B787飛機與A380飛機大氣數據傳感器方案對比研究

徐悅 陶建偉

摘 要：大氣數據系統是影響飛行安全的重要系統，系統主要由大氣數據傳感器及計算部分組成。本文介紹了目前市場上兩款最先進大型民用飛機波音公司B787和空客公司A380大氣數據傳感器方案，并對兩種方案進行了對比研究，分析了兩套方案之間的差異以及造成這些差異的原因。最后本文對未來大型民用飛機大氣數據傳感器的發展趨勢進行了展望。

關鍵詞：大氣數據系統 多功能探頭 智能探頭 全功能探頭 備用儀表

中圖分類號：V226 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（a）-0090-02

現代民用飛機的飛行控制系統、發動機控制系統、導航系統和顯示系統等需要大氣數據系統提供準確的動壓、溫度、高度、垂直速度、指示空速、真實空速和馬赫數等信息，而上述的這些參數可通過空氣總壓、靜壓、總溫計算得到；另外，飛機通常還需要測量迎角，有的飛機還需要測量側滑角。

大氣數據系統是民用飛機的關鍵系統，對飛機安全飛行至關重要，因此現代民用飛機都具有多套冗余備份的大氣數據傳感器。基于目前行業技術水平，為了保證飛行安全通常需要配置三套獨立的大氣數據系統和一套備用大氣數據。

1 B787大氣數據傳感器方案

B787大氣數據傳感器由8個大氣數據模塊、6個靜壓孔、3個全壓探頭、2個迎角傳感器和1個總溫探頭組成。B787取消了傳統的大氣數據計算機，利用大氣數據模塊（ADM）將總壓和靜壓的氣動壓力信號轉換為數字信號經飛控作動電子發送給飛控計算機，由飛控計算機承擔原大氣數據計算機的軟件計算任務，再由飛控計算機發出大氣數據供其他系統使用，如顯示系統。如圖1所示。

由（圖1）可知，ADM通過氣動管路與全壓探頭和靜壓孔相連。其中有兩個對稱的靜壓孔氣動平均后連到一個ADM，該對靜壓與一個全壓作為備用大氣數據源得到備用的空速和高度等大氣數據信號，獨立于飛控計算機和ADM。其余的兩個全壓探頭和四個靜壓孔通過氣動管路各連接到一個ADM。B787安裝2個迎角傳感器測量迎角信息；安裝了一個雙通道的總溫傳感器，并同時接收發動機總溫信號，共6個總溫輸入信號。

飛行控制/作動器控制電子設備采集數字壓力信號、局部迎角信號和總溫信號，將信號傳遞給駐留在飛控計算機內大氣數據應用軟件，軟件根據總壓、靜壓、總溫數據計算并表決得到可靠的空速、高度、馬赫數等信息，提供給顯示系統和飛控等用戶系統。

2 A380大氣數據傳感器方案

A380采用了傳統的傳感器加大氣數據計算機架構，但使用了新型多功能探頭。該多功能探頭可同時測量全壓、迎角和總溫。每套獨立的大氣數據計算機均連接一個多功能探頭、一對靜壓孔和一個側滑角傳感器。根據總壓、靜壓、總溫數據即可以計算出空速、高度、馬赫數等信息。計算得到的大氣數據通過總線發送給到其他系統。如圖2所示。

A380有專門的備用儀表探頭，在三套大氣數據失效時向備用儀表提供壓力信息，用于備用飛行顯示和備用導航顯示。因此A380有四套獨立的大氣數據源。

3 兩種方案的差異和原因分析

波音飛機的設計相對于空客飛機一般較為保守，傾向于使用相對傳統成熟的設計方案；而空客飛機更傾向于利用最新的技術。兩種機型大氣數據傳感器方案主要差異和原因分析有以下幾點。

