謝曦鵬

(海軍裝備部，陜西 西安 710089)

1 引言

隨著多電飛機(jī)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電綜合系統(tǒng)在國外先進(jìn)飛機(jī)上已經(jīng)廣泛應(yīng)用。某型飛機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是達(dá)到世界先進(jìn)渦槳飛機(jī)水平，智能配電技術(shù)和頂部控制板總線控制技術(shù)的應(yīng)用，為機(jī)電綜合系統(tǒng)應(yīng)用提供了良好的條件，這將大幅度提高飛機(jī)的安全性、可靠性和可維護(hù)性。目前世界上先進(jìn)飛機(jī)均采用了各種不同程度的機(jī)電信息綜合或機(jī)電綜合控制技術(shù)。

2 機(jī)電綜合控制技術(shù)的發(fā)展與功用

飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)包含液壓系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等飛機(jī)系統(tǒng)及其相應(yīng)的閥門、傳感器、泵和電機(jī)等部件，分布于飛機(jī)從頭到尾的各個(gè)部分。

傳統(tǒng)的飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)各自獨(dú)立，控制單元布局分散，維護(hù)性、可靠性差，體積、重量大，這與航空電子的綜合化發(fā)展趨勢存在很大差距。隨著航空電子技術(shù)和機(jī)電系統(tǒng)綜合化控制及管理技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了機(jī)電綜合系統(tǒng)[1]。機(jī)電綜合控制和管理技術(shù)的核心是把機(jī)載機(jī)電設(shè)備視為一個(gè)整體發(fā)展，它不再以單個(gè)機(jī)電系統(tǒng)或機(jī)電設(shè)備作為控制、管理及監(jiān)視的對(duì)象，而是以全機(jī)整個(gè)機(jī)載機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)作為控制、管理及監(jiān)視的對(duì)象，綜合化程度極大提高。

機(jī)電綜合系統(tǒng)是對(duì)飛機(jī)機(jī)載機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行綜合化管理、自動(dòng)控制及故障監(jiān)測的分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[2]。該技術(shù)在飛機(jī)上的應(yīng)用將取消各機(jī)電系統(tǒng)獨(dú)立分散的控制、數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)，代之以綜合化程度更高、可靠性更高的機(jī)電綜合控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過總線與航空電子系統(tǒng)及飛機(jī)其他系統(tǒng)連接，使機(jī)電系統(tǒng)與飛機(jī)其他系統(tǒng)的信息可以高度融合[3]。使航空電子系統(tǒng)的任務(wù)管理更加完善，同時(shí)也使機(jī)電系統(tǒng)的控制、管理及監(jiān)視達(dá)到最優(yōu)，使飛行員及維護(hù)人員可以通過顯示、音響、告警及記錄的方式得到更加完善、精確的機(jī)上信息。

3 某型機(jī)電綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)

某型機(jī)電綜合系統(tǒng)(Integrated Electromechanical System縮寫IEMS)完成飛機(jī)空氣管理系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)等的綜合化管理、控制和故障檢測，并通過總線與航空電子系統(tǒng)及飛機(jī)其他系統(tǒng)連接，記錄和顯示機(jī)電系統(tǒng)的狀態(tài)與故障信息。

3.1 控制原理

某型機(jī)電綜合系統(tǒng)遵循以下原則：

(1)IEMS不集成飛機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)以及各系統(tǒng)中的第三套應(yīng)急系統(tǒng)，保證在機(jī)電綜合全套失效時(shí)，不會(huì)對(duì)飛機(jī)的安全飛行產(chǎn)生影響。

(2)系統(tǒng)的控制和監(jiān)控功能應(yīng)隔離以滿足安全和系統(tǒng)綜合的要求[4]。對(duì)于某些用來完成系統(tǒng)控制的信號(hào)由IEMS來采集并發(fā)送給航電系統(tǒng)，某些僅用于顯示、告警和狀態(tài)監(jiān)控的信息由航電系統(tǒng)來采集。

