某型飞机机电综合系统设计

谢曦鹏

(海军装备部，陕西 西安 710089)

1 引言

随着多电飞机和计算机技术的发展，机电综合系统在国外先进飞机上已经广泛应用。某型飞机的设计目标是达到世界先进涡桨飞机水平，智能配电技术和顶部控制板总线控制技术的应用，为机电综合系统应用提供了良好的条件，这将大幅度提高飞机的安全性、可靠性和可维护性。目前世界上先进飞机均采用了各种不同程度的机电信息综合或机电综合控制技术。

2 机电综合控制技术的发展与功用

飞机机电系统包含液压系统、燃油系统、环控系统、起落架系统、电源系统等飞机系统及其相应的阀门、传感器、泵和电机等部件，分布于飞机从头到尾的各个部分。

传统的飞机机电系统各自独立，控制单元布局分散，维护性、可靠性差，体积、重量大，这与航空电子的综合化发展趋势存在很大差距。随着航空电子技术和机电系统综合化控制及管理技术的发展，出现了机电综合系统[1]。机电综合控制和管理技术的核心是把机载机电设备视为一个整体发展，它不再以单个机电系统或机电设备作为控制、管理及监视的对象，而是以全机整个机载机电设备系统作为控制、管理及监视的对象，综合化程度极大提高。

机电综合系统是对飞机机载机电系统进行综合化管理、自动控制及故障监测的分布式计算机系统[2]。该技术在飞机上的应用将取消各机电系统独立分散的控制、数据采集机构，代之以综合化程度更高、可靠性更高的机电综合控制计算机系统。该计算机系统通过总线与航空电子系统及飞机其他系统连接，使机电系统与飞机其他系统的信息可以高度融合[3]。使航空电子系统的任务管理更加完善，同时也使机电系统的控制、管理及监视达到最优，使飞行员及维护人员可以通过显示、音响、告警及记录的方式得到更加完善、精确的机上信息。

3 某型机电综合系统设计

某型机电综合系统(Integrated Electromechanical System缩写IEMS)完成飞机空气管理系统、电源系统、液压系统、燃油系统等的综合化管理、控制和故障检测，并通过总线与航空电子系统及飞机其他系统连接，记录和显示机电系统的状态与故障信息。

3.1 控制原理

某型机电综合系统遵循以下原则：

(1)IEMS不集成飞机关键系统以及各系统中的第三套应急系统，保证在机电综合全套失效时，不会对飞机的安全飞行产生影响。

(2)系统的控制和监控功能应隔离以满足安全和系统综合的要求[4]。对于某些用来完成系统控制的信号由IEMS来采集并发送给航电系统，某些仅用于显示、告警和状态监控的信息由航电系统来采集。

IEMS的原理框图如图1所示。各个系统的控制集成在两个机电综合计算机(Integrated Electromechanical Computer 缩写IEMC)中，有些系统有自己的控制器，以板卡形式集成在机箱中；有些系统以软件形式驻留在IEMC的公共处理模块中。

机电综合系统由两个机柜构成，采用双余度双通道设计，每个通道包含两个互为备份的计算机，与顶控板的四台计算机相适应，并通过四条总线进行数据通信。机电综合系统还包括远程数据采集单元(RDC)和远程智能控制单元(RCU)，用于接收传感器和探测器等数据，完成与IEMC的交换，并控制相应的智能继电器、接触器和作动器。机电综合系统内部采用总线进行数据传输。机电综合控制平台与航电系统采用数据总线相连，用于状态及故障显示。固态功率控制器(SSPC)是机电综合系统的执行单元、电源和线路保护装置。

图1 IEMS的原理框图

3.2 集成的系统

机电综合系统可集成以下系统：空气管理系统、电源系统、燃油系统、液压系统、起落架系统、生活服务设施、照明系统等，具体控制逻辑如下：

(1)空气管理系统(AMS)

空气管理系统有两套控制模块分别安装在2个IEMS机柜内，为发动机引气、APU引气、空调系统提供自动控制，IEMS接收顶控板的控制信号以及系统的传感器信号，系统控制板卡完成相应逻辑判断后通过总线向SSPC发送命令，由SSPC 完成阀门及其它AMS设备的控制。

