飛機電源系統導線電氣特性數據庫設計

黃勇

摘要：本文針對目前使用最廣泛的某種現役飛機的電源系統，開發其導線電氣特性數據庫，建立功能完備、操作方便的維修信息管理系統，以文本方式實時查詢、輸出導線的技術數據，為系統維護提供信息基礎。該數據庫不僅可以達到優化飛機導線的數據管理的目的，而且可以使維修人員避免為了查對導線數據而人工翻閱大量的技術手冊，從而提高了民航機務維修效率。

Abstract： This paper， aiming at the power supply system of a most widely used aircraft， develops its wire electrical characteristic database， builds a maintenance information management system with complete function and easy operation， querying and outputting real-time wire technical data in text mode， and providing information basis for system maintenance. The database can not only achieve the goal of optimization of aircraft wire data management， but also avoid looking over a large number of technical manuals when checking the wire data， thereby enhancing the efficiency of civil aviation maintenance.

關鍵詞：飛機電源系統；數據庫；飛機導線；電氣特性

Key words： airplanes' electrical power system；database；wire；electrical characters

中圖分類號：TP311.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）08-0200-04

0 引言

飛機電源系統是機載電氣設備的一個重要組成部分，它的作用是向飛機上所有用電設備供電。早期飛機電源系統能夠產生和分配的電流只有幾百瓦特功率，用來帶動少量的負荷，如今的飛機電源系統在整個電力產生和分配系統中已經增長到了三個數量級。飛機導線是為飛機各部件提供動力電源的重要裝置，然而整個飛機電源系統的導線有成千上萬條，如果其中一條導線出現故障，機務人員將翻閱大量的技術手冊來查對導線數據。因此，為了提高排查故障導線效率，有必要建立數據庫來優化飛機導線數據管理。

1 電源系統導線電氣特性概要

1.1 飛機電源系統導線分類

Ⅰ類——一次電源線：該類線是電源與電氣負載之間的布線，包括：①在電源和電氣負載之間傳輸115/200V400Hz單相或三相交流電的布線；②向電氣負載傳輸36V交流或28V直流電的布線。例如：交流電動機、加熱器、一般照明系統、繼電器及其它電磁線圈操作的裝置。某些電子設備，如果裝有電源變壓器而與電源線路相隔離，也屬于電氣設備。自整角機的所有激磁電路均屬于Ⅰ類。

Ⅱ類——二次電源線：該類線是屬于電子負載和儀表負載與電源之間的布線，包括：①向電子和儀表負載傳輸36V交流和28V直流電的布線；②傳輸5kV以內的二次直流電壓的布線。例如：電子和儀表負載包括固體電路無線電設備、機內通話器、自動駕駛儀、計算機警告等。自整角機除激磁電路和信號“三相”電路外，其余的包括接在28V直流線路濾波器后的所有布線，都屬于Ⅱ類布線[1]。

1.2 飛機電源系統導線電氣特性分析

飛機電源系統常用的導線結構如圖1所示。

雙絞線：扭絞線是導線交叉的一種形式。在民用航空飛機上常采用雙絞線所具有的平衡結構來控制電纜敷設所引起電磁干擾信號的感性禍合。

屏蔽線：電纜間的禍合主要是近場禍合，電纜屏蔽是減少禍合的一種有效辦法。對感性禍合，屏蔽的機理主要是依靠高導磁材料所具有的小磁阻起磁分路作用，也就是由屏蔽體為磁場提供一條低磁阻通路，使屏蔽層內部空間的磁場大大減弱。因此，可用高導磁材料把干擾源散發的磁通與感應回路隔離開來，并能把部分通向感應回路的交鏈磁通反射掉。電纜屏蔽可減小導線間的禍合電容，并可以增大旁路電容。

同軸電纜：它是非平衡導線，具有均勻的特性阻抗和較低的損耗，廣泛用于高頻信號的傳輸。其差模干擾可分成兩部分：一是場對電纜的干擾，使電纜表層產生干擾電流；二是由于電纜的轉移阻抗使表面電流轉換為差模電壓，作用在放大器或邏輯電路的輸入端，經過這一過程使外界干擾電平得到較大幅度的衰減[2]。

2 電源系統導線電氣特性數據庫設計

2.1 數據庫概念設計與邏輯設計

對于導線電氣特性數據庫設計，本系統將采用目前軟件設計中較為流行的三層模式作為基本結構，即表示層、功能層和數據層，如圖2所示。

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①表示層是應用的用戶接口部分，擔負著用戶與應用間的對話功能。它用于接收、檢查用戶從鍵盤等輸入的數據，顯示應用輸出的數據。為使用戶能直觀地進行操作，一般要求圖形用戶接口（GUI）操作簡單、易學易用。在變更用戶接口時，只需改寫顯示控制和數據檢查程序，而不影響其他兩層。檢查的內容也只限于數據的形式和值的范圍，不包括有關業務本身的處理邏輯。

