民用飛機環(huán)控系統(tǒng)試驗用航電系統(tǒng)仿真器設(shè)計

李德慶 段 春

（上海飛機設(shè)計研究院，中國 上海201210）

0 引言

航電系統(tǒng)是飛機的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”。飛機環(huán)控系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)如空氣管理系統(tǒng)、風(fēng)擋加熱系統(tǒng)、氧氣系統(tǒng)等都與航電系統(tǒng)存在輸入輸出交聯(lián)關(guān)系。 在環(huán)控試驗室進行系統(tǒng)綜合試驗時，空氣管理系統(tǒng)的控制器、風(fēng)擋加熱系統(tǒng)的控制器均需要接收通過航電網(wǎng)絡(luò)發(fā)送來的信號作為系統(tǒng)運行的必要條件。 同時，試驗也用于驗證環(huán)控系統(tǒng)發(fā)送給航電系統(tǒng)的信號是否與設(shè)備狀態(tài)一致。這些試驗功能必須通過航電系統(tǒng)仿真器來實現(xiàn)。

航電系統(tǒng)仿真器用來模擬飛機系統(tǒng)通過航電網(wǎng)絡(luò)傳遞數(shù)據(jù)的功能。 該仿真器不僅模擬環(huán)控系統(tǒng)控制器上傳給航電網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，同時還模擬環(huán)控系統(tǒng)工作所需的來自飛機其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。航電系統(tǒng)仿真器就像“一座橋”，將跟航電網(wǎng)絡(luò)有交聯(lián)的環(huán)控系統(tǒng)部件與環(huán)控系統(tǒng)控制器聯(lián)接起來，通過航電系統(tǒng)仿真器傳輸和顯示的信息來控制和監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)。航電系統(tǒng)仿真器是進行環(huán)控試驗室系統(tǒng)試驗必不可少的設(shè)備。

1 航電系統(tǒng)仿真器技術(shù)要求

航電仿真器試驗件用于仿真飛機上其它系統(tǒng)與空氣管理系統(tǒng)、風(fēng)擋加熱系統(tǒng)和氧氣系統(tǒng)之間的交聯(lián)信號、 數(shù)據(jù)信息以及邏輯關(guān)系，從而為空氣管理系統(tǒng)、風(fēng)擋加熱系統(tǒng)以及氧氣系統(tǒng)提供其正常工作所必需的輸入激勵，并能夠?qū)ι鲜鱿到y(tǒng)的工作參數(shù)進行采集、傳輸、處理，完成系統(tǒng)的狀態(tài)顯示及控制。航電系統(tǒng)仿真器與環(huán)控系統(tǒng)的交聯(lián)關(guān)系如圖1 所示。

圖1 航電仿真器試驗件交聯(lián)架構(gòu)

航電系統(tǒng)仿真器基本功能要求如下：

1）接收環(huán)控系統(tǒng)控制器發(fā)送給其他系統(tǒng)的信號并在顯示界面上顯示出來，并顯示信號的工程量，可查看相應(yīng)的數(shù)據(jù)包；

2）仿真輸出其他系統(tǒng)通過航電網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給環(huán)控系統(tǒng)控制器的信號；3）能夠模擬發(fā)動機動態(tài)性能曲線并實時輸出發(fā)動機參數(shù)傳給環(huán)控系統(tǒng)控制器。

4） 將環(huán)控系統(tǒng)控制器發(fā)出的ARINC429 總線信號轉(zhuǎn)換為控制信號，通過CAN 總線或硬線輸出給環(huán)控系統(tǒng)相應(yīng)部件；

5）將環(huán)控系統(tǒng)的風(fēng)扇、活門等部件的反饋信號采集并轉(zhuǎn)換為ARINC429總線信號，傳送給環(huán)控系統(tǒng)控制器；

6）仿真其他系統(tǒng)通過航電網(wǎng)絡(luò)傳送給環(huán)控系統(tǒng)部件的信號；

7）能在人機操作界面上設(shè)置信號，并能將該信號轉(zhuǎn)換為總線信號或離散信號，輸出給環(huán)控系統(tǒng)控制器；

8）接收和解析環(huán)控系統(tǒng)控制器發(fā)出的控制信號（進行源選擇），并將該控制信號輸出給相應(yīng)的供電接觸器，從而實現(xiàn)對環(huán)控系統(tǒng)用電設(shè)備的供電控制；

9）能在操作界面上手動輸入供電參數(shù)，該供電參數(shù)可以在供電接觸器工作后， 通過仿真器的ARINC429 總線傳送給環(huán)控系統(tǒng)控制器，用于對供電系統(tǒng)狀態(tài)的判斷；

