劉夏青，吳 斌，趙 剛，蔡曉樂

(中國航空工業(yè)集團公司西安航空計算技術研究所，陜西 西安 710065)

1 背景

大型飛機的研制是一個國家工業(yè)水平的體現(xiàn)和綜合國力的象征，為避免大型軍事裝備受制于人，自主研發(fā)適用于大型飛機的環(huán)境控制系統(tǒng)已成為國家戰(zhàn)略[1]。

飛機環(huán)境控制系統(tǒng)作為重要的機載系統(tǒng)之一，承擔著為機上人員提供舒適空氣環(huán)境的任務。環(huán)控系統(tǒng)通過控制機艙內(nèi)空氣的溫度、濕度、流速、壓力等參數(shù)，向機組人員和乘客提供足夠舒適的生存和工作環(huán)境[2]。

飛機座艙環(huán)境控制系統(tǒng)的發(fā)展，從20世紀30年代中期算起，至今約有近70年的歷史。隨著現(xiàn)代飛機飛行高度、速度、機動性和適應性的不斷提高，外界工作條件的變化也越來越復雜。飛機需要適應外界環(huán)境條件的急劇變化，這就要求飛機的環(huán)控系統(tǒng)具有在急劇變化條件下的適應性。這不僅增加了環(huán)控系統(tǒng)的復雜性，而且對環(huán)控系統(tǒng)的可靠性也提出了更高要求。

壓調(diào)是環(huán)控系統(tǒng)中一個非常重要的系統(tǒng)，是飛行員及機上人員的生命安全的重要保障，因而對壓調(diào)的余度設計也顯得尤為重要。本文圍繞大型飛機環(huán)控系統(tǒng)壓調(diào)余度設計策略進行論述。

2 環(huán)控系統(tǒng)計算機硬件設計

大型飛機環(huán)控系統(tǒng)計算機應用于座艙壓力控制分系統(tǒng)，單架份飛機配置2臺，為2×2余度設計，兩臺計算機就分別對左、右機身環(huán)控系統(tǒng)相關設備或子系統(tǒng)進行控制與監(jiān)控。每臺計算機應具備雙通道處理能力；具備分組配電能力，實現(xiàn)余度控制和容錯管理；具備處理器功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和輸出控制功能；具備周期任務調(diào)度功能；具備軟件監(jiān)控功能；具備與機電管理計算機、數(shù)據(jù)采集計算機、供電管理計算機、起落架收放和位置指示控制單元，以及雙機雙通道間總線通訊功能；具備與大氣數(shù)據(jù)機、事故記錄單元、駕駛艙排氣活門、貨艙排氣活門、防冰探測盒的總線通訊功能；具備與座艙壓力傳感器和貨艙壓力傳感器的總線通訊功能；具備駕駛艙排氣活門及貨艙排氣活門的手動控制功能；具備駕駛艙排氣活門及貨艙排氣活門的高度限制和抑制功能；具備自檢測功能；具備故障存儲功能；具備開發(fā)調(diào)試功能。

環(huán)控系統(tǒng)計算機與外部環(huán)控系統(tǒng)的各子系統(tǒng)的聯(lián)系框圖如圖1所示。

依據(jù)環(huán)控系統(tǒng)計算機設計要求及功能構型要求，左、右環(huán)控計算機采用同構型設計，環(huán)控計算機內(nèi)部的A、B自動通道采用同構型設計，左、右環(huán)控系統(tǒng)計算機相應通道通過HB6096數(shù)據(jù)總線進行信息交換，A、B通道通過HB6096總線進行狀態(tài)及數(shù)據(jù)交換，通過通道故障邏輯進行通道選擇控制。環(huán)控系統(tǒng)計算機A、B通道為主/備工作模式。當主通道功能失效，備份通道相關功能開始工作。

圖1 環(huán)控計算機系統(tǒng)連接框圖

3 環(huán)控系統(tǒng)計算機軟件設計

環(huán)控計算機雙機雙通道采用統(tǒng)一硬件平臺，根據(jù)硬件平臺統(tǒng)一配置操作系統(tǒng)和開發(fā)驅(qū)動軟件，每個通道根據(jù)系統(tǒng)要求進行模塊配置和調(diào)用相應驅(qū)動軟件，并運行每個通道的控制軟件。