②功能層相當于應用的本體。它是將具體的業務處理邏輯地編入程序中。

③數據層就是DBMS（數據庫管理系統），負責管理對數據庫數據的存儲。DBMS必須能迅速執行大量數據的更新和檢索。現在的主流是關系數據庫管理系統（RDBMS）[3]。

SQL Server 2005是由Microsoft推出的一個關系數據庫管理系統。它是一個具備完全Web支持的數據庫產品，用于存儲導線特性數據信息。設計人員運用C#語言在visual studio2010軟件上執行編程任務。一般的Visual Studio 2010數據庫應用程序模型如圖3所示。

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在飛機電源導線電氣特性數據庫設計中，經常要用到各種導線的數表和線圖，如導線兩端連接的設備、導線件號等。在傳統的導線維護過程中，主要依靠維護人員手工查詢各種圖表得到有關導線的技術數據。這是一項枯燥又易出錯的工作。為此，本文將導線的各種參數存放到SQL Server 2005數據庫中，利用Visual Studio進行數據庫管理，以減小設計人員的工量負荷。

2.2 電源系統導線電氣特性數據庫建立

在飛機的所有系統中，每根導線和單芯電纜都有標記，這些標記使用特殊的打印機打在電線和電纜上。每捆導線束都有標記，標記間距是6-12英尺；導線束末端標記一般不超過3英寸，3英寸以下的導線束不用做標記。兩芯或多芯屏蔽電纜只能在兩端加套管做標記。導線識別碼用于在導線束中識別導線，識別碼能夠在目錄中找出。由WDM（Wiring Diagram Manual）手冊可以查到該導線的標記形式，如圖4所示。按照從左到右的順序，在導線識別碼標識W4102-2001R-24中，W4102為導線線束號，2001為導線識別碼、R為導線顏色和24為導線線號（GA）。

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在經過大量收集手冊中有關飛機電源系統的信息之后，可以確定以點對點查找為主體的導線電氣特性數據庫的結構。其E-R圖如圖5所示。E-R圖即為關系圖，用來描述數據庫中表和表之間的關系。根據E-R圖便可以很容易地得出數據庫數據模型。

基于E-R圖，可以確定飛機電源系統導線電氣特性數據表，如表1所示。數據表是數據庫中最重要的對象，包含著數據庫中的所有數據。它是數據庫的實體，由行和列組成。該數據表描述了飛機導線的基本信息，如飛機導線線號、飛機兩端的連接設備名稱、飛機兩端連接設備件號等。由于這些信息存在著一一對應關系，所以通過根據飛機導線的線號可以查找到這根導線的相關信息。現將這些數據提取出來，加以整合就構成了飛機電源系統導線電氣特性的數據庫，如圖6所示。那么，當飛機導線出現故障時，機務維修人員能夠立即查找到該導線的相關信息，以提高工作效率，縮短維修時間，為航空公司創造最大的利潤價值[4]。

3 系統各功能模塊設計

基于已建立的導線電氣特性數據庫，現根據此數據庫來開發導線查詢系統。通過對用戶各項需求的分析，并確定應用程序應具備的功能模塊，如圖7。

3.1 查詢管理模塊

查詢管理模塊負責在可視化界面內自動進行查詢導線電氣特性數據庫的各種導線數據信息。

3.2 添加管理模塊

添加管理模塊負責整理導線故障信息，向數據庫中添加新的導線信息，包括導線編號、導線顏色、導線長度、導線類型、導線連接兩端設備件號、導線兩端連接設備站位等信息。該模塊起到更新完善數據庫的作用。

3.3 修改管理模塊

修改管理模塊負責完成修改數據庫中信息的任務。當數據庫中任何一部分信息失效或者出錯時，能夠對信息進行修改。

3.4 刪除管理模塊

刪除管理模塊負責刪除數據庫中的無效信息，以防止數據庫中的無效信息對機務維修人員產生干擾作用。

3.5 注冊管理模塊

注冊管理模塊的作用是當管理員完成數據庫的建立與軟件的開發，投入實際運用時，由管理人員為使用人員申請登陸用戶名和登錄密碼。

4 數據庫的實現與維護

在數據庫模塊設計、流程圖設計的基礎上，運用C#語言在visual studio編程軟件上編寫相應的執行程序，實現對數據庫的查詢、添加、修改、刪除、注冊新用戶等功能。試運行的具體步驟如圖8所示。

