張 艷 琴

(石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣與電子工程系,河北 石家莊 050081)

航空電子技術(shù)在小型飛機(jī)上的應(yīng)用經(jīng)歷了分離、聯(lián)合、綜合3個(gè)階段,航電系統(tǒng)也同樣經(jīng)歷了分離式、聯(lián)合式、綜合式3個(gè)階段[1-2].近20年來,綜合航電技術(shù)已經(jīng)成為小型飛機(jī)航電技術(shù)發(fā)展的重要方向.與分離式航電系統(tǒng)相比,綜合航電系統(tǒng)通過智能顯示器顯示各類航電設(shè)備的信息,如通信導(dǎo)航、飛行指引、發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)、飛機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)、告警等,并提供操作接口,除必需的備份儀表、飛機(jī)機(jī)電部件外,綜合航電系統(tǒng)可以滿足小型飛機(jī)對(duì)航電設(shè)備的全部功能和性能要求.

飛機(jī)加改裝綜合航電系統(tǒng)是用綜合航電系統(tǒng)替代原有的機(jī)械儀表系統(tǒng),即把飛機(jī)原有的機(jī)械儀表式的航電系統(tǒng)利用數(shù)字技術(shù)集成后通過液晶顯示器顯示出來,從而有效地改善人機(jī)環(huán)境,減輕機(jī)組人員工作負(fù)擔(dān),提升飛行員對(duì)飛機(jī)狀態(tài)的感知能力.目前國外小型飛機(jī)已經(jīng)普遍安裝了綜合航電系統(tǒng),而我國小型飛機(jī)發(fā)展起步較晚,絕大部分機(jī)型安裝的仍是分離式結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)機(jī)電式航空儀表,落后于我國通用航空產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的需求,因此,迫切需要對(duì)飛機(jī)加改裝綜合航電系統(tǒng),以提升飛機(jī)的飛行和操作品質(zhì).本文在討論綜合航電系統(tǒng)的主要設(shè)備及應(yīng)用的基礎(chǔ)上,探討如何在多用途、輕小型某機(jī)型飛機(jī)上加改裝綜合航電系統(tǒng).

1 綜合航電系統(tǒng)簡介

綜合航電系統(tǒng)是一系列子系統(tǒng)的綜合.隨著民用飛機(jī)對(duì)安全程度、飛行品質(zhì)、經(jīng)濟(jì)性和舒適性要求的不斷提高,對(duì)綜合航電系統(tǒng)的集成度要求也越來越高,功能要求也越來越強(qiáng)大.綜合航電系統(tǒng)的主要目標(biāo)是幫助飛行員更加安全、高效地完成飛行任務(wù).飛機(jī)綜合航電系統(tǒng)的功能分為9類,分別為顯示、控制、導(dǎo)航、通信、監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、檢測、告警和維護(hù)[3].

綜合航電系統(tǒng)集綜合化、模塊化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化于一體[4].飛機(jī)加改裝綜合航電系統(tǒng),必須保證可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和可維修性.其中,安全性是航空發(fā)展的生命線.可靠性是保證安全性的重要基礎(chǔ),也是達(dá)到飛機(jī)適航性的重要因素,能夠在很大程度上決定飛機(jī)的最終安全性和經(jīng)濟(jì)性.經(jīng)濟(jì)性是民用飛機(jī)具有市場競爭力和生命力的重要因素.可維修性在很大程度上決定著飛機(jī)的運(yùn)營效率和維修成本,對(duì)飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性也有重要影響[5-6].

2 綜合航電系統(tǒng)的主要設(shè)備及應(yīng)用

某小型飛機(jī)加改裝綜合航電系統(tǒng)的交聯(lián)接口關(guān)系見圖1,綜合航電系統(tǒng)主要設(shè)備組成及在某小型飛機(jī)上的安裝位置見表1.

