民用飞机大气数据和惯性基准系统接口定义简介

张琛

摘 要：大气数据和惯性基准系统是民用运输类飞机两个最关键的系统，对飞机的安全性有至关重要的影响作用。该文简要介绍了集成数字式大气数据和惯性基准系统ADIRS，分为ADR部分和IR部分，以及其主要的接口和定义，包括机械接口，外部的大气数据传感器，ADM模块，ADIRU的电源接口，ADR部分的电气接口，与ADM交联的接口，IR部分的电气接口，与ADR交联的接口，与外部子系统如GNSS， FMS间接口等，对于指导民用运输类飞机大气数据和惯性基准系统综合设计具有一定的参考意义。

关键词：民用运输类飞机 大气数据 惯性基准 电气接口

中图分类号：V249.32 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（a）-0022-02

在民用运输类飞机的发展过程中，除了独立的大气数据系统，姿态与航向基准系统/惯性基准系统以外，2000年前后，又出现了一种新型的集成数字式大气数据和惯性基准系统（简称ADIRS），性能优异，可靠性高，并被广泛运用于波音和空客等大中型干线飞机上。ADIRS包括三套大气数据/惯性基准单元（ADIRUs），可安装于飞机电子电气设备舱，配合相应的控制显示单元CDU，大气数据模块（包括全/静压传感器，迎角传感器，侧滑角传感器，总温传感器，大气数据计算模块等），实现大气数据和惯性基准系统所有功能。

1 ADIRU机械接口

1.1 ADIRU的机械接口

为了确保不同制造商的设备具备可互换性，ADIRS设备应当严格遵守ARINC600。具体来说，设备应当满足ARINC600中关于尺寸、误差、手柄、冷却设施、以及重量和中心方面的要求，除了冷却口和前端紧固销位置，该装置应当遵循ARINC600中4MCU外形参数基本标准，冷却口和前端紧固销位置应适用于4MCU类型。

1.2 ADIRS 外部传感器以及ADM的机械接口

大气数据基准（ADR）应作为ADIRU的一部分，计算大气数据输出，供仪表显示和其他使用ADR信息的飞机系统使用。ADR应使用来自ADM（大气数据模块）输入的压力信号，计算空速、气压高度等大气参数；根据飞机构型，也将提供攻角、侧滑角和大气总温。ADM和ADIRU之间的交联应保证ADIRU的可互换性。

ADIRS外部传感器主要包括全压探头、静压孔、或者组合式全静压探头，总温传感器，攻角传感器等，通过机械接口连接到大气数据模块（ADM）。ADM感受全静压系统传输的压力、以及迎角和大气总温信号，并以ARINC429格式传输到ADRIU。

2.2.1 全压探头

全压探头应具有全压感受端口，接收飞机全压，通过气源管路传输到ADM。全压探头不属于电子硬件，仅有电热丝提供探头电加热功能，防止探头结冰。全压探头的气源接口（即机械接口）应该符合SAE-AS4375 Size04要求（.4375”-20 UNJF）。全压探头的电接口应仅提供探头加热供电。

1.2.2 静压孔

静压孔探头应具有静压感受端口，接收飞机静压，通过气源管路传输到ADM。静压孔不属于电子硬件，仅有电热丝提供探头电加热功能，防止探头结冰。静压孔的气源接口应该符合SAE-AS4375 Size 06要求（.4375”-20 UNJF）。全压探头的电接口应仅提供探头加热供电。

1.2.3 总温探头

总温探头能够感受飞机外部来流总温，传输到ADM或直接传输给ADR， 计算出飞机总温和静温。总温传感器不属于电子硬件，仅有铂电阻用来测量外部大气温度，以及电热丝提供探头电加热功能。总温探头的电接口应仅提供铂电阻值及探头加热供电。

1.2.4 大气数据压力模块ADM

ADM需设计为可以安装在平面上，高于全压、静压源的位置。需设计为水平方向安装时安装面在底部，或者在垂直方向安装时气源接口朝下。ADM上全压/静压气源接口需符合相关的SAE/MS标准。

2 ADIRS电气接口

2.1 ADIRS的电源接口

2.1.1 ADIRS 的主电源

应当制定设备使用ARINC609定义的最大130w、115vac、400HZ单相电源，包括55w供ADM和CDU使用。某些飞机要求提供主DC电源。130w电源将进行如下分配：（1）75w给ADIRU，（2）25w给CDU，（3）30w给所有ADM。