進過大量的程序編寫后，最終開發出的飛機電源系統導線信息查詢軟件節目，下面將介紹此軟件主要功用。

①飛機電源系統導線電氣特性數據庫導線查詢模塊。查詢功能是通用功能，是指在管理員并未登陸的情況下，程序也可以執行的功能。在“設備查詢”功能對話框內可以輸入要查詢的導線編號來查詢導線具體信息，也可以通過雙擊導線列表中的導線編號來進行查閱導線信息。

②飛機電源系統導線電氣特性數據庫用戶登陸模塊。管理員登陸模塊用以實現管理員對數據庫具體的維護功能。在管理員登陸之后便可以實行對數據庫內導線信息的修改、刪除和添加等功能。并且在管理員登陸成功之后，“管理員登陸”按鈕會立即變為“注冊”按鈕，以實現注冊功能。

③飛機電源系統導線電氣特性數據庫添加模塊。在管理員登陸之后，點擊“添加管理”按鈕，在系統彈出“設備添加”對話框內填入導線電氣特性信息并單擊“確定”按鈕便可實現新數據的添加。需要注意的是，導線編號不可為空并且不可以與數據庫內已存在的導線中任一編號一致。

④飛機電源系統導線電氣特性數據庫修改模塊。在管理員登陸之后，單擊“修改/刪除管理”按鈕。系統便會彈出“設備查詢”對話框，以便管理員查詢將要修改導線。此處同查詢功能一致。在彈出“設備詳情”對話框之后，完善所要更改的導線信息，再單擊“修改”按鈕，完成修改任務。需要注意的是導線編號是不可以修改的，其為只讀模式。其中“設備詳情”對話框中的“修改”和“刪除”按鈕只有在管理員登陸的情況下才會變為可操作模式。

⑤飛機電源系統導線電氣特性數據庫刪除模塊。實現刪除功能的按鈕和實現修改功能的按鈕都是“修改/刪除管理”按鈕。查詢步驟和修改步驟一致，當找到要刪除導線信息時，點擊“設備詳情”對話框中的“刪除”按鈕，這時系統會彈出一個提示對話框，提示操作人員是要否要真的刪除該導線信息。如果是由于誤操作而引起的該操作進程，那么點擊“否”按鈕退出。如果是確定要刪除該導線信息，那么點擊“是”按鈕完成操作。

⑥飛機電源系統導線電氣特性數據庫注冊模塊。在該系統投入機務維修部門實際運用時，需要為相關管理維護人員提供管理員登錄用戶名和登錄，那么就需要使用注冊功能了。具體步驟是先單擊“注冊”按鈕，系統會彈出“注冊”對話框，此時填入所要注冊的用戶名和注冊密碼之后，如果用戶名和密碼都符合規定格式的話，那么系統將會顯示“添加成功”對話框。

經測試，本程序各個模塊可以可靠地實現其功能。至此飛機電源系統導線電氣特性數據庫的設計基本完成。然而，完善的工作還需在程序投入現實維修工作當中繼續進行，將理論與實際相結合，及時發現本程序的漏洞與不足之處，并改進。形成良好的反饋與改進循環。另外，在數據庫的運行階段，還需按時對數據庫中的信息備份與恢復，對數據庫的安全性、完整性進行控制。

5 結論

本文基于Visual studio和SQL Server，設計飛機電源系統導線電氣特性數據庫程序，其主要特點是：

①系統設計采用模塊結構，便于維護與功能擴充；

②具有良好的用戶界面，全部菜單和提示均采用中文字符，各種記錄都按照格式文件所規定的格式進行顯示，便于用戶操作使用；

③具有較好的保護功能，在對數據庫進行維護操作時需要核對口令，以防止非法更改數據庫中重要信息，提高了數據庫的安全性。

在本數據庫內儲存的飛機電源系統導線信息，主要為WDM手冊24章節的導線信息。伴隨著管理界日趨成熟的發展，其將會被設計成為涵蓋整個WDM手冊的導線信息的管理程序，并將導線信息按照國際ATA標準輸入在相應的導線數據庫中。屆時，本程序的運用將大大的方便機務人員對于維護導線部分工作的完成。

參考文獻：

[1]中華人民共和國航空航天工業部.飛機電線電纜電磁兼容性分類及布線要求.1991.

[2]陳淑鳳.航天器電磁兼容技術[M].北京：中國科學技術出版社，2007.

[3]王小科，呂雙.C#開發典型模塊大全[M].人民郵電出版社，2008.

[4]畢大園，李秋艷，等.飛機電纜連接關系數據庫的設計與實現[J].計算機工程與設計，2006，27（7）：1224-1226.