民用飛機綜合航電系統技術發展探究

崔永輝

摘要：為滿足民用飛機不斷提升的安全性、經濟性等要求，各類先進技術近年來大量被用于民用飛機制造，綜合航電系統技術便屬于其中代表。基于此，本文將簡單介紹民用飛機綜合航電系統技術特點，并深入探討技術的發展趨勢，希望研究內容能夠給相關從業人員以啟發。

關鍵詞：民用飛機;綜合航電系統;開放式結構

前言

相較于傳統的分布式系統，綜合航電系統具備降低連線復雜性、減輕飛機重量、減少資源重復配置、增加可靠性、提高自動化程度、提升故障檢測能力和容錯能力等優勢。為保證綜合航電系統更好服務于民用飛機，正是本文圍繞該課題開展具體研究的原因所在。

1. 民用飛機綜合航電系統技術特點

1.1擁有開放式結構

綜合航電系統擁有按層次劃分的開放式系統結構，各層級為標準接口，在系統的功能綜合與集成方面表現優秀，且能夠較好滿足系統的裁剪和擴充需要，系統升級和CTOS技術應用也能夠獲得有力支持。系統的容錯與重構也能夠獲得開放式結構帶來的積極影響，系統可靠性可由此提升。采用標準規范與接口屬于開放性系統結構的主要前提，如標準化的串行數據總線接口與電氣特性、標準模塊的機械接口等，一般由現場可更換模塊、UDP/IP協議、有PCI標準內部接口、開放式航電模塊平臺、符合ARINC653接口要求的操作系統組成。通過分離硬件和軟件，系統修改設計和取證時間可有效降低，產品開發的風險和成本也能夠隨之下降[1]。

1.2采用IMA模塊

作為一種新型技術，該技術以ARINC600標準為基礎，原有的LRU外場可更換件可由LRM代替，持續的改進升級也可基于IMA模塊實現。在IMA模塊支持下，PSU（供電裝置）的2個或多個共用成為可能。受成本等因素影響，多數LRU會配置簡化的PSU。但如果該供電裝置出現故障，將導致LRU全部功能喪失。在IMA模塊支持下，可在一個綜合機架中配置兩個或更多PSU，從而實現成本的節省并保證系統功能的可靠性。以窄體噴氣客機為例，IMA模塊的應用可實現160kg重量的減輕。此外，IMA模塊還能夠為系統綜合奠定基礎，更好服務于系統重構和檢測，子系統外場可更換組件數量也能夠同時減少，隨著開展的標準模塊設計、電源等功能模塊共享必須引起重視。

1.3先進總線技術

民用飛機綜合航電系統多采用貨架數據總線AFDX技術，這一先進總線技術具備多方面優勢，包括可實現LRM在航電機柜內的多種功能集成、擁有較高的全雙工通信速率（100Mbits/sec）、能夠為容錯提供雙余度、始終采用以太網協議。此外，傳統架構LRU與IMA架構LRM的數據交換也可在AFDX總線支持下實現[2]。

2. 民用飛機綜合航電系統技術發展趨勢

2.1硬件平臺設計技術

對于綜合航電系統來說，平臺屬于一切的基礎，民用飛機綜合航電系統硬件平臺存在的標準化、通用化、模塊化發展趨勢應得到重視。基于LRM的網絡交換機、遠程接口單元、計算機處理平臺均屬于硬件平臺范疇，包括全雙工分組以太網交換機、各支持模塊的集成、輸入/輸出模塊、計算機模塊、電源模塊組成，IMA機柜的供電需要滿足、整個平臺的處理任務完成、信號類型的輸入/輸出和轉換、網絡交換機與計算機處理平臺的通信、以太網數據快速轉發均可由此實現。

2.2軟件綜合集成技術

對于綜合航電系統來說，軟件集成技術屬于其核心。由于模塊化硬件平臺會隨電子技術的不斷發展而更新，這就使得未來的綜合航電系統必須得到軟件的系統結構升級支持，因此軟件系統需實現兩個目標，包括可重用的應用程序組件建立、可重構的軟件框架搭建。綜合航電系統的軟件一般由應用層、操作系統層、模塊支持層組成，標準接口負責層與層之間的交互，下一級的軟件層中封裝接口服務。硬件與模塊支持層直接相關，以此提供對硬件資源訪問的接口滿足操作系統層需。模塊支持層可提供模塊資源服務、自測試服務、時間服務、通信服務、加載服務。操作系統層多為實時操作系統，以此為系統層軟件運行提供支持。各種任務的切換和調度也能夠得以實現，VXWORKS653、Integrity、AOS屬于現階段使用較為廣泛的綜合航電系統實時操作系統。應用層負責各系統的功能軟件集成，如燃油系統、液壓系統、起落架系統等，為避免系統間彼此產生影響，功能應用軟件的空間和時間上隔離不惜得到重視，專門的管理軟件選用也極為關鍵。

2.3數據總線傳輸技術

綜合航電系統的集成化程度直接受到機載高速數據總線技術影響，該技術可更好服務于不同傳輸能力和總線標準的兼容。通用數據傳輸機制屬于綜合航電系統數據傳輸的關鍵，這一傳輸對數據總線的吞吐率和分布式處理能力要求較高，因此未來傳輸技術將出現可靠性、實時性、帶寬三方面的需求，具體表現為總線的容錯能力、節點傳輸在規定時間內完成、綜合航電系統功能綜合程度和各子系統能力，相應的可升級余量留有、10微秒內的傳輸延遲控制、10-10內的控制/狀態數據誤碼率控制、10-7內的數據流誤碼率控制同樣需要得到重視。

2.4系統仿真試驗技術

作為一種圍繞仿真實驗研究的綜合性新興技術，統仿真試驗技術以計算機軟硬件為基礎，基于相似性原理和現代控制論方法，通過針對性的系統模型構建，開展半實物混合仿真實驗、假設的真實系統解析實驗，即可圍繞民用飛機綜合航電系統開展更深入研究。對于民用飛機來說，飛機的適航條款、民航的飛行安全條例要求必須得到滿足，而對于綜合航電系統涉及的各類關鍵技術，嚴格的驗證試驗開展極為關鍵，為更好服務于民航飛機設計、綜合航電系統升級，保證綜合航電系統更好滿足適航標準，系統仿真試驗技術必須充分發揮自身作用。

結論

綜上所述，民用飛機綜合航電系統技術發展前景廣闊。在此基礎上，本文涉及的數據總線傳輸技術等內容，則直觀展示了技術發展趨勢。為更好推進技術發展，民用飛機的整體發展趨勢、相關資源狀態監控技術的應用探索必須引起重視。

參考文獻：

[1]李念霏，陳福，陳寧.民用飛機綜合模塊化航電系統資源狀態監控技術研究[J].民用飛機設計與研究，2020（01）：49-53.

[2]朱川，徐德勝，謝殿煌.民用飛機集成驗證試驗平臺規劃研究[J].民用飛機設計與研究，2018（04）：50-55.