2.1 顯示器

飛行顯示器負(fù)責(zé)接收和處理來自系統(tǒng)外設(shè)的數(shù)據(jù)信息,完成各種參數(shù)和功能的顯示,響應(yīng)飛行員的操作、控制、選擇及數(shù)據(jù)加卸載等輔助功能.

當(dāng)綜合處理機(jī)工作正常時(shí),飛行顯示器通過以太網(wǎng)完成與綜合處理機(jī)的交互,接收和處理來自綜合處理機(jī)及其他航電設(shè)備的信號(hào),完成信息交互、數(shù)據(jù)處理、圖形顯示、操作控制、故障自檢、數(shù)據(jù)加卸載等;當(dāng)綜合處理機(jī)或飛行顯示器出現(xiàn)故障時(shí),通過冗余備份電路和故障處理功能,可以判斷故障的狀態(tài),并進(jìn)入不同的工作模式.

圖1綜合航電系統(tǒng)交聯(lián)接口關(guān)系圖

表1 綜合航電系統(tǒng)的主要設(shè)備

2.1.1 顯示屏設(shè)計(jì)

顯示屏(含導(dǎo)光板)是飛行顯示器的顯示與控制終端.在某機(jī)型飛機(jī)上加裝綜合航電系統(tǒng)時(shí),顯示屏的基本布局見圖2.

圖2 顯示器正視示意圖

2.1.2 機(jī)箱結(jié)構(gòu)

飛行顯示器的機(jī)箱主體材料選用鋁合金,機(jī)箱表面涂敷黑色無光漆.

機(jī)箱設(shè)計(jì)尺寸:長(300 mm)×寬(204 mm)×厚(72 mm).

機(jī)箱通過前面板的6 個(gè)螺孔與飛機(jī)固定在一起,機(jī)箱的外形及尺寸見圖3.

圖3 機(jī)箱的外形及尺寸

2.1.3 飛行顯示器界面

飛機(jī)的飛行顯示器包括兩臺(tái)10.4英寸LCD 顯示器,顯示器帶有周邊按鍵,內(nèi)部有視頻信號(hào)處理模塊,可方便對(duì)飛行顯示器上所有輸入的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理、顯示控制、人機(jī)交互界面選擇等.顯示語言以英語為主,維護(hù)信息采用中文和英文.數(shù)據(jù)單位以英制為主,可以轉(zhuǎn)換成公制.

正常情況下,一臺(tái)顯示器作為主飛行顯示器(PFD)的顯示界面,見圖4,主要顯示飛行員飛行所需要的信息,包括通信信息、姿態(tài)指引信息、航向信息、速度信息、高度信息、側(cè)滑信息等;另一臺(tái)顯示器作為多功能顯示器(MFD)的顯示界面,見圖5,顯示發(fā)動(dòng)機(jī)及機(jī)上各系統(tǒng)的狀態(tài)信息、電子地圖等,通過顯示器周邊按鍵的切換進(jìn)入各種系統(tǒng)狀態(tài)信息顯示界面和設(shè)置界面.多功能顯示器設(shè)有導(dǎo)航設(shè)置功能,如信息窗打開/關(guān)閉、航線/航段切換、求近、改航、航圖縮放、直飛、計(jì)劃等.兩臺(tái)顯示器可以互為備份,當(dāng)其中一臺(tái)顯示器出現(xiàn)故障時(shí),另一臺(tái)顯示器可以自動(dòng)切換或通過人工強(qiáng)制切換進(jìn)入飛行員需要的界面.

圖4 主飛行顯示器的顯示界面

圖5 多功能顯示器的顯示界面

2.2 綜合處理機(jī)

2.2.1 整體設(shè)計(jì)

綜合處理機(jī)是一臺(tái)綜合化接口處理設(shè)備,主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)處理綜合航電系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的數(shù)據(jù),并向其他設(shè)備(飛行顯示器)發(fā)送顯示數(shù)據(jù)和控制命令,具有故障檢測、數(shù)據(jù)記錄等功能.

