飞机加改装综合航电系统的探讨

张 艳 琴

(石家庄职业技术学院 电气与电子工程系,河北 石家庄 050081)

航空电子技术在小型飞机上的应用经历了分离、联合、综合3个阶段,航电系统也同样经历了分离式、联合式、综合式3个阶段[1-2].近20年来,综合航电技术已经成为小型飞机航电技术发展的重要方向.与分离式航电系统相比,综合航电系统通过智能显示器显示各类航电设备的信息,如通信导航、飞行指引、发动机工作状态、飞机系统状态、告警等,并提供操作接口,除必需的备份仪表、飞机机电部件外,综合航电系统可以满足小型飞机对航电设备的全部功能和性能要求.

飞机加改装综合航电系统是用综合航电系统替代原有的机械仪表系统,即把飞机原有的机械仪表式的航电系统利用数字技术集成后通过液晶显示器显示出来,从而有效地改善人机环境,减轻机组人员工作负担,提升飞行员对飞机状态的感知能力.目前国外小型飞机已经普遍安装了综合航电系统,而我国小型飞机发展起步较晚,绝大部分机型安装的仍是分离式结构的传统机电式航空仪表,落后于我国通用航空产业快速发展的需求,因此,迫切需要对飞机加改装综合航电系统,以提升飞机的飞行和操作品质.本文在讨论综合航电系统的主要设备及应用的基础上,探讨如何在多用途、轻小型某机型飞机上加改装综合航电系统.

1 综合航电系统简介

综合航电系统是一系列子系统的综合.随着民用飞机对安全程度、飞行品质、经济性和舒适性要求的不断提高,对综合航电系统的集成度要求也越来越高,功能要求也越来越强大.综合航电系统的主要目标是帮助飞行员更加安全、高效地完成飞行任务.飞机综合航电系统的功能分为9类,分别为显示、控制、导航、通信、监视、数据采集、检测、告警和维护[3].

综合航电系统集综合化、模块化、智能化和标准化于一体[4].飞机加改装综合航电系统,必须保证可靠性、安全性、经济性和可维修性.其中,安全性是航空发展的生命线.可靠性是保证安全性的重要基础,也是达到飞机适航性的重要因素,能够在很大程度上决定飞机的最终安全性和经济性.经济性是民用飞机具有市场竞争力和生命力的重要因素.可维修性在很大程度上决定着飞机的运营效率和维修成本,对飞机的经济性也有重要影响[5-6].

2 综合航电系统的主要设备及应用

某小型飞机加改装综合航电系统的交联接口关系见图1,综合航电系统主要设备组成及在某小型飞机上的安装位置见表1.

2.1 显示器

飞行显示器负责接收和处理来自系统外设的数据信息,完成各种参数和功能的显示,响应飞行员的操作、控制、选择及数据加卸载等辅助功能.

当综合处理机工作正常时,飞行显示器通过以太网完成与综合处理机的交互,接收和处理来自综合处理机及其他航电设备的信号,完成信息交互、数据处理、图形显示、操作控制、故障自检、数据加卸载等;当综合处理机或飞行显示器出现故障时,通过冗余备份电路和故障处理功能,可以判断故障的状态,并进入不同的工作模式.

图1综合航电系统交联接口关系图

表1 综合航电系统的主要设备

2.1.1 显示屏设计

显示屏(含导光板)是飞行显示器的显示与控制终端.在某机型飞机上加装综合航电系统时,显示屏的基本布局见图2.

图2 显示器正视示意图

2.1.2 机箱结构

飞行显示器的机箱主体材料选用铝合金,机箱表面涂敷黑色无光漆.

机箱设计尺寸:长(300 mm)×宽(204 mm)×厚(72 mm).

机箱通过前面板的6 个螺孔与飞机固定在一起,机箱的外形及尺寸见图3.

图3 机箱的外形及尺寸

2.1.3 飞行显示器界面

飞机的飞行显示器包括两台10.4英寸LCD 显示器,显示器带有周边按键,内部有视频信号处理模块,可方便对飞行显示器上所有输入的信号进行信号处理、显示控制、人机交互界面选择等.显示语言以英语为主,维护信息采用中文和英文.数据单位以英制为主,可以转换成公制.

正常情况下,一台显示器作为主飞行显示器(PFD)的显示界面,见图4,主要显示飞行员飞行所需要的信息,包括通信信息、姿态指引信息、航向信息、速度信息、高度信息、侧滑信息等;另一台显示器作为多功能显示器(MFD)的显示界面,见图5,显示发动机及机上各系统的状态信息、电子地图等,通过显示器周边按键的切换进入各种系统状态信息显示界面和设置界面.多功能显示器设有导航设置功能,如信息窗打开/关闭、航线/航段切换、求近、改航、航图缩放、直飞、计划等.两台显示器可以互为备份,当其中一台显示器出现故障时,另一台显示器可以自动切换或通过人工强制切换进入飞行员需要的界面.

图4 主飞行显示器的显示界面

图5 多功能显示器的显示界面

2.2 综合处理机

2.2.1 整体设计

综合处理机是一台综合化接口处理设备,主要负责实时处理综合航电系统内各设备的数据,并向其他设备(飞行显示器)发送显示数据和控制命令,具有故障检测、数据记录等功能.

2.2.2 机箱结构

综合处理机的箱体采用铝合金加工而成,颜色采用本色无光处理.