考虑到飞行安全，座舱压力系统由单独的控制器完成控制。

(2)电源系统

电源系统的电源控制器作为功能模块集成在IEMS机柜内，通过接收顶控板的控制信号和一次配电系统发送的状态信号，进行相应控制逻辑判断向电源系统设备发送控制信号，完成一次配电系统的转换、控制和保护；通过总线与二次配电装置(SSPC)相连，完成对二次配电系统的控制。

(3)燃油系统

燃油系统为发动机和APU连续提供燃油，发动机供油系统由2个主电动泵、2个辅助电动泵和一个交输活门组成，系统的控制逻辑分别驻留在2台IEMC中，IEMS接收来自顶部控制板的信号和燃油系统的传感器信号，通过逻辑判断给SSPC发出控制指令完成对电动泵和交输活门的控制。APU供油系统由1台电动泵组成，由顶部控制板上的接通开关直接控制。

(4)液压系统

液压系统由3套系统组成，第1、2号系统由一个发动机泵和一个辅助电动泵组成，第1、2号系统之间有一个PTU在一套系统失效时由另一系统向其供压，系统的控制逻辑分别驻留在2台IEMC中， IEMS接收来自顶部控制板的信号和液压系统的传感器信号，通过逻辑判断给SSPC发出控制指令完成电动泵和PTU的自动控制。3号系统由2个电动泵组成，正常情况下2个泵交替工作，IEMS完成其自动交替工作的控制。3套系统的电动泵和PTU的手动接通是由顶部控制板上的开关直接控制接触器来完成。

(5)起落架系统

起落架收放系统设置2块接近传感器电子模块分别安装于2个IEMS机柜内，用于接收驾驶舱内起落架的控制信号和起落架接近传感器的信号，完成起落架收放控制。在起落架放出控制盒失效时，起落架电动超控开关直接控制起落架放下电磁活门放下起落架[5]。

前轮转弯系统设置一个前轮转弯控制功能模块集成到IEMS机柜内，用于接收驾驶舱内前轮转弯手轮、脚蹬的转弯控制信号和前轮转弯系统的传感器信号，完成前轮转弯控制。

刹车系统设置3块刹车控制模块，其中一块控制外轮刹车，一块控制内轮刹车，一块控制自动刹车，IEMS接收驾驶舱内脚蹬刹车控制信号和刹车系统的压力传感器信号、轮速信号等，完成相应逻辑判断后，通过总线向SSPC发送指令来控制相关的电磁阀门完成刹车控制。

(6)照明系统

照明系统通过IEMS进行控制，IEMS接收顶控板或服务员控制板的控制信号，将控制信号传递给SSPC，完成各灯具的控制。

驾驶舱的调光控制系统设置独立的控制器来完成控制功能[6]。

(7)生活服务设施

内装饰系统中PSU通过IEMS进行控制。水/废水系统设置独立的控制器来完成控制功能[7]。

4 结语

某型飞机采用机电综合系统有许多优点，可以简化飞机机电控制系统配置，减少机电系统的控制部件和控制电缆，提高系统数据传输的余度和可靠性，提高系统测试性和维护性。由于减少了机电系统的数据导线和控制导线，使得电气互连系统(EWIS)的实现变得简单，可以方便的按照余度隔离的原则来敷设电缆。

[1] 郭生荣.航空机电系统综合技术发展分析[J].航空科学技术，2013(5)：5-10.

[2] 罗海明,谢剑斌,陆志肖.机电系统综合化控制和管理[J].直升机技术，2010(1)：62-67.

[3] 郭震中,黄伟华,姚有文,等.直升机机电综合管理系统发展趋势及关键技术分析[J].直升机技术，2011(3)：63-68.

[4] 自动化技术、计算机技术[J].中国无线电电子学文摘,2011(1):161-238.

[5] 钟科林.民用飞机起落架控制系统设计的适航考虑[J].科技资讯，2011(29)：42-44.

[6] 张鹏宇.基于ARINC825的飞机数字化驾舱容错控制系统[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2013.

[7] 周建斌.机电综合控制对民机水系统设计的影响[J].航空工程进展，2011(2)：216-219.