雙機雙通道進行不同的控制功能，四個通道對應的軟件為獨立運行軟件，本系統(tǒng)軟件采用分區(qū)加載的形式，即每個通道都灌裝全部四個軟件，環(huán)控計算機加電之后，通過對機型識別、機位識別和通道識別后，根據(jù)相關通道軟件不同位置加載不同的應用軟件到FLASH中，因而可實現(xiàn)環(huán)控計算機在駕駛艙左右綜合設備柜位置的可互換性。

對于每個通道軟件，分為地面支持軟件和正常工作軟件。正常工作軟件包括系統(tǒng)軟件和應用軟件。應用軟件完成環(huán)控計算機所連接的環(huán)控子系統(tǒng)的實際監(jiān)控管理和控制任務，系統(tǒng)級的故障處理。系統(tǒng)軟件是應用軟件運行軟件平臺，系統(tǒng)軟件初始化環(huán)控計算機運行的各種資源，提供各種驅(qū)動接口，同時實時檢測環(huán)控計算機的運行狀態(tài)并記錄故障信息。

4 壓調(diào)系統(tǒng)余度策略

由于壓調(diào)系統(tǒng)的重要性，環(huán)控計算機壓調(diào)控制系統(tǒng)為三余度設計，兩個自動控制通道和一個手動控制通道。

因為壓調(diào)是飛機環(huán)控系統(tǒng)中非常重要的系統(tǒng)，座艙壓力及變化率，是環(huán)控系統(tǒng)調(diào)節(jié)參數(shù)中人員最敏感，且易造成損傷的生理參數(shù)，甚至關系到機上人員的生命安全。為保證可靠性和安全性，因而該系統(tǒng)至少要采用雙余度設計，這里的三余度設計是在雙余度自動控制的基礎上增加無軟件運行的手動控制通道，是壓調(diào)系統(tǒng)功能正常工作的重要保障。

兩個自動控制通道分別分布在控制的1A通道和2A通道，通過應用軟件的PID算法程序和邏輯控制程序?qū)崿F(xiàn)。

手動控制功能由PCM模塊實現(xiàn)，采用純硬件方式實現(xiàn)，同構型設計，通過外部電氣線路的功能配置，使左、右環(huán)控計算機分別實現(xiàn)駕駛艙排氣活門及貨艙排氣活門的手動控制功能、駕駛艙排氣活門及貨艙排氣活門的高度告警功能。

1B和2B通道分別實現(xiàn)壓調(diào)系統(tǒng)應用軟件功能的監(jiān)控及安全功能監(jiān)控任務。

壓調(diào)系統(tǒng)的余度策略是，1A和2A兩個自動控制通道將本通道相關余度信號數(shù)據(jù)發(fā)送給另一自動通道，包括心跳信號、總線協(xié)商節(jié)點信號、通道狀態(tài)等，同時并接收另一自動通道相關余度信號數(shù)據(jù)。本通道根據(jù)周期BIT信息、本通道和它通道的余度信息進行綜合決策，來進行壓調(diào)自動控制功能的切換。若本自動通道壓調(diào)出現(xiàn)故障時，另一自動通道進行任務接管，當另一自動通道也失效時，控制器將切換至手動控制模式下進行壓調(diào)功能保障。

環(huán)控計算機壓調(diào)功能分布如圖2所示。

5 小結(jié)

針對大型飛機環(huán)控系統(tǒng)系統(tǒng)需要，對壓調(diào)系統(tǒng)余度策略展開研究。利用環(huán)控計算機架構及軟硬件配置，設計了壓調(diào)的三余度控制方法。由于壓調(diào)在環(huán)控系統(tǒng)中的重要性，基于自動和手動模式的三余度控制設計策略大大滿足了該關鍵系統(tǒng)的可靠性和安全性。

圖2 環(huán)控計算機壓調(diào)功能分布圖

[1] 黨曉民，成杰，林麗.我國大型飛機環(huán)境控制系統(tǒng)研制展望[J].航空工程進展，2010(2)：21-24.

[2] 劉剛，劉衛(wèi)，張鶴林.飛機環(huán)控系統(tǒng)管路設計研究與探討[J].航空科學技術，2014(4)：13-18.