基于IMA的辅助冷却系统控制技术应用研究

段春　薛战东

【摘 要】本文对民用飞机辅助冷却系统控制驻留IMA系统的技术应用进行研究，首先分析了系统驻留IMA的设计与开发过程，然后设计了辅助冷却系统原型样机，并基于样机和IMA平台架构设计了系统控制结构，对驻留应用的开发与验证工作内容和关键技术进行了分析。本研究内容对权衡分析系统驻留IMA方案和辅助冷却系统的设计具有借鉴意义。

【关键词】辅助冷却系统；航电系统；应用驻留

中图分类号： V245.3 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）23-0043-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.23.015

【Abstract】The application of civil aircraft Supplemental Cooling System （SCS） control technology based on IMA is researched. Firstly the design and develop process of the system hosted in IMA is analyzed ， and then the SCS prototype is designed. Based on the prototype and IMA structure the control system is designed. It then analyzes the key technology， the develop and verification work content of the hosted application. This research content can be used for reference during trade-off study between proposals of system hosted in IMA and design of SCS.

【Key words】Supplemental Cooling System；Avionics system；Hosted application

0 前言

民用飞机辅助冷却系统是为机载电子设备、餐车等用冷单元提供冷量的系统，已逐渐成为现代大型民用客机不可或缺的组成部分，是大型客机商务运行的关键。随着现代大型客机热负荷的不断增加，使得辅助冷却系统的设计更为重要。将更多的非航电系统进行控制综合，将功能驻留于IMA系统（综合模块化航电系统）是现代大型客机发展的趋势；其中辅助冷却系统是大型客机的重要组成部分，该系统的功能驻留IMA系统是发展方向[1-3]。

国外民用飞机领先企业波音、空客公司有着深厚的民机设计经验积累，已成功设计了多种机型的辅助冷却系统，并且系统的部分功能均驻留于IMA系统，具备节省重量、模块化、更改和扩展性好等优点，已在飞机上得到了良好的应用。国内民机辅助冷却系统研究起步较晚，在适航规章、标准、系统可靠性和试验验证等方面缺乏经验[4-6]。有必要开展辅助冷却系统功能驻留IMA的技术应用研究，以识别并掌握基于IMA平台的系统控制设计难点和关键技术，明确系统设计需求并形成系统设计顶层要求和技术积累，作为现代先进大型客机辅助冷却系统设计和IMA系统集成关键技术应用的重要支撑，为未来大型客机的研制工作奠定基础。

1 驻留设计与开发过程

IMA平台是高度综合、开放和模块化的平台，其中包括远程接口单元、核心处理模块和符合航空通信协议的庞大网络等，其接口单元可以支持多种类型的数据接口。系统控制驻留IMA可减少系统控制器及电缆、提高模块化程度、具备良好的扩展性和可靠性。开展非航电系统仿真驻留研究是大型客机IMA系统集成研究的重要一环。

仿真辅助冷却系统功能驻留IMA平台的设计与开发过程如图1所示。整个过程主要完成辅助冷却系统功能架构设计、系统控制功能分解、驻留IMA的功能分析确定、基于IMA的控制逻辑设计、驻留应用软件开发、软硬件集成调试和IMA平台集成综合测试。在开发与验证过程中，模拟部分信号激励、开发部分仿真模型和研制相关试验件是必要的支撑；IMA平台作为驻留应用的载体，需对系统进行计算和网络资源分配、网络架构设计与优化、安全性设计与评估、系统集成试验等工作。

仿真系统驻留IMA并进行应用软件开发与验证，是多系统IMA集成研究的重要组成，有助于权衡分析潜在系统驻留IMA方案，提升飞机主制造商IMA多系统集成能力，提升非航电系统驻留IMA控制系统正向分析与设计能力，提升软件开发及测试能力。

2 驻留系统原型

辅助冷却系统将厨房冷却模块、大功率电子设备等的热负载转移。系统由制冷单元和冷却回路组成，制冷单元的主要作用是产生冷源；冷却回路作用是将制冷单元产生的冷量输送到个热载荷。辅助冷却系统的原理样机架构示意如图2所示，采用冲压空气冷却，通过冷却回路将各热载荷的热量传递给制冷单元，再通过制冷单元将热量排至机外，以满足各热载荷的冷却需求。

辅助冷却系统分为两部分。系统控制层级和设备驱动层级。风扇、作动器和泵等自身都具备驱动控制，通过总线与系统控制层通讯，完成接收命令、执行和反馈状态等。

3 驻留技术应用仿真

基于IMA平台架构，结合前文所述辅助冷却系统原理样机，设计系统控制架构，如图3所示。整个系统级的控制基于IMA平台设计，应用开发符合IMA平台的规范要求；开发的驻留应用在IMA系统中运行，通过远程接口单元连接系统设备，实现发送控制命令和接收反馈状态。另外需要设置必要的外部环境模拟设备，用于模拟外部输入条件和显示系统状态。

辅助冷却系统功能驻留IMA系统的应用开发与验证工作包含以下内容：

（1）基于IMA平台进行輔助冷却系统控制设计；

（2）开发驻留于IMA系统的辅助冷却系统应用软件；

（3）完成辅助冷却系统驻留应用软件的调试；

（4）完成外部环境信号模拟设备的设计与开发；

（5）开展集成试验，完成对辅助冷却系统控制功能的验证。

仿真辅助冷却系统驻留应用开发与验证过程中的技术关键包含系统驻留IMA功能分析、基于IMA的系统控制设计、基于IMA的驻留应用软件开发及测试、基于IMA平台的系统级集成测试与验证。

4 结语

随着客机性能和运载能力的不断提升，机载电子设备及用冷单元的热负荷不断加大，控温需求日益提升。现代民用飞机朝着多电化和绿色节能的方向发展，非航电系统功能驻留IMA亦是发展趋势。辅助冷却系统具备制冷量大，且能效比高、不需要发动机引气、燃油代偿损失小等优势。本文对辅助冷却系统功能驻留IMA的技术进行应用探索，为大型客机机载辅助冷却系统研制打下基础，对系统的设计集成具有重要意义。

【参考文献】

[1]吴静玮，孙浩然，胡海涛，等.大型客机辅助冷却系统稳态仿真模型[J].民用飞机设计与研究，2017，126（3）：58-63.

[2]朱春玲，宁献文.用于机载大功率电子设备的新型液冷环控系统的研究[J].南京航空航天大学学报，2005，37（2）： 203-207.

[3]王运盛，雷航.面向综合模块化航电系统的驻留应用开发平台设计[J].计算机应用，2015，32（3）：861-863.

[4]李军生，李京生.民机综合模块化航空电子系统及其发展[J].航空制造技术，2013（19）：34-37.

[5]陈福，郭庆，段海军，董延军.民用飞机综合化航电系统驻留应用验证技术研究[J].信息通信，2017，169（1）：50-51.

[6]赵长啸，阎芳，张帆，王鹏.综合模块化航电系统驻留功能适航审定要求分析[J].电讯技术，2016，56（8）：923-927.