基于改进型飞机机电综合管理系统设计思路浅析

基于改进型飞机机电综合管理系统设计思路浅析

陈韵秋,王栋华,陈艺诺

中航西安飞机工业集团股份有限公司   陕西西安 710089

【摘  要】近年来，随着飞机航电系统日益增长的功能需求，对飞机机电技术的要求愈发严苛，传统机电系统的设计方法已无法满足现代飞机的使用要求。本文总结了国内外机电综合管理主要能力特点，提出了一种改进型飞机机电综合管理系统设计思路，进一步满足用户的使用需求，提高飞机整体性能。

【关键词】机电综合管理  系统构架设计

1　引言

近年来，随着飞机航电系统日益增长的功能需求，对飞机机电技术的要求愈发严苛，传统机电系统的设计方法已无法满足现代飞机的使用要求，在进行飞机改进改型时，新增的机电功能会增加大量硬件控制器及配电设备，同时造成机上导线纵横交错，且逻辑复杂的相关系统采用硬件电路搭建的方式实现困难；而随着任务系统的不断发展，系统间信息交互进一步提高，系统状态互相制约，必须进行实时监控，以免影响飞行安全。从发达国家研究进程来看，机电系统正向综合化、智能化、多电化和能量优化方向全面发展，是下一代武器装备的重要技术领域。

我国的机电综合系统研究起步较晚，整体设计能力较国外还有相当差距，设计体系和思路均不完备。同时，国内飞机面临改进改型项目较多，在无法采用正向设计的前提下，如何将传统机电系统转变为机电综合管理系统，进一步满足用户的使用需求，提高飞机整体性能，是目前亟需开展的课题研究。

2　国内外机电综合管理系统现状及主要能力特点

2.1　国外机电综合管理系统现状及主要能力特点

以欧洲台风战机为例，该机是由欧洲战斗机公司设计研发的一款双发、三角翼、高机动性、多用途的第四代半战斗机，其作为最早运用机电综合管理系统的军用机型，采用了4台系统管理处理机替换了原系统使用的20～25个专用控制器和6个电源转换继电器单元，实现了包括发动机系统、燃油系统、液压系统、起落架系统、环境控制系统在内的控制和显示以及供电监测功能；其内部总线采用了双MIL-STD-1553B总线，机电系统各信号根据其机上位置、重要程度，以单余度、双余度和多余度方式分别与4台系统管理处理机交联，整个系统以双余度方式与航空电子系统接口相连。

其主要特点如下：

a)首次作为整体的综合系统实现各个机电分系统控制功能，搭建了机电综合管理系统构架，采用了基于双MIL-STD-1553B总线，体系结构简单可行，扩展性好；

b)采用分布式数据采集技术，整合系统资源，并考虑系统余度要求；

c)采用集成电源转化器和统一维护面板，优化系统资源配置；

d)核心处理机同时挂接在机电总线及航电总线上，实现系统间信息共享。

2.2　国内机电综合管理系统现状及主要能力特点

国内飞机的机电综合管理系统以信息综合为主要综合形式，以部分功能内聚，部分功能综合为设计原则，尽量减少计算机数量，对于部分控制算法比较复杂的机电系统采用独立的控制计算机对该系统进行闭环控制；对于控制算法比较简单，信号量不多，功能比较单一的机电系统，独立计算机控制不经济，则由机电管理分系统进行分布式采集和控制；重要关键控制功能设计有硬线超控模式或直接通过硬线控制相应的固态配电通道；重要的告警指示除总线处理通道外，另设计独立的硬线指示通道。

其主要特点如下：

a)主要用于实现液压系统、燃油系统、防/灭火系统的综合控制管理功能，其他复杂分系统仍采用专用控制器形式挂接在机电总线网络上，用于实现该系统的信息调度、状态监控、故障告警和显示维护等功能；

b)采用单台双通道核心处理机，控制器硬件平台专业化、标准化、小型化，功能趋于单一，另设有顶部控制装置作为备份控制器，使系统冗余程度更高；

c)设有双余度GJB289A总线作为机电主总线；并附有机电子总线，另外利用HB6096、ARINC664等航电总线与航电系统交联，完成系统间的信息交互。

2.3　启示

根据上述国内外机电综合管理系统现状及主要能力特点分析，对机电综合管理系统设计有以下启示：

a)以功能内聚、分布式采集、分布式控制、集中解算为设计原则是目前机电综合管理系统的发展趋势；

b)国内的机电管理系统主控/核心计算机已实现了包括液压系统、燃油系统、起落装置收放系统等在内的较大部分机电系统的综合逻辑解算功能，对于刹车系统、环控系统相关功能仍以专用控制器形式实现，机电综合管理系统仅完成系统的信息调度、状态监控、故障告警和显示维护等功能；

