數字技術在飛機頂部控制板的應用

【摘要】 本文通過分析傳統的模擬式的控制板存在的缺陷的基礎上，提出了采用數字總線的控制板的頂層設計思路，并闡明了數字總線設計的原則，指出了數字總線技術將成為未來飛機頂部控制板發展的趨勢。

【關鍵詞】 駕駛艙 頂部控制板 數字技術

一、引言

隨著航空技術的進步和綜合控制技術的迅猛發展，綜合電氣控制系統在國外先進飛機上已經廣泛應用，而頂部控制板作為綜合電氣控制系統最前端的部分，也日趨于數字化設計。數字化設計不僅有效的解決了傳統頂部控制板體積大、綜合管理水平低、導線繁多等問題，同時為全機機電綜合控制提供了良好條件和平臺。

二、模擬式頂部控制板

1、模擬式頂部控制板結構。早期飛機上的頂部控制板是由各個機電系統的控制板機械式接拼在一起而形成，板與板之間是完全分立，內部的通訊相互對立，均使用硬線傳輸模擬量或離散信號，組成結構主要包含導光板、開關部件、背板、前板、印制電路板以及電連接器、其他元件。

2、模擬式頂部控制板架構。駕駛艙傳統頂部控制板采用硬線傳輸離散或模擬量信號，駕駛員通過操縱控制板上的開關部件產生相應的指令，該指令信號通過內部連線傳送到印刷電路板，印刷電路板經過一定的電路邏輯處理后同樣通過內部硬線線路將模擬量信號傳給外部連接器，外部連接器也是通過大量的硬線將信號輸送給系統控制執行部件（如閥門、泵等部件），同樣，飛機系統反饋的狀態信號或故障信號，使用硬線通過外部鏈接器傳送給印刷電路板，印刷電路板經過對接收的信號進行濾波和保護后，驅動前板上的信號燈燃亮。整個傳輸和處理的信號均為模擬或離散信號，內部的數據傳輸處理比較簡單，但是內部需要使用大量的硬線傳輸和處理，不僅增加頂部控制板的導線數量和離散或模擬量接口數量，而且很難實現信號或數據的共享，更不利于飛機上各個機電系統的綜合控制。

3、模擬式頂部控制板存在的不足。模擬或離散的頂部控制板在飛機上已經使用了很多年，且技術已經非常成熟，但缺點也是顯而易見的：1）內部線路過多、過于密集，不僅增加了頂部控制板的重量、功耗及體積，同時也容易引發接線差錯，降低設計和制造的正確性和準確性，給設計安全帶來隱患；2）每個控制板均為分立式，通訊信號之間相互獨立，從而無法實現數據的統一管理和數據的共享；3）處理和傳輸離散信號，不利于機電系統的集成和綜合化。

三、數字化頂部控制板

數字化頂部控制板與傳統模擬式頂部控制板最重要的區別在于它引入了CPU（中央處理器，又稱微處理器），這是數字化頂部控制板的核心。CPU不僅可以實現數模之間的轉換，同時有效的處理、解算及存儲大量的數據和信息。

3.1數字化頂部控制板的構架

頂部控制板數字化設計的關鍵點和難點在于如何保證飛機的安全等級 ，即數字化頂部控制板不會降低集成于頂部控制板各個飛機系統的安全性，要維持系統設計所設定的余度。比如電源系統，為了滿足電源系統的安全性要求，電源系統設計成三個子系統，分別為電源子系統I、電源子系統II和電源子系統III，這三套子系統互為備份，相互獨立。通常電源系統的三套子系統的開關均布置于頂部控制板上，而頂部控制板組件數字化設計后，同樣要保證這三套子系統之間的獨立性。針對這樣的問題，提出了數字化思路如下：

頂部控制板組件的數字化設計只是集成飛機上一般系統控制信號，不集成飛機關鍵系統以及各系統中的第三套應急系統中的手動/超控部分，關鍵系統及第三套系統的控制仍采用傳統的模擬式的控制方式，目的是為了實現系統設計的余度之間的獨立，有效地避免因頂部控制板組件上的CPU失效后會對飛機的安全飛行產生影響，保證系統安全性。

而對于一般系統的控制信號，數字化頂部控制板組件設計成雙通道和雙余度構型，即一個子系統對應一個通道，每個通道設有2個余度，即頂部控制板組件設置有4個CPU。這4個CPU負責采集頂部控制板上的開關信號，經處理后通過總線輸送到綜合電氣控制系統的控制器，控制器經過邏輯判斷后，向各個系統的控制器輸送相應的指令。

3.2數字集成化頂部控制板的優勢

數字總線技術的優勢在于：1.應用數字總線技術可以簡化和減少系統的硬件接口， 且數字接口代替離散或模擬配線，可減少電纜數量和重量[1]，有利于實現飛機的減重和節能；2.可以統一管理控制板所有的輸入和輸出，使得其管理效率更高3.采用數字總線通信可減少電線電纜的數量，容易實現EWIS的物理隔離，減輕了重量，節省了空間，提供系統的可靠性和維護性。

四、結束語

當前駕駛艙頂部控制板組件引入數字總線技術和微處理器在國外某些先進的飛機上曾有過應用，但在國內這方面的研究起步比較晚，國內大部分的現役飛機仍采用傳統的離散或模擬信號的通訊方式，不僅無法滿足飛機減重節能的需求，同時無法滿足目前飛機上各個機電系統的數字化的發展趨勢。可見，飛機頂部控制板數字化必將成為未來的發展趨勢。

參 考 文 獻

[1]李倩.LED 調光控制技術在飛機導光板照明中的應用[J] .測控技術， 2010， 29（ 11）： 106-108.