2.2.2 機(jī)箱結(jié)構(gòu)

綜合處理機(jī)的箱體采用鋁合金加工而成,顏色采用本色無光處理.

整機(jī)設(shè)計(jì)尺寸:長(310 mm)×寬(250 mm)×厚(206 mm).機(jī)箱的外形見圖6.

圖6 綜合處理機(jī)箱體的外形

2.3 大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)

2.3.1 整體設(shè)計(jì)

大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)接收來自飛機(jī)上的空速管、大氣溫度傳感器等的輸入信息,并計(jì)算/換算出相應(yīng)的大氣參數(shù),按照規(guī)定的格式向飛機(jī)上的其他系統(tǒng)提供所需的各種大氣參數(shù).同時(shí),大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)具有監(jiān)控功能.

2.3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的外形尺寸為162 mm×112 mm×92 mm(不含總靜壓接管嘴、電連接器等).通過底部的4個(gè)M4螺釘與飛機(jī)連接.其外形及尺寸見圖7.

圖7 大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的外形及尺寸

2.4 捷聯(lián)航姿系統(tǒng)

2.4.1 整體設(shè)計(jì)

捷聯(lián)航姿系統(tǒng)采用微機(jī)械速率陀螺、微機(jī)械加速度計(jì)和捷聯(lián)磁傳感器,來敏感測量飛機(jī)在飛行過程中沿機(jī)體3個(gè)軸向的運(yùn)動(dòng)角速率信號(hào)、線加速度信號(hào)及地磁信號(hào)分量,經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換和DSP 數(shù)字信號(hào)處理器處理,輸出載體的航向、姿態(tài)信號(hào).通過RS422接收GPS 數(shù)據(jù),通過ARINC429 總線接收高度數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對(duì)捷聯(lián)航姿系統(tǒng)的參數(shù)校正.

2.4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

捷聯(lián)航姿系統(tǒng)包括航姿基準(zhǔn)部件和磁傳感器兩部分.航姿基準(zhǔn)部件通過底蓋板上的4個(gè)M4螺釘與飛機(jī)連接,其外形尺寸為185 mm×143 mm×125 mm(不含插頭安裝尺寸).航姿基準(zhǔn)部件的外形及尺寸見圖8.

圖8 航姿基準(zhǔn)部件的外形及尺寸

磁傳感器根據(jù)產(chǎn)品參數(shù)要求,確定安裝位置和固定方式,設(shè)備外形及尺寸見圖9.

圖9 磁傳感器的外形及尺寸

2.5 甚高頻電臺(tái)

2.5.1 整體設(shè)計(jì)

甚高頻通信系統(tǒng)供飛機(jī)與地面臺(tái)站、飛機(jī)與飛機(jī)間進(jìn)行雙向話音通信.目前,國內(nèi)的甚高頻通信網(wǎng)已實(shí)現(xiàn)全覆蓋,通過地面臺(tái)站的中繼,能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信.

2.5.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

甚高頻電臺(tái)的機(jī)箱采用鋁合金加工而成,顏色采用本色無光處理.

整機(jī)設(shè)計(jì)尺寸:長(221.3 mm)×寬(220.0 mm)×厚(35.0 mm).

機(jī)箱的外形及尺寸設(shè)計(jì)見圖10.

圖10 甚高頻電臺(tái)機(jī)箱的外形及尺寸

2.6 無線電羅盤

2.6.1 整體設(shè)計(jì)

無線電羅盤又稱自動(dòng)定向儀(ADF),指利用環(huán)形天線方位搜尋技術(shù)(機(jī)載接收時(shí)通常用兩個(gè)相互垂直的環(huán)狀天線)確定輻射源的方位角,使飛機(jī)在給定的方向完成從一個(gè)信標(biāo)臺(tái)至另一個(gè)信標(biāo)臺(tái)的飛行,引導(dǎo)飛機(jī)完成著陸前的進(jìn)場和進(jìn)出空中走廊口的工作.使用最廣泛的輻射源是工作在200 k Hz～1 600 k Hz頻段的無向信標(biāo).

