基于FADEC控制发动机高空模拟试验用的航电模拟器技术研究

张向前，刘龙园，付细能，张文林

（航空工业洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

随着航空电子技术和发动机数字电子控制技术的发展，在第三代、第四代飞机上，对航空发动机的操纵方式也由电气化转变为数字化，即由机载机电管理计算机的通讯指令信息取代来自控制按钮的电气信号和来自传感器、仪表的测量数据。

基于全权限数字电子控制（FADEC）某涡扇发动机在飞机上使用时，除油门杆信号外，控制发动机的相关操作指令和座舱显示数据均依赖于航电系统的1553B总线通讯，发动机ECU通过总线从航电设备获取控制指令，发动机及其控制系统的工作状态信息通过总线发往相关航电设备，再由座舱的多功能显示器进行显示。为更全面获得该型发动机高空工作性能和稳定工作边界，需开展该发动机高空模拟试验。为此，需研制航电模拟器仿真机上与发动机ECU相关的总线通讯环境，以保证发动机及控制器在高空台台架上具备开展发动机试验验证的工作条件。航电模拟器为航空电子系统提供了一个开发、研制以及综合仿真测试的环境[1]。

1 机载总线通讯环境

1.1 通讯系统组成

机载1553B总线通讯系统是由BCMP作为总线控制器，MC 作为备份总线控制器，ADC、INS、EMMC和EEC等多种机载电子设备作为RT并按照1553B总线通讯标准构成的总线通讯系统。该系统的连接示意如图1所示。

图1 机载1553B总线通讯系统连接示意图

1.2 通讯信息流

BCMP、MC、ADC、INS和EMMC在1553B总线通讯系统中与ECU之间的通讯过程的数据流如图2所示。

图2 总线通讯数据流图

2 航电模拟器方案设计

2.1 航电模拟器与外界通讯环境建立

2.1.1 通讯仿真模型

1)BCMP模型：用于仿真通讯总线控制计算机的总线控制功能；

2)MC模型：用于仿真多任务管理计算机的总线监视功能和备份总线控制器功能；

3)ADC模型：用于仿真大气管理计算机的总线通讯功能；

4)INS模型：用于仿真惯导系统的总线通讯功能；

5)EMMC模型：用于仿真机电管理计算机的总线通讯功能；

6)模拟ECU模型：用于ECU的A、B通道的总线通讯功能。

2.1.2 通讯环境搭建

FADEC在控制涡扇发动机航电模拟器方面主要具备如下功能：

1)仿真功能：基于单台计算机及相关通讯硬件模拟同ECU进行总线通讯的多种航电设备的通讯特性，为ECU仿真机载总线通讯环境；

2)监视功能：接收并显示电子控制器上传的实时数据，并实时监视通讯总线工作情况；

3)操纵功能：向电子控制器发送操作指令和外部参数的设定值；

4)数据记录：在航电模拟器上生成相应的数据文件用于实时存储ECU上传的数据以及航电模拟器下发的指令与参数。

综合航电系统模拟器应与以下装置相互作用（航电模拟器与外界通讯关系示意图见图3）。

图3 航电模拟器与外界通讯关系示意图

―EDR-42装置；

―显示器；

―键盘；

―鼠标操纵手；

―参数记录综合体；

―发动机操纵台。

航电系统模拟器将从操纵台接收的指令和信号、由操作者输入的指令和信号转换成相应的标识，以及将通过信息交换通道RS-422A从参数记录综合体接收的参数转换并换算成发动机控制所需的参数，并将这些参数通过多路信息交换通道传输给电子控制装置的两个通道。

航电系统模拟器接收来自电子控制装置沿多路信息交换通道的参数和信号，并通过信息交换通道RS-422A，将根据协议从电子控制装置（来自A通道和B通道）沿多路信息交换通道接收的参数输出到参数记录综合系统。

此外，航电模拟器应保证将从台架和电子控制装置接收的信号、参数输出到显示器屏幕上，用于操作者及技术人员监控。

2.2 技术实现途径

在Visual Studio 2008开发环境下，基于Microsoft.NET开发平台，使用C#程序设计语言，开发了Windows应用程序框架；设计了带有指令按钮、参数滑动条、数据列表、动态曲线监视器和离散字指示灯导航窗格序列等元素的人机交互界面；创建相关数据结构；封装总线通讯控制设备操作接口[2]。

以面向对象的设计思想，构建飞机航电系统中与发动机控制器交互的总线终端设备模型(多任务管理计算机MC、机电管理计算EMMC、大气数据计算机ADC和惯性导航系统INS)以及BCMP模型；按照通讯协议的规划，实现通讯环境仿真。

航电模拟器在使用时连接方式如图4所示。航电模拟器与控制器之间通过两个总线耦合器分别连接成两个1553B总线通讯回路——总线通讯主回路和备份回路。每个耦合器分别连接航电模拟器主通讯线路或备份通讯线路以及控制器两个通道对应的主通讯线路或备份通讯线路。

2.3 实现的功能

1)具有模拟BCMP对1553B总线进行通讯管控以及同相关设备进行管控指令和通讯状态信息交互的功能，建立相应的功能模型；

2)能够模拟飞机总线通讯系统的部署方式与功能，即正确地建立发动机控制器与相关机载设备的通讯模型，并按照总线通讯协议实现数据通讯过程；

3)具有左发/右发切换选择功能；

4)具有模拟发动机控制器在总线上的通讯功能，即在不连接控制器实物的条件下，通过恰当地配置通讯链路，使航电模拟器可以独立地模拟包括控制器在内的飞机通讯系统；

图4 产品总线通讯连接示意图

5)具有参数显示功能，能通过数据列表实时显示从通讯数据中解析的所有参数；

6)具有图形化显示功能，即对于所有模拟量信号参数应以坐标曲线进行显示，对于表示状态指示和故障指示的离散字参数还应使用指示灯进行图形化表示；

7)具有通讯数据修改功能，即能通过软件界面直接修改发送给控制器的通讯数据包和模拟控制器发出的通讯数据包；

8)具有适用于试验人员操作的图形化指令输入与操纵界面，即用滑动杆、旋钮和按钮等虚拟仪器模拟飞机座舱中相应的指令输入与操纵装置，以此接收试验操作人员对控制器的操纵指令；

9)具有数据存储功能，应能存储所模拟的飞机通讯系统在通讯过程中传递的所有参数数据；

10)具备RS-422串口通讯功能，可以通过串口与发动机台架数据中转计算机交互操作指令和数据，并实现远程操纵。

3 解决的关键技术

为实现基于FADEC控制发动机台架试验中与发动机及试验台架交联及数据传输，航电模拟器解决了如下关键技术：

1)按照飞机航电系统组成，实现与发动机控制器交互的各机载设备通讯特性；

2)按照飞机航电系统总线通讯协议的规划，仿真以机载总线控制计算机(BCMP)为核心的通讯调度机制；

3)实现通讯数据在线监控、告警和数据存储；

4)实现基于RS-422通讯的试验台数据交互，以及本机航电指令操纵权与远程操纵权的切换功能。

4 结语

本文基于FADEC控制的发动机，进行了高空模拟试验用的航电模拟器的技术方案研究，所提出的航电模拟器能够仿真机上与发动机ECU相关的总线通讯环境，以保证发动机及控制在高空台台架上具备开展发动机试验验证的工作条件。