大型飞机环控系统压调余度设计*

2018-07-02刘夏青蔡晓乐

山西电子技术 2018年3期

关键词：控计算机余度活门

刘夏青，吴斌，赵刚，蔡晓乐

(中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，陕西西安 710065)

1 背景

大型飞机的研制是一个国家工业水平的体现和综合国力的象征，为避免大型军事装备受制于人，自主研发适用于大型飞机的环境控制系统已成为国家战略[1]。

飞机环境控制系统作为重要的机载系统之一，承担着为机上人员提供舒适空气环境的任务。环控系统通过控制机舱内空气的温度、湿度、流速、压力等参数，向机组人员和乘客提供足够舒适的生存和工作环境[2]。

飞机座舱环境控制系统的发展，从20世纪30年代中期算起，至今约有近70年的历史。随着现代飞机飞行高度、速度、机动性和适应性的不断提高，外界工作条件的变化也越来越复杂。飞机需要适应外界环境条件的急剧变化，这就要求飞机的环控系统具有在急剧变化条件下的适应性。这不仅增加了环控系统的复杂性，而且对环控系统的可靠性也提出了更高要求。

压调是环控系统中一个非常重要的系统，是飞行员及机上人员的生命安全的重要保障，因而对压调的余度设计也显得尤为重要。本文围绕大型飞机环控系统压调余度设计策略进行论述。

2 环控系统计算机硬件设计

大型飞机环控系统计算机应用于座舱压力控制分系统，单架份飞机配置2台，为2×2余度设计，两台计算机就分别对左、右机身环控系统相关设备或子系统进行控制与监控。每台计算机应具备双通道处理能力；具备分组配电能力，实现余度控制和容错管理；具备处理器功能，实现数据处理和输出控制功能；具备周期任务调度功能；具备软件监控功能；具备与机电管理计算机、数据采集计算机、供电管理计算机、起落架收放和位置指示控制单元，以及双机双通道间总线通讯功能；具备与大气数据机、事故记录单元、驾驶舱排气活门、货舱排气活门、防冰探测盒的总线通讯功能；具备与座舱压力传感器和货舱压力传感器的总线通讯功能；具备驾驶舱排气活门及货舱排气活门的手动控制功能；具备驾驶舱排气活门及货舱排气活门的高度限制和抑制功能；具备自检测功能；具备故障存储功能；具备开发调试功能。

环控系统计算机与外部环控系统的各子系统的联系框图如图1所示。

依据环控系统计算机设计要求及功能构型要求，左、右环控计算机采用同构型设计，环控计算机内部的A、B自动通道采用同构型设计，左、右环控系统计算机相应通道通过HB6096数据总线进行信息交换，A、B通道通过HB6096总线进行状态及数据交换，通过通道故障逻辑进行通道选择控制。环控系统计算机A、B通道为主/备工作模式。当主通道功能失效，备份通道相关功能开始工作。

图1 环控计算机系统连接框图

3 环控系统计算机软件设计

环控计算机双机双通道采用统一硬件平台，根据硬件平台统一配置操作系统和开发驱动软件，每个通道根据系统要求进行模块配置和调用相应驱动软件，并运行每个通道的控制软件。

双机双通道进行不同的控制功能，四个通道对应的软件为独立运行软件，本系统软件采用分区加载的形式，即每个通道都灌装全部四个软件，环控计算机加电之后，通过对机型识别、机位识别和通道识别后，根据相关通道软件不同位置加载不同的应用软件到FLASH中，因而可实现环控计算机在驾驶舱左右综合设备柜位置的可互换性。

对于每个通道软件，分为地面支持软件和正常工作软件。正常工作软件包括系统软件和应用软件。应用软件完成环控计算机所连接的环控子系统的实际监控管理和控制任务，系统级的故障处理。系统软件是应用软件运行软件平台，系统软件初始化环控计算机运行的各种资源，提供各种驱动接口，同时实时检测环控计算机的运行状态并记录故障信息。

4 压调系统余度策略

由于压调系统的重要性，环控计算机压调控制系统为三余度设计，两个自动控制通道和一个手动控制通道。

因为压调是飞机环控系统中非常重要的系统，座舱压力及变化率，是环控系统调节参数中人员最敏感，且易造成损伤的生理参数，甚至关系到机上人员的生命安全。为保证可靠性和安全性，因而该系统至少要采用双余度设计，这里的三余度设计是在双余度自动控制的基础上增加无软件运行的手动控制通道，是压调系统功能正常工作的重要保障。

两个自动控制通道分别分布在控制的1A通道和2A通道，通过应用软件的PID算法程序和逻辑控制程序实现。

手动控制功能由PCM模块实现，采用纯硬件方式实现，同构型设计，通过外部电气线路的功能配置，使左、右环控计算机分别实现驾驶舱排气活门及货舱排气活门的手动控制功能、驾驶舱排气活门及货舱排气活门的高度告警功能。

1B和2B通道分别实现压调系统应用软件功能的监控及安全功能监控任务。

压调系统的余度策略是，1A和2A两个自动控制通道将本通道相关余度信号数据发送给另一自动通道，包括心跳信号、总线协商节点信号、通道状态等，同时并接收另一自动通道相关余度信号数据。本通道根据周期BIT信息、本通道和它通道的余度信息进行综合决策，来进行压调自动控制功能的切换。若本自动通道压调出现故障时，另一自动通道进行任务接管，当另一自动通道也失效时，控制器将切换至手动控制模式下进行压调功能保障。

环控计算机压调功能分布如图2所示。