薛戰(zhàn)東等
【摘 要】隨著民用運輸類飛機的發(fā)展,中央維護系統(tǒng)(CMS)功能越來越受到關(guān)注。測試和調(diào)整功能(TAR功能)作為現(xiàn)代民機中央維護系統(tǒng)的一個子功能,它不同于CMS其他功能,另外須要TAR XML機載數(shù)據(jù)庫支持。本文闡述了民用運輸類飛機空氣管理系統(tǒng)TAR功能、通訊架構(gòu)、XML開發(fā)集成以及驗證方法。
【關(guān)鍵詞】CMS;空氣管理系統(tǒng);TAR;XML;驗證方法
Civil Transport Aircraft Air Management System TAR Function and Verification Means
XUE Zhan-dong ZUO Ze-xuan
(Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai 201210, China)
【Abstract】Central Maintenance System(CMS) is concerned about more during civil transport aircraft development. Test And Rigging is a sub-function of CMS, which differs with other functions of CMS and needs airborne TAR XML database. This paper details civil transport aircraft Air Management System(AMS) TAR function, its communication protocol and architecture, XML development and integration, verification means.
【Key words】CMS;AMS;TAR;XML;Verification means
0 引言
隨著民用飛機的復(fù)雜性、綜合和集成化的不斷提高,同時伴隨民機市場的競爭越來越激烈,飛機的安全性、測試性、故障診斷、故障隔離、故障預(yù)測和維護性等問題越來越受到飛機系統(tǒng)或設(shè)備供應(yīng)商、飛機制造商(OEM)、特別是飛機客戶關(guān)注?,F(xiàn)代民機上主要采用中央維護系統(tǒng)(簡稱為CMS)來分析、監(jiān)控、診斷或預(yù)測飛機故障,以幫助維護人員工作,保證飛機持續(xù)適航性和運行安全,提高飛機的測試性、維護性和經(jīng)濟性等。通過該功能可以降低對維護專業(yè)人員要求、減小/縮短飛機維護時間、提升飛機簽派率,最終降低飛機維護和運行成本以及提高飛機的經(jīng)濟性,同時通過識別反復(fù)出現(xiàn)的故障和趨勢支持提高可靠性,防患于未然。
測試和調(diào)整功能(Test And Rigging,簡稱為TAR功能)是集成于CMS的一個必不可少的子功能,通過人機交互的模式實現(xiàn)各個成員系統(tǒng)(將使用TAR功能的飛機非航電機載系統(tǒng)稱為TAR功能成員系統(tǒng))自身調(diào)整、自檢測(BIT)、詳細故障信息查看、清除歷史數(shù)據(jù)、軟件構(gòu)型信息與系統(tǒng)狀態(tài)信息查看等。TAR功能各成員系統(tǒng)需基于自身系統(tǒng)復(fù)雜和重要程度以及自身特點,決定并負責實際實現(xiàn)各自系統(tǒng)的TAR功能。CMS作為該功能的集成者,主要為各系提供通用、統(tǒng)一的交互方式和入口,并顯示測試和調(diào)整結(jié)果。由于該功能采用交互的方式、各成員系統(tǒng)TAR功能相對獨立且具體負責邏輯實現(xiàn),通常將與各系統(tǒng)相關(guān)的TAR功能稱為各系統(tǒng)TAR功能。
中國民用運輸類飛機起步晚,且發(fā)展比較緩慢,國內(nèi)對于TAR功能的認識、驗證以及對CCAR25部相關(guān)適航條款的符合性等需要進一步研究。為此,本文詳細闡述空氣管理管理TAR功能及其一種驗證方法,以為后續(xù)其他民用運輸類飛機項目TAR功能設(shè)計、驗證和符合性方法提供參考和建議。