c)随着系统内的数字化设备逐渐增多，系统需要传输的信息和数据量不断加大，在满足安全性前提下，系统总线的选用向着多节点高速总线方向发展；系统总线形式多采用双余度甚至多余度，提高任务可靠性，国内目前机电总线大多选用GJB289A作为一级总线或主总线；

d)系统内硬件设备功能越来越趋向于单一化发展，单一化能够大大降低设备构型，减小设备体积与重量，减小资源消耗，同时提高了设备/系统的基本可靠性。

3　改进型飞机机电综合管理系统设计思路

根据上述国内外机电综合管理系统分析启示，对改进型飞机的机电综合管理系统设计提出设计思路。

3.1　系统功能设计

对新增及改进的机电系统进行综合化设计，根据国内机电综合管理系统研究现状，对于新增的控制算法比较复杂或改进的已具备专用控制器的机电系统建议采用独立的控制器对该系统进行闭环控制，机电综合管理系统仅负责其信息交互、集中自检及状态监控上报功能，以降低技术难度，减少技术风险。

对于控制算法比较简单，功能单一但系统状态需要实时监控的机电系统，由机电综合管理系统进行综合化控制设计，具备该系统的信号采集、控制解算、配电驱动、信息交互、集中维护以及状态监控管理功能，以减少专用控制器数量，简化电缆，同时提高系统可靠性。

对于新增的应急控制或安全余度要求较高功能的机电系统，无控制逻辑，仍保持传统机电控制方式，不进行综合设计，保证系统安全性。

3.2　系统总线设计

国内改进型飞机的机电系统目前以硬线传输为主，部分系统使用HB6096总线进行数据交互。HB6096总线是一种单向传输总线，数据流只能由发送端向接收端传输。因此，当两个终端需要双向通信时，需在每个方向各使用一条输出总线，随着飞机总线数据的大幅增加，HB6096总线数据传输速率较低且为单向传输的特点，导致系统数据传输实时差，电缆重量大，连接器多，不利于进行系统综合。

参照国内外先进飞机机电总线的使用情况，国内基本选择GJB289A作为机电主总线；国外民用飞机大多选用AFDX网络，而军用飞机大多选用1394B总线。GJB289A总线相较于AFDX和1394B总线，网络带宽较小，节点数较少，实时性一般，但其误码率及传输准确性与其他两型总线能力相当，且其技术成熟度较高，成本较低，外场可实施性较好。

3.3　系统构架设计

根据系统功能，结合系统总线网络，以分布式数据采集、集中解算、分布式控制驱动为原则，同时考虑到机电综合管理系统的运行直接影响飞机的飞行安全，需采取冗余设计以满足飞机安全性和可靠性使用需求，冗余设计通常包括双机冗余、总线冗余和非相似冗余等。

在系统控制方面，考虑双机冗余，采用双台机电综合管理计算机实现系统的综合管理；在数据采集和配电驱动方面，考虑双机冗余及非相似冗余，根据数据信号的重要程度，按区域就近设置单台或双台远程接口单元（RIU）及远程配电装置（RPDU）。在系统通信方面，考虑总线冗余，设置双余度总线网络。专用控制器挂接在机电总线网络上进行信息交互。

5 结束语

本文简要介绍了国内外机电综合管理系统现状，并对其主要能力特点进行分析，总结了一种改进型飞机的机电综合管理系统设计思路，以分布式采集、控制驱动、集中处理解算为原则，结合专用控制器，搭建了一种系统构架，实现了信息处理功能的综合以及部分控制功能的综合，满足了飞机新增机电系统控制需求，达到了减少设备数量、简化电缆敷设、节省飞机能源、优化系统配置，消除单点故障的目的。

参考文献：

[1]  何成东.民机机电系统综合控制技术研究，[硕士学位论文].南京：南京航空航天大学，2009.

[2]  宋建明.飞机公共设备系统综合控制和管理技术研究，[硕士学位论文].成都：电子科技大学，2004.