的发展

摘要:本文对民用飞机机电综合的方法进行了介绍,描述了系统机电综合的范围趋势,对先进技术的使用进行了探讨。

关键词:机电综合,模块化,虚拟控制

Abstract:Integrated methods of electrical and mechanical system for Civil aircraft were introduced in this paper,and the range of trends and advanced technology for integrated mechanical and electrical system is descripted.

Key Words:integrated mechanical and electrical system,modularization,virtual control

1 系统机电综合概述

传统飞机上的各个机电系统都是独立发展的,虽然在设计时部分系统之间具有接口关系,但是没有把各机电系统作为一个有机整体发展,机电系统各自设计的方法会使各机电系统质量过大、保障费用高、维修性差。

系统机电综合系统是指把飞机上执行飞行保障功能的液压系统、环控系统、飞行控制系统、机轮刹车系统、电源电气系统、发动机、第二动力系统等机电系统,通过采用数据总线和微处理机技术进行综合,由公共管理计算机对全机机电子系统统一管理,科学组合和动态调

度,使每个子系统除了完成各自单独的功能外,还可以完成资源的协调分配和故障后系统重构等任务,从而使机电系统在布局、质量、能量利用、控制和信息共享上实现最优化。

2 采用机电综合的军民用飞机机型与系统

典型的进行过系统机电综合的机型有HAWK Horizon,FD 728 jet,Embraer 170/190,Gulf stream等支线及公务机。有B787;A380;A350等干线机,有F22,F35等军用飞机。目前大部分的机电系统都有了被综合的经验,包括空调系统,防火系统,飞行控制系统,燃油系统,液压系统,除冰防雨系统,起落架系统,氧气系统,水/废水系统,发动机系统,反推系统等。如F35战斗机,将飞控、航电系统、机电公共管理系统融为一体,采用一样的硬件模块和软件语言。

3 技术发展趋势

3.1 系统机电综合的方法

目前最常见的方法是在综合模块化航电系统的基础上,利用航电系统的软硬件资源来托管机电控制系统的硬件或软件资源,即机电系统将控制模块插入机箱中,或机电系统将其应用软件加载到机箱中的通用处理模块上来进行综合。

利用与航电系统直接综合的优势,进一步采用虚拟控制的方法来降低控制板重量,减少驾驶员工作负担并且提高派遣可靠性。也有部分采用单独的软硬件设备来实现机电控制系统的综合然后再与航电系统交联,但该方法并不常见,因为它没能很好的实现机电综合减轻重量和功耗,提高可靠性,降低飞机全寿命成本的初衷。

3.2 系统机电综合的范围趋势

对于机电系统的综合范围经历了一个由少到多,再减少的过程。

飞机制造商在早期进行了试验性质的综合,将少量机电系统的控制综合进入航电系统之中,然后在近期的一些平台上实现了巨大的飞跃。如在A380飞机上对于超过60%的机电系统的控制进行了综合,在B787飞机上该比例还要高,军机上也是如此,F22飞机上对于绝大部分的机电系统的控制都进行了综合。近期的这些进行大规模机电综合的飞机平台无一例外的因为综合的规模过大,风险失去了控制而导致项目延误。但是在最新的平台上,综合的比例则大大减少,A350客机只对不到30%的系统进行了综合,军机上F35也是如此,综合的范围大大缩小,而且也不再倾向于对大系统的整体控制进行综合,而是针对系统的特殊要求,如冗余度,防止共模故障等方面出发,对很多子系统的控制进行了综合,以进一步控制风险。

3.3 先进技术的使用

采用开放式的系统综合平台,能够给第三方提供开发工具包,让机

电系统供应商能按照要求快速开发出软硬件,从而能够较为灵活的来综合第三方的设备或软件。

据有高速的数据总线,从而实现所有系统之间的高速通信,并可以支持多种外部连接的数据总线。各种功能都实现模块化。

基于模块化航电系统的机柜,拥有双通道(也可以根据要求只有单通道),每个通道有自己的电源供应和通讯模块。其中的模块都是航线可更换的,具有可扩展的空间,通常不需强迫通风冷却。几乎所有的I/O 数据在模块化机柜上都有,减少了冗余的模拟信号处理的需求,可以通过系统本身进行快速的软件更新。

对一些远离综合机箱的信号源则利用远程数据采集器和接线盒来降低导线重量和布线的灵活性。但需要综合考虑远程数据采集器和接线盒所带来的额外的重量和成本。

快速评估电缆重量及成本:在具备了飞机的初步尺寸,设备分布以及传感器分布等信息之后,利用软件(如HAWAT)快速进行电缆重量及成本的评估。从而在飞机设计早期确定较好的架构方法。

采用虚拟控制,即驾驶员可以在在系统简图页面上使用鼠标来控制系统相关的泵和阀门的开关等操作,从而可以减少控制面板及电缆的重量,或对控制面板进行备份从而提高派遣可靠性,并可减少驾驶员工作负荷。图1为采用机电综合技术的燃油系统简图页面,如图1。

4 结论

随着电子技术飞速发展,开发机电综合控制与管理系统,实现机电系统的统一调度与全局控制,实现各子系统之间的信息共享,满足系统的小型化要求,减轻飞机重量,实现各机电系统标准化控制,民用飞机系统机电综合管理与控制已成为现代飞机发展的必然趋势,系统机电综合技术将广泛使用在民机系统研制中,并更加模块化,规模化,标准化。