基于IMA的輔助冷卻系統控制技術應用研究

段春　薛戰東

【摘 要】本文對民用飛機輔助冷卻系統控制駐留IMA系統的技術應用進行研究，首先分析了系統駐留IMA的設計與開發過程，然后設計了輔助冷卻系統原型樣機，并基于樣機和IMA平臺架構設計了系統控制結構，對駐留應用的開發與驗證工作內容和關鍵技術進行了分析。本研究內容對權衡分析系統駐留IMA方案和輔助冷卻系統的設計具有借鑒意義。

【關鍵詞】輔助冷卻系統；航電系統；應用駐留

中圖分類號： V245.3 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）23-0043-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.23.015

【Abstract】The application of civil aircraft Supplemental Cooling System （SCS） control technology based on IMA is researched. Firstly the design and develop process of the system hosted in IMA is analyzed ， and then the SCS prototype is designed. Based on the prototype and IMA structure the control system is designed. It then analyzes the key technology， the develop and verification work content of the hosted application. This research content can be used for reference during trade-off study between proposals of system hosted in IMA and design of SCS.

【Key words】Supplemental Cooling System；Avionics system；Hosted application

0 前言

民用飛機輔助冷卻系統是為機載電子設備、餐車等用冷單元提供冷量的系統，已逐漸成為現代大型民用客機不可或缺的組成部分，是大型客機商務運行的關鍵。隨著現代大型客機熱負荷的不斷增加，使得輔助冷卻系統的設計更為重要。將更多的非航電系統進行控制綜合，將功能駐留于IMA系統（綜合模塊化航電系統）是現代大型客機發展的趨勢；其中輔助冷卻系統是大型客機的重要組成部分，該系統的功能駐留IMA系統是發展方向[1-3]。

國外民用飛機領先企業波音、空客公司有著深厚的民機設計經驗積累，已成功設計了多種機型的輔助冷卻系統，并且系統的部分功能均駐留于IMA系統，具備節省重量、模塊化、更改和擴展性好等優點，已在飛機上得到了良好的應用。國內民機輔助冷卻系統研究起步較晚，在適航規章、標準、系統可靠性和試驗驗證等方面缺乏經驗[4-6]。有必要開展輔助冷卻系統功能駐留IMA的技術應用研究，以識別并掌握基于IMA平臺的系統控制設計難點和關鍵技術，明確系統設計需求并形成系統設計頂層要求和技術積累，作為現代先進大型客機輔助冷卻系統設計和IMA系統集成關鍵技術應用的重要支撐，為未來大型客機的研制工作奠定基礎。

1 駐留設計與開發過程

IMA平臺是高度綜合、開放和模塊化的平臺，其中包括遠程接口單元、核心處理模塊和符合航空通信協議的龐大網絡等，其接口單元可以支持多種類型的數據接口。系統控制駐留IMA可減少系統控制器及電纜、提高模塊化程度、具備良好的擴展性和可靠性。開展非航電系統仿真駐留研究是大型客機IMA系統集成研究的重要一環。

仿真輔助冷卻系統功能駐留IMA平臺的設計與開發過程如圖1所示。整個過程主要完成輔助冷卻系統功能架構設計、系統控制功能分解、駐留IMA的功能分析確定、基于IMA的控制邏輯設計、駐留應用軟件開發、軟硬件集成調試和IMA平臺集成綜合測試。在開發與驗證過程中，模擬部分信號激勵、開發部分仿真模型和研制相關試驗件是必要的支撐；IMA平臺作為駐留應用的載體，需對系統進行計算和網絡資源分配、網絡架構設計與優化、安全性設計與評估、系統集成試驗等工作。

仿真系統駐留IMA并進行應用軟件開發與驗證，是多系統IMA集成研究的重要組成，有助于權衡分析潛在系統駐留IMA方案，提升飛機主制造商IMA多系統集成能力，提升非航電系統駐留IMA控制系統正向分析與設計能力，提升軟件開發及測試能力。

2 駐留系統原型

輔助冷卻系統將廚房冷卻模塊、大功率電子設備等的熱負載轉移。系統由制冷單元和冷卻回路組成，制冷單元的主要作用是產生冷源；冷卻回路作用是將制冷單元產生的冷量輸送到個熱載荷。輔助冷卻系統的原理樣機架構示意如圖2所示，采用沖壓空氣冷卻，通過冷卻回路將各熱載荷的熱量傳遞給制冷單元，再通過制冷單元將熱量排至機外，以滿足各熱載荷的冷卻需求。

輔助冷卻系統分為兩部分。系統控制層級和設備驅動層級。風扇、作動器和泵等自身都具備驅動控制，通過總線與系統控制層通訊，完成接收命令、執行和反饋狀態等。

3 駐留技術應用仿真

基于IMA平臺架構，結合前文所述輔助冷卻系統原理樣機，設計系統控制架構，如圖3所示。整個系統級的控制基于IMA平臺設計，應用開發符合IMA平臺的規范要求；開發的駐留應用在IMA系統中運行，通過遠程接口單元連接系統設備，實現發送控制命令和接收反饋狀態。另外需要設置必要的外部環境模擬設備，用于模擬外部輸入條件和顯示系統狀態。

輔助冷卻系統功能駐留IMA系統的應用開發與驗證工作包含以下內容：

（1）基于IMA平臺進行輔助冷卻系統控制設計；

（2）開發駐留于IMA系統的輔助冷卻系統應用軟件；

（3）完成輔助冷卻系統駐留應用軟件的調試；

（4）完成外部環境信號模擬設備的設計與開發；

（5）開展集成試驗，完成對輔助冷卻系統控制功能的驗證。

仿真輔助冷卻系統駐留應用開發與驗證過程中的技術關鍵包含系統駐留IMA功能分析、基于IMA的系統控制設計、基于IMA的駐留應用軟件開發及測試、基于IMA平臺的系統級集成測試與驗證。

4 結語

隨著客機性能和運載能力的不斷提升，機載電子設備及用冷單元的熱負荷不斷加大，控溫需求日益提升。現代民用飛機朝著多電化和綠色節能的方向發展，非航電系統功能駐留IMA亦是發展趨勢。輔助冷卻系統具備制冷量大，且能效比高、不需要發動機引氣、燃油代償損失小等優勢。本文對輔助冷卻系統功能駐留IMA的技術進行應用探索，為大型客機機載輔助冷卻系統研制打下基礎，對系統的設計集成具有重要意義。

【參考文獻】

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