（1）傳感器集成度不同。B787采用傳統獨立的全壓探頭、靜壓孔、迎角風標、總溫探頭架構；A380采用了高度集成的多功能探頭，可以利用一個探頭同時測量全壓、迎角和總溫信號，減少了設備重量。這是因為而空客飛機更傾向于利用最新的技術，在空客系列飛機上對大氣數據系統進行了持續地改進，最新研制的目前在試飛階段的A350飛機采用了集成度更高的智能探頭解決方案。而波音更多地是利用現有的成熟解決方案。

（2）大氣數據系統架構不同。B787利用飛控計算機取代原大氣數據計算機對所有大氣數據進行計算，減少了設備，降低了系統重量；A380采用了傳統的大氣數據計算機架構。這是因為B787的大氣數據傳感器和飛控系統是同一個設備供應商，該供應商提供了集成度較高的完整解決方案；而A380的大氣數據系統和飛控系統分屬不同的設備供應商，因此沒有提供類似的解決方案。

（3）提供的迎角和側滑角冗余數量不同。B787提供2個獨立的迎角數據，不直接由傳感器提供側滑角數據；A380則提供3個獨立的迎角數據和3個獨立的側滑角數據。這是因為B787和A380飛控系統的設計理念不同，因此對大氣數據系統的信號需求也不同。B787飛控系統的功能相對傳統，而A380有著復雜的迎角保護功能以及腳蹬直接控制飛機側滑角的特性，因此A380大氣數據系統需要提供更可靠的迎角數據和直接的側滑角數據。

（4）備用儀表數據源架構不同。B787的備用儀表和大氣數據系統共用全、靜壓傳感器；A380備用儀表使用專用的探頭。這是因為備用儀表需要簡單直接的全、靜壓源，A380的多功能探頭測得初始數據還需復雜的數據處理、而且多功能探頭不能提供靜壓信號，因此需要專用的全、靜壓傳感器。而B787使用的傳統全、靜壓傳感器無此問題，可以直接連到備用儀表。

4 大氣數據傳感器發展趨勢

隨著航空系統設計制造水平的不斷提高，設備正在朝著高度集成化的方向發展。上文中的A380已經使用了多功能探頭，利用一個探頭同時測量全壓、迎角和總溫信號，可以降低制造成本、減輕設備重量，同時簡化系統設計、制造和維護。并且大氣數據傳感器由于防冰需求需要加溫，使用集成化的傳感器能降低加溫功耗。但是A380的多功能探頭的只是將全壓探頭、迎角風標和總溫探頭集成在一個部件上，集成度較低。現在越來越多的新型號飛機，如：A350、G650、ERJ190等采用了智能探頭：（Smart ProbeTM），該探頭不再利用風標測量迎角，而利用壓差原理在一根探管上完成總壓、靜壓、迎角、側滑角的測量，進一步減少了設備數量，減輕了設備重量。未來的智能探頭應能進一步將總溫測量集成進來，形成全功能探頭方案，如圖3所示。

5 結論

本文對兩款大型民用飛機B787和空客A380大氣數據傳感器方案進行了對比研究，首先介紹了兩者各自的配置和特點，對比分析了兩套方案之間的差異以及采用方案的考慮因素。最后本文對未來大型民用飛機大氣數據傳感器的發展趨勢進行了展望，在很長一段時間傳統大氣數據傳感器和高度集成的新型傳感器將在民機上使用，但隨著探頭研制技術和飛機集成水平的提高，高度集成化、重量輕的全功能能探頭將會體現較大的優勢。對于安全性要求較高，機頭可用位置有限的民用飛機，全功能探頭優勢更為明顯。因此采用全功能探頭是未來民用飛機的發展趨勢。

參考文獻

[1] Airbus.A380 Flight Operational Manual[Z].2007.

[2] Boeing.B787 Flight Operational Manual[Z].2011.

[3] （德）魯道夫·布魯克豪斯.飛行控制[M].北京：國防工業出版社，1999.