IEMS的原理框圖如圖1所示。各個(gè)系統(tǒng)的控制集成在兩個(gè)機(jī)電綜合計(jì)算機(jī)(Integrated Electromechanical Computer 縮寫IEMC)中，有些系統(tǒng)有自己的控制器，以板卡形式集成在機(jī)箱中；有些系統(tǒng)以軟件形式駐留在IEMC的公共處理模塊中。

機(jī)電綜合系統(tǒng)由兩個(gè)機(jī)柜構(gòu)成，采用雙余度雙通道設(shè)計(jì)，每個(gè)通道包含兩個(gè)互為備份的計(jì)算機(jī)，與頂控板的四臺(tái)計(jì)算機(jī)相適應(yīng)，并通過四條總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。機(jī)電綜合系統(tǒng)還包括遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集單元(RDC)和遠(yuǎn)程智能控制單元(RCU)，用于接收傳感器和探測器等數(shù)據(jù)，完成與IEMC的交換，并控制相應(yīng)的智能繼電器、接觸器和作動(dòng)器。機(jī)電綜合系統(tǒng)內(nèi)部采用總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。機(jī)電綜合控制平臺(tái)與航電系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)總線相連，用于狀態(tài)及故障顯示。固態(tài)功率控制器(SSPC)是機(jī)電綜合系統(tǒng)的執(zhí)行單元、電源和線路保護(hù)裝置。

圖1 IEMS的原理框圖

3.2 集成的系統(tǒng)

機(jī)電綜合系統(tǒng)可集成以下系統(tǒng)：空氣管理系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)、生活服務(wù)設(shè)施、照明系統(tǒng)等，具體控制邏輯如下：

(1)空氣管理系統(tǒng)(AMS)

空氣管理系統(tǒng)有兩套控制模塊分別安裝在2個(gè)IEMS機(jī)柜內(nèi)，為發(fā)動(dòng)機(jī)引氣、APU引氣、空調(diào)系統(tǒng)提供自動(dòng)控制，IEMS接收頂控板的控制信號(hào)以及系統(tǒng)的傳感器信號(hào)，系統(tǒng)控制板卡完成相應(yīng)邏輯判斷后通過總線向SSPC發(fā)送命令，由SSPC 完成閥門及其它AMS設(shè)備的控制。

考慮到飛行安全，座艙壓力系統(tǒng)由單獨(dú)的控制器完成控制。

(2)電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)的電源控制器作為功能模塊集成在IEMS機(jī)柜內(nèi)，通過接收頂控板的控制信號(hào)和一次配電系統(tǒng)發(fā)送的狀態(tài)信號(hào)，進(jìn)行相應(yīng)控制邏輯判斷向電源系統(tǒng)設(shè)備發(fā)送控制信號(hào)，完成一次配電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換、控制和保護(hù)；通過總線與二次配電裝置(SSPC)相連，完成對(duì)二次配電系統(tǒng)的控制。

(3)燃油系統(tǒng)

燃油系統(tǒng)為發(fā)動(dòng)機(jī)和APU連續(xù)提供燃油，發(fā)動(dòng)機(jī)供油系統(tǒng)由2個(gè)主電動(dòng)泵、2個(gè)輔助電動(dòng)泵和一個(gè)交輸活門組成，系統(tǒng)的控制邏輯分別駐留在2臺(tái)IEMC中，IEMS接收來自頂部控制板的信號(hào)和燃油系統(tǒng)的傳感器信號(hào)，通過邏輯判斷給SSPC發(fā)出控制指令完成對(duì)電動(dòng)泵和交輸活門的控制。APU供油系統(tǒng)由1臺(tái)電動(dòng)泵組成，由頂部控制板上的接通開關(guān)直接控制。

(4)液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)由3套系統(tǒng)組成，第1、2號(hào)系統(tǒng)由一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)泵和一個(gè)輔助電動(dòng)泵組成，第1、2號(hào)系統(tǒng)之間有一個(gè)PTU在一套系統(tǒng)失效時(shí)由另一系統(tǒng)向其供壓，系統(tǒng)的控制邏輯分別駐留在2臺(tái)IEMC中， IEMS接收來自頂部控制板的信號(hào)和液壓系統(tǒng)的傳感器信號(hào)，通過邏輯判斷給SSPC發(fā)出控制指令完成電動(dòng)泵和PTU的自動(dòng)控制。3號(hào)系統(tǒng)由2個(gè)電動(dòng)泵組成，正常情況下2個(gè)泵交替工作，IEMS完成其自動(dòng)交替工作的控制。3套系統(tǒng)的電動(dòng)泵和PTU的手動(dòng)接通是由頂部控制板上的開關(guān)直接控制接觸器來完成。