10）在人機交互界面上可設(shè)置所有的空氣管理系統(tǒng)控制板信號，所有信號能通過總線方式下傳給環(huán)控系統(tǒng)控制器， 且部分開關(guān)信號能夠通過硬線輸出給環(huán)控系統(tǒng)控制器；

11）航電仿真器下傳給環(huán)控系統(tǒng)控制器的數(shù)據(jù)須能通過設(shè)置腳本文件的方式批量實現(xiàn)。

2 航電系統(tǒng)仿真器技術(shù)方案

航電系統(tǒng)仿真器架構(gòu)如圖2 所示。主要包括上位機和仿真主機兩部分。 上位機和仿真主機間通過以太網(wǎng)相連。

圖2 航電系統(tǒng)仿真器設(shè)計架構(gòu)

2.1 上位機

上位機采用windows 操作系統(tǒng)，主要配置有控制板仿真模塊和航電系統(tǒng)仿真器監(jiān)控軟件?？刂瓢宸抡婺K用于實現(xiàn)對環(huán)控系統(tǒng)控制板信號的仿真。 航電系統(tǒng)仿真軟件主要用于提供對系統(tǒng)進行啟?？刂?、對環(huán)控系統(tǒng)參試設(shè)備遠程電源控制、 對輸入輸出數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控、對靜態(tài)激勵數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和發(fā)送等。

2.1.1 控制板仿真模塊

控制板仿真模塊主要用于仿真環(huán)控系統(tǒng)控制板上相應(yīng)的開關(guān)或按鈕。在航電系統(tǒng)仿真器上位機界面上可設(shè)置所有的環(huán)控系統(tǒng)控制板信號，所有信號能通過總線方式下傳給環(huán)控系統(tǒng)控制器，且部分開關(guān)（發(fā)動機引氣開關(guān)、機翼防冰開關(guān)）信號能夠通過硬線輸出給環(huán)控系統(tǒng)控制器，仿真器能實現(xiàn)總線信號和離散信號同步；

界面設(shè)計以機上實際控制面板為參照對象進行設(shè)計。 每個開關(guān)（按鈕） 通過腳本文件與相應(yīng)的控制板卡通道相關(guān)聯(lián)以實現(xiàn)其控制功能。

為保證系統(tǒng)仿真的實時性，在程序中以短周期方式對控制板仿真界面中各個開關(guān)（按鈕）進行掃描，獲取其最新狀態(tài)。

2.1.2 仿真器監(jiān)控軟件

航電仿真器監(jiān)控軟件為客戶提供對航電系統(tǒng)仿真器進行控制以及實時數(shù)據(jù)監(jiān)控的人機界面。航電系統(tǒng)仿真器監(jiān)控軟件界面示意如圖3 所示，功能主要包括：

（1）航電仿真器運行控制；

（2）仿真初始化設(shè)置；

（3）實時數(shù)據(jù)監(jiān)控；

（4）仿真變量調(diào)參。

圖3 仿真器監(jiān)控軟件界面示意

2.2 仿真主機

仿真主機采用LINUX 操作系統(tǒng)，通過提供的航電仿真器模型，對空氣管理系統(tǒng)與航電/非航電的接口、 風(fēng)擋加熱系統(tǒng)接口以及旅客氧氣系統(tǒng)接口進行仿真。 仿真模型通過對底層封裝的I/O 模塊進行操作，完成ARINC429、CAN、離散量、模擬信號的收發(fā)。

2.2.1 接口仿真模塊

仿真目標(biāo)機可以實現(xiàn)對航電系統(tǒng)接口的仿真功能，仿真器通過預(yù)設(shè)的參數(shù)進行接口數(shù)據(jù)收發(fā)。仿真過程可以通過上位機監(jiān)控軟件對參數(shù)進行調(diào)整，從而改變數(shù)據(jù)的發(fā)放周期或信號的實際值。

接口仿真模塊包括空氣管理系統(tǒng)及部件的接口仿真、風(fēng)擋加熱控制系統(tǒng)接口仿真，旅客氧氣系統(tǒng)接口仿真、接口服務(wù)適配模塊等。

2.2.2 I/O 接口模塊航電系統(tǒng)仿真器I/O 接口主要包括ARINC429、CAN、 離散量、模擬量等。

3 結(jié)語

航電系統(tǒng)仿真器是開展環(huán)控系統(tǒng)試驗室試驗的重要試驗部件，本文結(jié)合環(huán)控系統(tǒng)試驗需求，介紹了一套基于上下位機架構(gòu)的航電系統(tǒng)仿真器設(shè)計。

［1］孫江平,崔燚.基于仿真技術(shù)的飛機環(huán)控試驗室設(shè)計[J].民用飛機設(shè)計與研究,2012，12.

［2］孫江平.民用飛機環(huán)控系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J].計算機仿真,2012，10.