ADF由集成傳感器和環(huán)狀天線組成,接收和處理來自水平環(huán)形天線和垂直環(huán)形天線到地面導(dǎo)航臺(tái)的信號(hào),并將處理后的方位信息送至顯示器,顯示飛機(jī)與地面導(dǎo)航臺(tái)的相對(duì)方位,并發(fā)出導(dǎo)航音頻信息.ADF除了在方位搜尋模式下工作,還可在收訊模式下工作.收訊模式不定向,僅將分離出的地面導(dǎo)航臺(tái)的音頻識(shí)別信號(hào)送至飛機(jī)音頻系統(tǒng).如果此時(shí)設(shè)置在某中波電臺(tái)頻率,則可以用作普通中波收音機(jī)收聽廣播.

2.6.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

無線電羅盤的機(jī)箱采用鋁合金加工而成,顏色采用本色無光處理.

整機(jī)設(shè)計(jì)尺寸:長(300 mm)×寬(247 mm)×厚(47 mm).

機(jī)箱的外形及尺寸見圖11.

圖11 無線電羅盤機(jī)箱的外形及尺寸

2.7 導(dǎo)航通信單元

2.7.1 整體設(shè)計(jì)

導(dǎo)航通信單元(NCU)適用于通航中小型飛機(jī),是高度集成的航電設(shè)備,其內(nèi)部集成了一部甚高頻電臺(tái)、一部VOR/ILS組合接收機(jī)和一部無線電羅盤.

2.7.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)尺寸為長(310.9 mm)×寬(172.0 mm)×厚(45.5 mm),其外形見圖12.

圖12 導(dǎo)航通信單元外形

2.8 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器

2.8.1 整體設(shè)計(jì)

發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器主要完成滑油溫度測量、潤滑油壓力、燃油流量、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、汽缸頭溫度、發(fā)電機(jī)溫度等數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、信號(hào)傳遞等工作.發(fā)動(dòng)機(jī)油量數(shù)據(jù)由油量處理機(jī)采集并以RS422總線傳輸?shù)桨l(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器,由發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、轉(zhuǎn)換處理,并最終發(fā)送給顯示、控制分系統(tǒng).發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器一般就近安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)支架附件處,以減小發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)信號(hào)的傳輸失真.

2.8.2 結(jié)構(gòu)尺寸

尺寸:長(120 mm)×寬(80 mm)×厚(40 mm).發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器的安裝示意圖見圖13.

2.9 分立航空電子設(shè)備

圖13 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器的安裝示意圖

分立航空電子設(shè)備包括一套應(yīng)急定位發(fā)射機(jī),一個(gè)可供駕駛員觀察的具有指示時(shí)、分、秒功能的航空時(shí)鐘.

為保證飛行安全,加裝綜合航電系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)適航規(guī)章要求配置相應(yīng)的應(yīng)急備份儀表,包括磁羅盤、地平表、氣壓高度表和空速表,均安裝于儀表板中部下方,分別用來測量飛機(jī)的航向信息、姿態(tài)信息,指示飛機(jī)的氣壓高度和飛機(jī)的指示空速,且都具有表內(nèi)照明功能.

某機(jī)型飛機(jī)安裝綜合航電系統(tǒng)后,其儀表板布局圖見圖14.

圖14 儀表板布局圖

3 結(jié)語

飛機(jī)加裝綜合航電系統(tǒng),不僅能夠減少飛機(jī)駕駛艙的儀表和按鈕等設(shè)備,減輕復(fù)雜電子設(shè)備的體積和重量,減輕飛行員的工作負(fù)擔(dān),而且可以提高可靠性.