航空電子系統(tǒng)的檢測和維修結(jié)構(gòu)研究

摘? 要：航空電子系統(tǒng)誕生至今主要可分為四個發(fā)展階段，首先為分立式，然后是聯(lián)合式，后續(xù)為綜合式階段，當(dāng)前為先進綜合式階段。在機載航電系統(tǒng)發(fā)展當(dāng)前，綜合模塊化航電系統(tǒng)具有顯著先進性。為促進航電系統(tǒng)運行安全和飛行器飛行安全，促進飛行器性能精準(zhǔn)檢測和維修，對系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)研究具有必要性。

關(guān)鍵詞：航空電子系統(tǒng);結(jié)構(gòu)研究;檢測;維修

前言：

通過航空電子結(jié)構(gòu)檢修結(jié)構(gòu)研究，有利于提高系統(tǒng)可維護性，促進飛行安全。通過科學(xué)研究，對故障進行有效預(yù)測、檢測和排除，促進航空電子系統(tǒng)有序發(fā)展。作為先進系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，綜合模塊化航空電子系統(tǒng)具有顯著的開放性結(jié)構(gòu)特點，綜合應(yīng)用傳感器預(yù)處理技術(shù)、射頻技術(shù)、光電孔徑技術(shù)等，連接構(gòu)建航空電子網(wǎng)絡(luò)（Unified Avionics Network，簡稱UAN），此外還融入大量創(chuàng)新技術(shù)和商用貨架產(chǎn)品等。

1航電系統(tǒng)檢修結(jié)構(gòu)研究的必要性

現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，航空電子系統(tǒng)具有媒介作用，飛機平臺利用該媒介接入信息網(wǎng)絡(luò)，該航空電子系統(tǒng)智能化水平持續(xù)提升，使飛機駕駛員操作難度降低，系統(tǒng)監(jiān)控和信息分析等均可由系統(tǒng)智能化操作。為此，現(xiàn)代航空電子系統(tǒng)必須具有更高可靠性，適應(yīng)航空發(fā)展需要。相關(guān)調(diào)查顯示，在飛機故障誘因中超過40%為航空電子系統(tǒng)故障，在針對飛行器進行維護檢修時，航空電子系統(tǒng)維修耗時較長。科學(xué)分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有利于精準(zhǔn)預(yù)測和檢出故障，提高航空電子系統(tǒng)健康維護質(zhì)量。利用PHM技術(shù)可全面監(jiān)測航空電子系統(tǒng)，動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)變化，具有顯著智能性特點。通過該類技術(shù)應(yīng)用，可顯著減少監(jiān)測航電系統(tǒng)耗時，緩解人工壓力，還可減少維修費用，促進經(jīng)濟效益提升。促進系統(tǒng)運行安全和飛行器飛行安全，提高飛行質(zhì)量[1]。

2系統(tǒng)功能分配結(jié)構(gòu)

2.1開放式結(jié)構(gòu)分析

在航空電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計時，主要是根據(jù)飛行任務(wù)確定功能需求，故障預(yù)測與健康管理系統(tǒng)構(gòu)建時，應(yīng)明確航空電子系統(tǒng)功能，確定結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，然后總結(jié)共性問題，明確管理要點。開放式航空電子系統(tǒng)主要內(nèi)容有四個特點。首先，該系統(tǒng)使用航電統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)為光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用基礎(chǔ)為民用標(biāo)準(zhǔn)，此種網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用優(yōu)勢是質(zhì)量較小，頻帶較寬，具有較強抗電磁干擾能力。使用該網(wǎng)絡(luò)可顯著降低運營成本，滿足系統(tǒng)寬帶信息傳輸需求。

系統(tǒng)應(yīng)用綜合核心處理技術(shù)，可處理數(shù)據(jù)和數(shù)字信號，同時執(zhí)行計算性處理任務(wù)，上述任務(wù)均可通過綜合核心處理區(qū)域完成，該結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的性能，具有較好容錯性，同時可進行高質(zhì)量信息共享。

座艙人機接口結(jié)構(gòu)部分使用頭盔顯示器與彩色液晶顯示器，具有較高分辨率，通過大圖像呈現(xiàn)態(tài)勢信息，為飛行器運行提供準(zhǔn)確感知信息。

綜合射頻與電光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整合，形成綜合探測系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)。在該模塊中，采用軟件無線電技術(shù)、開放光電系統(tǒng)等進行前端構(gòu)建，部件接口規(guī)范，此種結(jié)構(gòu)設(shè)計開放性較好，有利于檢修，同時建設(shè)成本較低。

根據(jù)功能劃分，可劃分航電系統(tǒng)為任務(wù)管理系統(tǒng)和功能管理系統(tǒng)，對頂層功能進行需求化分解。任務(wù)管理系統(tǒng)可進一步劃分為探測模塊、通信模塊、識別模塊和導(dǎo)航模塊等。按照此種分解原則，系統(tǒng)可細化分解為多個獨立功能模塊。通過開放性設(shè)計和層次化結(jié)構(gòu)建設(shè)，綜合航空電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到簡化，層次化劃分可使系統(tǒng)內(nèi)部功能模塊比較集中。