1 空氣管理系統(tǒng)TAR功能
1.1 空氣管理系統(tǒng)TAR功能內(nèi)容
飛機空氣管理系統(tǒng)(AMS)由氣源系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、壓調(diào)系統(tǒng)和機翼防冰系統(tǒng)組成,空氣管理系統(tǒng)控制器(后續(xù)簡稱為控制器)為上述四個子系統(tǒng)的綜合集成控制器,負責整個空氣管理系統(tǒng)的控制和監(jiān)控。
AMS TAR功能一般在飛機處于地面且制冷組件不工作的情況下才可以使用,以保證飛機和系統(tǒng)安全性。該功能相對于其他成員系統(tǒng)的TAR功能相對簡單,不包含Rigging和從LRU的NVM(Non-Volatile Memory)數(shù)據(jù)下載和清除功能,主要包含兩方面的內(nèi)容:測試系統(tǒng)參數(shù)和IBIT(Initiated Built-in-test)。其中,IBIT包含控制器IBIT以及CPCS/ECS/WAIS/BAS IBIT。測試的系統(tǒng)參數(shù)舉例如下:
a)活門命令/位置狀態(tài)信息;
b)傳感器數(shù)據(jù),若傳感器超出范圍將顯示“--”;
c)開關(guān)選擇狀態(tài)信息,若開關(guān)位置錯誤將顯示“--”;
d)控制器軟件構(gòu)型以及其內(nèi)部壓力傳感器溫度;
e)飛機狀態(tài)信息,比如飛機型別,控制器識別、軟件運行模式和貨艙加熱器選裝。
1.2 空氣管理系統(tǒng)與CMS之間TAR功能通訊架構(gòu)
一般,AMS控制器與CMS之間按照ARINC 604協(xié)議進行通訊傳輸和處理以實現(xiàn)AMS TAR功能,通訊架構(gòu)見圖2。隨著綜合化、模塊化航電系統(tǒng)的發(fā)展,CMS軟件和集成后的TAR功能XML將駐留在航電系統(tǒng)綜合處理機柜(Intermediate Processing Cabinet: IPC)的通用處理模塊中,CMS相關(guān)功能信息顯示在多個功能顯示器(Multifunction Display: MFD)上。AMS TAR功能通訊模式有兩種:
a)交互模式:控制器與CMS之間交互響應(yīng)以執(zhí)行測試操作和輸出構(gòu)型信息;
b)自動模式:在控制器通道進入相應(yīng)的具體測試操作或頁面后,控制器對應(yīng)通道將自動自動更新MFD 顯示的信息。
實現(xiàn)AMS TAR功能主要條件:
a)集成后的AMS XML:可以將其視為支持AMS TAR功能的機載數(shù)據(jù)庫,主要用于定義和提供TAR功能通訊和顯示的一些信息,比如LRU名稱、設(shè)備ID (Equipment ID),頁面名稱、組件名稱(Component Name)和組件類型(Component Type)等;
b)CMS軟件:集成CMS的所有功能,并在MFD上顯示;
c)AMS控制器及其所含軟件:AMS控制器軟件主要負責實現(xiàn)AMS控制和監(jiān)控,其含具體AMS TAR功能邏輯實現(xiàn)。
1.3 空氣管理系統(tǒng)TAR功能 XML開發(fā)集成
通常,用于支持TAR功能的ARINC 604協(xié)議以及XML的開發(fā)集成工具由CMS供應(yīng)商或飛機主制造商應(yīng)提供,這樣可以確保TAR功能各成員系統(tǒng)能夠按照正確統(tǒng)一的要求開發(fā)XML和各系統(tǒng)軟件相關(guān)TAR功能代碼。AMS供應(yīng)商基于統(tǒng)一的XML開發(fā)工具開發(fā)分別適用于AMS控制器各個通道的XML,同時還需按照ARINC 604協(xié)議要求開發(fā)AMS控制器軟件所含的TAR功能相關(guān)軟件代碼。飛機制造商使用XML集成工具將TAR功能成員用戶的XML集成為飛機級TAR功能(含AMS XML),以用加載到試驗室或飛機上進行TAR功能試驗。各個成員系統(tǒng)的XML和TAR功能相對獨立,互不影響,這保證各成員系統(tǒng)可以獨立進行TAR功能驗證。AMS TAR功能XML開發(fā)集成大致步驟如下:
2 空氣管理系統(tǒng)TAR試驗驗證方法
由于TAR功能需要專門的XML支持以及各成員系統(tǒng)TAR功能的差異性,若要各成員系統(tǒng)供應(yīng)商對TAR功能XML和整個環(huán)節(jié)TAR功能進行驗證,則需要AMS供應(yīng)商具備航電相關(guān)試驗平臺軟硬件等,試驗成本和難度很大;反之,若要CMS開發(fā)商進行全機TAR功能XML和整個TAR功能環(huán)節(jié)驗證(含AMS),則CMS供應(yīng)商需要擁有所有各成員的各相關(guān)試驗平臺軟硬件等,試驗成本和難度更大,因此通常該驗證工作由飛機主制造商負責。
由于一般民用運輸類飛機TAR功能為DAL E級,且通常作為民用運輸類飛機機載軟件和數(shù)據(jù)庫符合性方法的DO-178B對DAL E級機載軟件和數(shù)據(jù)無要求,因此申請人無需針對XML對DO-178B符合性開展專門驗證工作。依據(jù)中國民航要求,運輸類飛機必須滿足CCAR25部要求,申請人為驗證AMS TAR功能滿足設(shè)計要求,特別表明符合適航相關(guān)條款要求,可采用如下驗證方法或組合。
2.1 申請人試驗室研發(fā)試驗
申請人應(yīng)在試驗室進行研發(fā)試驗,以進行整個AMS TAR功能測試(含AMS控制器軟件邏輯、傳輸以及最終顯示結(jié)果),用于驗證TAR功能的正確性和保證飛機安全。AMS TAR功能試驗室試驗方式見圖4。由于試驗室試驗可模擬較全面的輸入,特別是能夠模擬AMS一些非正常構(gòu)型或狀態(tài),比如開關(guān)故障、客艙高度告警、傳感器超出范圍等,這相對于機上試驗容易、成本低、且安全。
2.2 申請人機上研發(fā)試驗
由于試驗室并非飛機真實構(gòu)型以及試驗條件的部分限制,特別是當運行AMS IBIT測試時,根據(jù)AMS TAR功能控制邏輯設(shè)計,需要相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備動作(比如活門等),這些需要在飛機上進行相關(guān)試驗才能夠真實驗證,因此AMS TAR功能要進行必要的機上研發(fā)試驗。機上研發(fā)試驗與試驗室試驗應(yīng)在試驗?zāi)康摹?nèi)容上有所不同并各自有其側(cè)重點。
2.3 表明符合性機上地面試驗(簡稱為MOC5)
由于國內(nèi)目前民機取證經(jīng)驗欠缺,特別是考慮申請人試驗室及人員資質(zhì)條件,上述3.1和3.2節(jié)描述的TAR功能驗證方法僅為申請人自己的研發(fā)試驗,因此為滿足條款要求還需進行專門的AMS TAR功能表明符合性MOC5試驗。MOC5試驗前試驗大綱和試驗構(gòu)型需獲得局方批準,試驗前局方需進行機上制造符合性檢查。試驗后的試驗報告及試驗結(jié)果應(yīng)能表明AMS TAR功能符合設(shè)計要求、試驗滿足大綱判據(jù),并最終需獲得局方批準試。
3 結(jié)束語
本文概述了民用運輸類飛機空氣管理系統(tǒng)TAR功能、通訊架構(gòu)、XML開發(fā)集成以及驗證方法。對于TAR功能過驗證方法,由于項目及其主制造商和供應(yīng)商責任分工的差異性,不同的運輸類飛機項目申請人采用的TAR功能驗證方法可能不同。隨著國內(nèi)對民機研制規(guī)律認識的不斷深入以及經(jīng)驗的不斷積累,若申請人相應(yīng)的試驗構(gòu)型和人員資質(zhì)能夠獲得局方認可,且在申請人與局方就TAR功能符合性驗證方法達成一致前提下,若申請人在進行研發(fā)試驗室和機上地面試驗室前相關(guān)試驗大綱獲局方批準,則申請人的研發(fā)試驗室和機上地面試驗可并行視為局方表明符合性試驗,這樣可以避免重復(fù)進行TAR功能表明符合性MOC5試驗,這在一定程度能夠節(jié)省項目研發(fā)進度和成本。
【參考文獻】
[1]陳雯.先進的中央維護系統(tǒng)[J].民用飛機設(shè)計與研究,2010(1).
[2]趙瑞云.民用飛機機載維護系統(tǒng)的中央維護功能[J].中國民航大學學報,2008,26(5).
[3]趙瑞云.中央維護系統(tǒng)概念及其應(yīng)用[J].航空電子技術(shù),2008,36(2).
[責任編輯:曹明明]