2.1.2 ADIRS 的备用电源

飞机制造商应提供最大175w的无中断DC备用电源供ADIRS使用。该备用电源将来自一个无瞬变的DC总线或者电池，电压范围符合ARINC609。如果飞机115VAC不可用，则该备用电源的标定电压为+24伏。该备用电源的容量和工作时间取决于航线操作需求。工作在此电源下应当完全发挥其灵活性。如果飞机115VAC可用，则该备用电压将高达36VDC。

2.2 ADR功能的电气接口

2.2.1 ADM的电气接口

ADM的电气接口应该设计为圆形26针电气插座，符合相关MS/MIL/NAS工业标准。ADM必须设计成机架接地，接地阻抗需小于20毫欧。ADM电气插座需设计成有钳位电路时能经受瞬态电压50VDC冲击，无钳位电路时所有针脚能经受36VDC电压。ADM需设计成可以同时满足在常规电源 +13.5VDC或28VDC飞机电源下工作。功率消耗约为2.7-3.7W（+13.5VDC下），3.5-4.8W（28VDC飞机电源下）。每套ADM应从相关ADIRU获得电源。这样的安排是为了确保“清洁”供电，使得飞机电源瞬变现象透明化，从而每套ADM内部无需电源电路。该电源应在规定的±13.5VDC（±10%）提供电压，滤波后由ADM电子电路直接使用。+13.5VDC电压应当能够容纳最大1.5A的电流负载。-13.5VDC电压应当能够容纳最大0.5A的电流负载。ADM电源输出端的电源脉动噪音不应当超过30mV峰峰值。

2.2.2 ADM与ADR的接口

每台ADM需通过ARINC429总线连接到至少一台ADIRU。 ADM以ARINC429数据格式提供全压/静压/局部迎角/总温数据给ADR，ADR用这些参数进行计算，输出气压高度、指示空速、马赫数、垂直速度、攻角、静压、全压、总温等信息，给驾驶舱显示器其其它飞机系统使用。考虑到不同的架构设计，因此每台ADIRU的ADR部分数字接口必须设计成至少有5个通道，至少提供五条ADM数据总线输入来接收ADM的数据。

2.3 IR功能的电气接口

IR部分的功能主要是提供飞机的姿态，航向，加速度以及飞机的即时的位置信息，由于惯性器件（陀螺以及加速度计）的自身特性，其具有短时间内的精度很高，但由于其算法方面的原因，其长时间的误差会很大，随着时间的增长而累积，所以需要引入一些参数对其进行同步修正。这些引入的参数虽然短时间内的精度不高，但是他的误差不会随着时间的增加而增大，通过卡尔曼滤波算法，使得IR输出的参数的精度，既可以保持短时间内的高精度，又不会随着时间的增加而发散。IR除了能够接受来自ADR的真空速（TAS，True Air Speed）以及高度变化率即垂直速度（VS，Vertical Speed）数据，还应能和ARINC743A GNSS传感器交联，接收GPS的经纬度以及Time Mark等参数信号，以提高IR输出参数的精度。在初始化阶段，如果IR没有收到GNSS的信息，IR还能够接受来自FMS的经度，纬度以及磁航向，来完成初始化。

2.3.1 IR与ADR的电气接口

IR接受来自ADR的真空速（TAS，True Air Speed）以及高度变化率即垂直速度（VS，Vertical Speed）数据参与最终的计算，稳定其输出。通过内部的高速的ARINC429 总线，ADR将即时计算得到的TAS和VS传输给IR的接口端，以便参与IR的内部计算得出风速以及风向，和收敛的惯性高度。

2.3.2 IR与GNSS的电气接口

IR应该与ARINC743A GNSS传感器交联，接收GPS的经纬度以及RS-422 Time Mark等参数信号，以提高IR输出参数的精度。为了使传输GNSS信号的延时最小，应该通过ARINC429总线直接连到ADIRU设备上的相应总线接口每套单独的ADIRU设备需要接受两路不同的GNSS设备输出的ARINC429总线。对于每套单独的ADIRU设备，需要两路来自不同GNSS设备的RS-422 Time Mark。使用RS-422 Time Mark信号来同步GPS的时间基准给IR。

此外，IR还需要FMS提供一些输入，例如预设经度、预设纬度、预设磁航向等，其所有计算结果都通过ARINC429总线发送给其它相关系统（例如FCS，FRS，FMS，OMS等）。

3 结语

大气数据及惯性基准系统ADIRS是民用运输类飞机发展到高度集成化的成果，它解决了2个独立的重要机载系统综合的问题，节省了机上安装空间，并保证了相对较高的系统可靠性，其接口定义已在发展过程中逐渐形成工业界标准得到广泛应用，未来可在国产宽体客机、小型支线客机、公务机乃至通航飞机上得到更全面的应用。

参考文献

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