集成航空电子

      许多年来,航空电子设计师们一直致力于提高航空电子设备的灵活性、速度和实用性,这些集中体现在PC电脑的改进上。然而,航空电子系统需要比PC电脑更大程度的集成性和可靠性。最新的集成电子舱承担着比普通办公电子设备更加重要的任务。


工程师在检查Primus Epic 航空电子舱内第三方的应用模块。

      光标控制设备、下拉式菜单和点击式控制在新型公务机驾驶舱中的应用令我们联想到PC电脑。目前,在所有的飞机处理舱内,采用集成构造有助于实时执行许多复杂的功能,使其在飞行临界环境中保持与PC电脑的相似之处。

      霍尼韦尔和罗克韦尔·柯林斯公司推出的最新版本的集成航空电子系统已经开始将处理提高到了“即插即用”的水平。
霍尼韦尔公司新近推出的Primus Epic系统可能是目前在集成电子领域做了最多尝试的系统。该系统可允许其他制造商在处理舱中插入航空电子应用卡。在公务机市场,雷神公司的豪客地平线(Hawker Horizon)公务机将是第一架开发最为全面、集成程度最高的航空电子舱结构的公务机。

      为主要航空电子制造商所采用的鲁棒分割(Robust Partitioning)操作系统是集成技术的关键所在。该软件具有多种用,即使在不同的临界程度,也可在相同的处理模块上得以共存。例如,霍尼韦尔公司在一个类型处理模块上设置了5种功能,这些功能包括大气数据监测、机组警告、应用控制、显示控制和配置监控等。在美国空军KC-135飞机的新式驾驶舱内,罗克韦尔·柯林斯公司推出的系统能够在同样的模块上进行民用和军用航空的管理。这些操作系统还将软件的应用与基础硬件隔离开来。

      类似于PC电脑的构造

      霍尼韦尔公司提供的子类、区域装载模块利用了硬件可与软件分离观察这一现象。霍尼韦尔公务、支线及通用航空部门的高级技术工程师Byron Birkedahl说,公司提供的这些模块能够用在不同型号的飞机上。这些硬件模块只可使用“boot”软件及数据装载代码进行装载。“所有的可执行软件均包含在一张CD光盘中,软件的装载甚至比在PC上还要方便,”Birkedahl补充说。

      在最简单的物理层面上,PC构造将芯片处理、输入/输出设备、内存、通信及控制功能等组建为卡(或卡上的芯片),这样便可在一个共同的总线或背板上共享数据。当你需要添加新的功能时,只需插入一个新的PC卡或装载一个新的软件程序,卡和软件程序可从各零售商处购买。系统中留有的空槽为其功能的扩展提供了可行的空间。此外,用户还能不断添加新的用途和卡片,直到用完处理和内存资源。PC卡还能被主计算机自动识别并接受。

      PC机主能够创造出无数种配置,尽管其中有一些无法运行。如果同时运行太多的软件,则需占用大量的内存空间和处理时间,这将极大降低系统的运行速度甚至会导致系统崩溃。Birkedahl总结说,PC机具有不确定性,也就是说,执行每项任务所需的时间不能被提前决定并得到保证。

      航空电子处理系统则必须保证数据的高度完整性、有效性、可靠性以及满足环境要求,这是其与PC机的一些不同之处。然而,航空电子设计师们还是意识到集成技术的优势。他们认为将相关联的功能集中在一起是非常有道理的,这样可以达到资源的共享。

      罗克韦尔·柯林斯商务系统部的飞机系统和构造总监Stephen Brand解释说,与分散式结构相比,电子舱中(或者卡上的软件)各种功能以卡片的形式进行合并实现快捷的互连还降低了潜伏期。用户只需点鼠标,便可使用电子舱中所有的功能。为了能够达到客户想要的最终结果,就必须能够交流或进行快速的通信。更加先进的航空电子系统利用通用的接口电路,在一个共享的背板上设置了许多模块。

      在霍尼韦尔的案例中,通用接口这一技术特点允许所有的卡在背板上进行沟通交流,并且保证他们在其他的飞机上仍能被再次使用。然而,必须严格控制配置。卡在电子舱内被分布到具体的插槽中,飞机上安装了一些仅有的提前确定的软件应用程序。但是飞机型号认证常常涉及到多个独立检测的配置,为客户提供了很大的选择空间,包括单独或双重的操作软件和硬件功能等。即使一系列的配置被认可并且在一种特定的机型上通过认证,仍需要不断升级开发,直到认证后才能被充分地确定下来。

      减轻重量

      霍尼韦尔的Primus Epic电子舱需要处理系统内大约14种应用功能的相关数据。其他制造商提供的应用程序可作为第三方模块在电子舱中执行。霍尼韦尔公司将其他应用程序全部集成在软件中,并存放在子类处理卡上。这种取代独立框的软件设计可节省300到400磅(136公斤到181公斤)的重量。霍尼韦尔Primus Epic应用集成部的技术经理Doug Endrud说,工程师们能减少航线可替换设备的数量,利用相关的连接器和电线可控制操作面板和机械开关。

      在电子舱中大量应用处理的结合还可让设计师们设计出更直观、反应更加快捷的显示器。Endrud解释说:“你需要在屏幕画面的电子管上运行光标,细微的变化将会在屏幕上显示出来,你可以清楚地掌握他们发生的过程。

      现在,Primus Epic系统能够将诸如液压控制/监控、冰/雨保护控制/监控、氧气控制/监控、排气控制/监控、防火控制/监控和反推控制/监控等应用功能集成在子类处理卡的软件中。豪客地平线公务机和巴西航空的Embraer170飞机已在不同程度上应用了这项技术。霍尼韦尔公司还构想将处理卡上运行板卡最终替换成为保护性的专用软件程序。

      也许有人会问,集成技术会导致收益减小吗?就此问题,Brandt认为用户很可能只会受到输入/输出能力以及由认证过程中产生的物理隔离要求的限制。但只要处理器的速度足以将数据及时输送到位,集成技术就能进一步提高系统性能。从理论上来讲,集成的程度越高,就会为设计师提供继续减少系统大小、重量以及电力需求的空间。所有的这些都将在飞机的实际操作中体现出其“金子”般的经济价值。

      霍尼韦尔还采用了与飞机等宽的、飞机系统间的“双/双”冗余航空电子标准通信总线(Avionics Standard Communication Buses, ASCBs)。(飞机中运行着4条分离的航空标准通信总线——驾驶员旁边和副驾旁边各有两个镜象。数据可在双方之间共享)。雷神公司的豪客地平线飞机产品开发部负责人Tom Hilpert解释说,航空电子标准通信主线像一个协议。举例而言,防滑制动控制系统被集成为背板上的一个模块,同时向航空电子标准通信主线发出固定的数据语言。

      中国的支线飞机市场

      中国的ARJ21支线喷气式飞机计划采用柯林斯公司最新版本的电子舱,该电子舱设计预计将于2008年通过认证。这种电子舱设计构造在基架总线和飞机航空电子网络上都将采用10/100-Mbit/s速率的以太网技术。霍尼韦尔公司还将为ARJ21飞机提供电传操作(Fly-by-wire, FBW)系统,并将其与独立的小型模拟计算机和基于电子舱的“增加”处理相结合。“增加”处理将在一对小型的、单功能的Primus Epic电子舱中进行操作。

      柯林斯集成处理系统(Integrated Processing System, IPS)是一种模块化的电子舱处理系统。它还是一种双通道处理器,只储存以太网上与飞行有关的数据

想要阅读全文?请马上订阅

搜索