整机设计尺寸:长(310 mm)×宽(250 mm)×厚(206 mm).机箱的外形见图6.

图6 综合处理机箱体的外形

2.3 大气数据计算机

2.3.1 整体设计

大气数据计算机接收来自飞机上的空速管、大气温度传感器等的输入信息,并计算/换算出相应的大气参数,按照规定的格式向飞机上的其他系统提供所需的各种大气参数.同时,大气数据计算机具有监控功能.

2.3.2 结构设计

大气数据计算机的外形尺寸为162 mm×112 mm×92 mm(不含总静压接管嘴、电连接器等).通过底部的4个M4螺钉与飞机连接.其外形及尺寸见图7.

图7 大气数据计算机的外形及尺寸

2.4 捷联航姿系统

2.4.1 整体设计

捷联航姿系统采用微机械速率陀螺、微机械加速度计和捷联磁传感器,来敏感测量飞机在飞行过程中沿机体3个轴向的运动角速率信号、线加速度信号及地磁信号分量,经A/D 转换和DSP 数字信号处理器处理,输出载体的航向、姿态信号.通过RS422接收GPS 数据,通过ARINC429 总线接收高度数据,实现对捷联航姿系统的参数校正.

2.4.2 结构设计

捷联航姿系统包括航姿基准部件和磁传感器两部分.航姿基准部件通过底盖板上的4个M4螺钉与飞机连接,其外形尺寸为185 mm×143 mm×125 mm(不含插头安装尺寸).航姿基准部件的外形及尺寸见图8.

图8 航姿基准部件的外形及尺寸

磁传感器根据产品参数要求,确定安装位置和固定方式,设备外形及尺寸见图9.

图9 磁传感器的外形及尺寸

2.5 甚高频电台

2.5.1 整体设计

甚高频通信系统供飞机与地面台站、飞机与飞机间进行双向话音通信.目前,国内的甚高频通信网已实现全覆盖,通过地面台站的中继,能实现远距离通信.

2.5.2 结构设计

甚高频电台的机箱采用铝合金加工而成,颜色采用本色无光处理.

整机设计尺寸:长(221.3 mm)×宽(220.0 mm)×厚(35.0 mm).

机箱的外形及尺寸设计见图10.

图10 甚高频电台机箱的外形及尺寸

2.6 无线电罗盘

2.6.1 整体设计

无线电罗盘又称自动定向仪(ADF),指利用环形天线方位搜寻技术(机载接收时通常用两个相互垂直的环状天线)确定辐射源的方位角,使飞机在给定的方向完成从一个信标台至另一个信标台的飞行,引导飞机完成着陆前的进场和进出空中走廊口的工作.使用最广泛的辐射源是工作在200 k Hz～1 600 k Hz频段的无向信标.

ADF由集成传感器和环状天线组成,接收和处理来自水平环形天线和垂直环形天线到地面导航台的信号,并将处理后的方位信息送至显示器,显示飞机与地面导航台的相对方位,并发出导航音频信息.ADF除了在方位搜寻模式下工作,还可在收讯模式下工作.收讯模式不定向,仅将分离出的地面导航台的音频识别信号送至飞机音频系统.如果此时设置在某中波电台频率,则可以用作普通中波收音机收听广播.

2.6.2 结构设计

无线电罗盘的机箱采用铝合金加工而成,颜色采用本色无光处理.

整机设计尺寸:长(300 mm)×宽(247 mm)×厚(47 mm).

机箱的外形及尺寸见图11.

图11 无线电罗盘机箱的外形及尺寸

2.7 导航通信单元

2.7.1 整体设计

导航通信单元(NCU)适用于通航中小型飞机,是高度集成的航电设备,其内部集成了一部甚高频电台、一部VOR/ILS组合接收机和一部无线电罗盘.

2.7.2 结构设计

结构尺寸为长(310.9 mm)×宽(172.0 mm)×厚(45.5 mm),其外形见图12.

图12 导航通信单元外形

2.8 发动机参数采集器

2.8.1 整体设计

发动机参数采集器主要完成滑油温度测量、润滑油压力、燃油流量、发动机转速、汽缸头温度、发电机温度等数据的采集、转换、信号传递等工作.发动机油量数据由油量处理机采集并以RS422总线传输到发动机参数采集器,由发动机参数采集器进行数据接收、转换处理,并最终发送给显示、控制分系统.发动机参数采集器一般就近安装于发动机支架附件处,以减小发动机参数信号的传输失真.

2.8.2 结构尺寸

尺寸:长(120 mm)×宽(80 mm)×厚(40 mm).发动机参数采集器的安装示意图见图13.

2.9 分立航空电子设备

图13 发动机参数采集器的安装示意图

分立航空电子设备包括一套应急定位发射机,一个可供驾驶员观察的具有指示时、分、秒功能的航空时钟.

为保证飞行安全,加装综合航电系统应根据适航规章要求配置相应的应急备份仪表,包括磁罗盘、地平表、气压高度表和空速表,均安装于仪表板中部下方,分别用来测量飞机的航向信息、姿态信息,指示飞机的气压高度和飞机的指示空速,且都具有表内照明功能.

某机型飞机安装综合航电系统后,其仪表板布局图见图14.

图14 仪表板布局图

3 结语

飞机加装综合航电系统,不仅能够减少飞机驾驶舱的仪表和按钮等设备,减轻复杂电子设备的体积和重量,减轻飞行员的工作负担,而且可以提高可靠性.