民用飛機環控系統試驗用航電系統仿真器設計

李德慶 段 春

（上海飛機設計研究院，中國 上海201210）

0 引言

航電系統是飛機的“神經網絡”。飛機環控系統的各個子系統如空氣管理系統、風擋加熱系統、氧氣系統等都與航電系統存在輸入輸出交聯關系。 在環控試驗室進行系統綜合試驗時，空氣管理系統的控制器、風擋加熱系統的控制器均需要接收通過航電網絡發送來的信號作為系統運行的必要條件。 同時，試驗也用于驗證環控系統發送給航電系統的信號是否與設備狀態一致。這些試驗功能必須通過航電系統仿真器來實現。

航電系統仿真器用來模擬飛機系統通過航電網絡傳遞數據的功能。 該仿真器不僅模擬環控系統控制器上傳給航電網絡的數據，同時還模擬環控系統工作所需的來自飛機其他系統的數據。航電系統仿真器就像“一座橋”，將跟航電網絡有交聯的環控系統部件與環控系統控制器聯接起來，通過航電系統仿真器傳輸和顯示的信息來控制和監視系統的運行狀態。航電系統仿真器是進行環控試驗室系統試驗必不可少的設備。

1 航電系統仿真器技術要求

航電仿真器試驗件用于仿真飛機上其它系統與空氣管理系統、風擋加熱系統和氧氣系統之間的交聯信號、 數據信息以及邏輯關系，從而為空氣管理系統、風擋加熱系統以及氧氣系統提供其正常工作所必需的輸入激勵，并能夠對上述系統的工作參數進行采集、傳輸、處理，完成系統的狀態顯示及控制。航電系統仿真器與環控系統的交聯關系如圖1 所示。

圖1 航電仿真器試驗件交聯架構

航電系統仿真器基本功能要求如下：

1）接收環控系統控制器發送給其他系統的信號并在顯示界面上顯示出來，并顯示信號的工程量，可查看相應的數據包；

2）仿真輸出其他系統通過航電網絡發送給環控系統控制器的信號；3）能夠模擬發動機動態性能曲線并實時輸出發動機參數傳給環控系統控制器。

4） 將環控系統控制器發出的ARINC429 總線信號轉換為控制信號，通過CAN 總線或硬線輸出給環控系統相應部件；

5）將環控系統的風扇、活門等部件的反饋信號采集并轉換為ARINC429總線信號，傳送給環控系統控制器；

6）仿真其他系統通過航電網絡傳送給環控系統部件的信號；

7）能在人機操作界面上設置信號，并能將該信號轉換為總線信號或離散信號，輸出給環控系統控制器；

8）接收和解析環控系統控制器發出的控制信號（進行源選擇），并將該控制信號輸出給相應的供電接觸器，從而實現對環控系統用電設備的供電控制；

9）能在操作界面上手動輸入供電參數，該供電參數可以在供電接觸器工作后， 通過仿真器的ARINC429 總線傳送給環控系統控制器，用于對供電系統狀態的判斷；

10）在人機交互界面上可設置所有的空氣管理系統控制板信號，所有信號能通過總線方式下傳給環控系統控制器， 且部分開關信號能夠通過硬線輸出給環控系統控制器；

11）航電仿真器下傳給環控系統控制器的數據須能通過設置腳本文件的方式批量實現。

2 航電系統仿真器技術方案

航電系統仿真器架構如圖2 所示。主要包括上位機和仿真主機兩部分。 上位機和仿真主機間通過以太網相連。

圖2 航電系統仿真器設計架構

2.1 上位機

上位機采用windows 操作系統，主要配置有控制板仿真模塊和航電系統仿真器監控軟件。控制板仿真模塊用于實現對環控系統控制板信號的仿真。 航電系統仿真軟件主要用于提供對系統進行啟停控制、對環控系統參試設備遠程電源控制、 對輸入輸出數據進行實時監控、對靜態激勵數據的產生和發送等。

2.1.1 控制板仿真模塊

控制板仿真模塊主要用于仿真環控系統控制板上相應的開關或按鈕。在航電系統仿真器上位機界面上可設置所有的環控系統控制板信號，所有信號能通過總線方式下傳給環控系統控制器，且部分開關（發動機引氣開關、機翼防冰開關）信號能夠通過硬線輸出給環控系統控制器，仿真器能實現總線信號和離散信號同步；

界面設計以機上實際控制面板為參照對象進行設計。 每個開關（按鈕） 通過腳本文件與相應的控制板卡通道相關聯以實現其控制功能。

為保證系統仿真的實時性，在程序中以短周期方式對控制板仿真界面中各個開關（按鈕）進行掃描，獲取其最新狀態。

2.1.2 仿真器監控軟件

航電仿真器監控軟件為客戶提供對航電系統仿真器進行控制以及實時數據監控的人機界面。航電系統仿真器監控軟件界面示意如圖3 所示，功能主要包括：

（1）航電仿真器運行控制；

（2）仿真初始化設置；

（3）實時數據監控；

（4）仿真變量調參。

圖3 仿真器監控軟件界面示意

2.2 仿真主機

仿真主機采用LINUX 操作系統，通過提供的航電仿真器模型，對空氣管理系統與航電/非航電的接口、 風擋加熱系統接口以及旅客氧氣系統接口進行仿真。 仿真模型通過對底層封裝的I/O 模塊進行操作，完成ARINC429、CAN、離散量、模擬信號的收發。

2.2.1 接口仿真模塊

仿真目標機可以實現對航電系統接口的仿真功能，仿真器通過預設的參數進行接口數據收發。仿真過程可以通過上位機監控軟件對參數進行調整，從而改變數據的發放周期或信號的實際值。

接口仿真模塊包括空氣管理系統及部件的接口仿真、風擋加熱控制系統接口仿真，旅客氧氣系統接口仿真、接口服務適配模塊等。

2.2.2 I/O 接口模塊航電系統仿真器I/O 接口主要包括ARINC429、CAN、 離散量、模擬量等。

3 結語

航電系統仿真器是開展環控系統試驗室試驗的重要試驗部件，本文結合環控系統試驗需求，介紹了一套基于上下位機架構的航電系統仿真器設計。

［1］孫江平,崔燚.基于仿真技術的飛機環控試驗室設計[J].民用飛機設計與研究,2012，12.

［2］孫江平.民用飛機環控系統的仿真系統研究與實現[J].計算機仿真,2012，10.