2.2模塊化結(jié)構(gòu)分析

模塊化航空電子系統(tǒng)可分為兩部分，其一為核心處理系統(tǒng)，其二為非核心處理系統(tǒng)。在核心系統(tǒng)中，分為若干機柜部分，機柜中裝載數(shù)個通用功能模塊。在非核心處理系統(tǒng)中，主要分為傳感器設(shè)備與數(shù)據(jù)信號采集設(shè)備。系統(tǒng)機柜中分別創(chuàng)建綜合區(qū)域，不同綜合區(qū)域之間進行資源共享，常見共享模塊包括大容量存儲模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊、圖形處理模塊、網(wǎng)絡(luò)支持模塊、信號處理模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊。通過共享上述模塊，不同機柜排列使用。在針對航電系統(tǒng)設(shè)計健康管理結(jié)構(gòu)時，應(yīng)從其模塊特征出發(fā)，科學(xué)構(gòu)建綜合系統(tǒng)。

3 PHM系統(tǒng)設(shè)計和使用

3.1 PHM系統(tǒng)設(shè)計

綜合模塊化航電系統(tǒng)具有典型開放性結(jié)構(gòu)特點，在針對系統(tǒng)進行PHM系統(tǒng)設(shè)計時，結(jié)構(gòu)設(shè)計也應(yīng)設(shè)計為開放式。在該系統(tǒng)設(shè)計時可分為三個核心部分，機上PHM部分，地面支持決策部分，以及機下機上系統(tǒng)接口等。

機上PHM系管理結(jié)構(gòu)進行分層設(shè)計，底層是模塊和組件管理器，在飛行器不同分系統(tǒng)監(jiān)控程序中分布，以傳感器設(shè)備、機內(nèi)測試設(shè)備為主。該層級的主要職能是向上一層級傳輸信息，由上一層級分系統(tǒng)管理器接收信息。中間層級主要是分系統(tǒng)，可進行區(qū)域推理與處理信號。最高層級是飛行器系統(tǒng)級別，可關(guān)聯(lián)系統(tǒng)故障信息，對故障進行診斷并且實施隔離。通過該層級可對航天電子系統(tǒng)進行全方位評估，為檢修人員提供可靠信息，指導(dǎo)飛行器駕駛工作，同時將系統(tǒng)健康狀態(tài)信息向地面支援中心傳輸[2]。

綜合模塊化航電系統(tǒng)維護方法為兩級維護，分別為地面維護和機載維護。機載實施在線測試與維護作業(yè)過程中，應(yīng)保證對系統(tǒng)功能無干擾。測試、維護作業(yè)中，應(yīng)全面記錄故障，故障記錄中說明時間信息與環(huán)境信息。不僅如此，航電設(shè)備還應(yīng)設(shè)置地面測試接口，從而對在線檢測結(jié)果進行驗證。

3.2航空電子系統(tǒng)運行健康監(jiān)控

健康狀態(tài)監(jiān)控分為系統(tǒng)健康狀況監(jiān)控和系統(tǒng)錯誤檢測兩個核心部分，此外還負責(zé)篩選系統(tǒng)錯誤、確定錯誤報告。其故障檢測是采用主動方式或被動方式進行軟件故障檢測與硬件故障檢測。操作系統(tǒng)健康監(jiān)控主要用途是捕獲故障檢測后傳遞故障、錯誤信息，對信息實施綜合處理，然后發(fā)送健康監(jiān)控報告，傳遞診斷信息等。通用系統(tǒng)管理健康監(jiān)控器負責(zé)故障信息收集，這些信息主要來源于操作系統(tǒng)健康監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合故障嚴重性與故障性質(zhì)，實施針對性處理。

在現(xiàn)代飛行器中，航空電子系統(tǒng)屬于核心控制系統(tǒng)，任務(wù)功能復(fù)雜。其檢修系統(tǒng)應(yīng)進行分布式設(shè)計，具有跨平臺系統(tǒng)功能，采用綜合模塊化設(shè)計。檢修系統(tǒng)中應(yīng)實現(xiàn)多對象系統(tǒng)協(xié)作，進行模塊化和開放性設(shè)計，此外應(yīng)提升實時監(jiān)測功能，促進飛行器安全運行。

結(jié)論：綜上所述，航空電子系統(tǒng)具有復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對其結(jié)構(gòu)模塊和分布特點進行研究，有利于優(yōu)化系統(tǒng)。為促進系統(tǒng)檢修，應(yīng)科學(xué)設(shè)計開放性系統(tǒng)，同時與飛行器相關(guān)系統(tǒng)進行科學(xué)集成，完善健康管理系統(tǒng)，促進系統(tǒng)提高自主式保障功能，降低檢修難度。

參考文獻：

[1]丁明，張書玲，張琛.一種航空電子系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)錯誤行為驗證方法[J].西北大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，49（03）：356-362.DOI：10.16152/j.cnki. xdxbzr.2019-03-005.

[2]王凱，陳德軍，范光華等.基于MFC的航空電子系統(tǒng)綜合自動檢測設(shè)備客戶端軟件設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機測量與控制，2020，28（02）：126-130. DOI：10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2020.02.026.

作者簡介：

楚旭（1994年12月—），男，漢族，大學(xué)本科畢業(yè)，初級職稱，研究方向：航空電子系統(tǒng)檢測與維修。991DFB40-1128-4AFE-8C6A-F00ADABD0157