(5)起落架系統(tǒng)

起落架收放系統(tǒng)設(shè)置2塊接近傳感器電子模塊分別安裝于2個(gè)IEMS機(jī)柜內(nèi)，用于接收駕駛艙內(nèi)起落架的控制信號(hào)和起落架接近傳感器的信號(hào)，完成起落架收放控制。在起落架放出控制盒失效時(shí)，起落架電動(dòng)超控開關(guān)直接控制起落架放下電磁活門放下起落架[5]。

前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)前輪轉(zhuǎn)彎控制功能模塊集成到IEMS機(jī)柜內(nèi)，用于接收駕駛艙內(nèi)前輪轉(zhuǎn)彎手輪、腳蹬的轉(zhuǎn)彎控制信號(hào)和前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的傳感器信號(hào)，完成前輪轉(zhuǎn)彎控制。

剎車系統(tǒng)設(shè)置3塊剎車控制模塊，其中一塊控制外輪剎車，一塊控制內(nèi)輪剎車，一塊控制自動(dòng)剎車，IEMS接收駕駛艙內(nèi)腳蹬剎車控制信號(hào)和剎車系統(tǒng)的壓力傳感器信號(hào)、輪速信號(hào)等，完成相應(yīng)邏輯判斷后，通過總線向SSPC發(fā)送指令來控制相關(guān)的電磁閥門完成剎車控制。

(6)照明系統(tǒng)

照明系統(tǒng)通過IEMS進(jìn)行控制，IEMS接收頂控板或服務(wù)員控制板的控制信號(hào)，將控制信號(hào)傳遞給SSPC，完成各燈具的控制。

駕駛艙的調(diào)光控制系統(tǒng)設(shè)置獨(dú)立的控制器來完成控制功能[6]。

(7)生活服務(wù)設(shè)施

內(nèi)裝飾系統(tǒng)中PSU通過IEMS進(jìn)行控制。水/廢水系統(tǒng)設(shè)置獨(dú)立的控制器來完成控制功能[7]。

4 結(jié)語

某型飛機(jī)采用機(jī)電綜合系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)，可以簡化飛機(jī)機(jī)電控制系統(tǒng)配置，減少機(jī)電系統(tǒng)的控制部件和控制電纜，提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠喽群涂煽啃裕岣呦到y(tǒng)測試性和維護(hù)性。由于減少了機(jī)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線和控制導(dǎo)線，使得電氣互連系統(tǒng)(EWIS)的實(shí)現(xiàn)變得簡單，可以方便的按照余度隔離的原則來敷設(shè)電纜。

[1] 郭生榮.航空機(jī)電系統(tǒng)綜合技術(shù)發(fā)展分析[J].航空科學(xué)技術(shù)，2013(5)：5-10.

[2] 羅海明,謝劍斌,陸志肖.機(jī)電系統(tǒng)綜合化控制和管理[J].直升機(jī)技術(shù)，2010(1)：62-67.

[3] 郭震中,黃偉華,姚有文,等.直升機(jī)機(jī)電綜合管理系統(tǒng)發(fā)展趨勢及關(guān)鍵技術(shù)分析[J].直升機(jī)技術(shù)，2011(3)：63-68.

[4] 自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)[J].中國無線電電子學(xué)文摘,2011(1):161-238.

[5] 鐘科林.民用飛機(jī)起落架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的適航考慮[J].科技資訊，2011(29)：42-44.

[6] 張鵬宇.基于ARINC825的飛機(jī)數(shù)字化駕艙容錯(cuò)控制系統(tǒng)[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2013.

[7] 周建斌.機(jī)電綜合控制對(duì)民機(jī)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響[J].航空工程進(jìn)展，2011(2)：216-219.