張輝

摘 要：ADIRS（Air Date& Inertial Reference System）在民用飛機上有著廣泛的應(yīng)用。ADIRS作為飛機上重要的A級系統(tǒng)，與飛機上其他系統(tǒng)有著復(fù)雜的交聯(lián)關(guān)系。ADIRS將原先獨立的ADS和IRS系統(tǒng)集成到一起，具有兩套系統(tǒng)的全部功能（ADR功能和IR功能），而且兩部分功能具有獨立性，同時既可以節(jié)省飛機上的設(shè)備安裝空間，又可以節(jié)省設(shè)備重量，具有良好的運營的經(jīng)濟(jì)性。從系統(tǒng)級對ADIRS需求進(jìn)行研究就顯得很重要。ADIRS的系統(tǒng)級需求從系統(tǒng)功能，系統(tǒng)精度，相關(guān)操作，安全性以及維修性等方面進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：民用飛機 ADIRS 獨立性 系統(tǒng)級需求

中圖分類號：V268 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0030-02

ADIRS一般包含三套或者三套以上ADIRU以及若干ADM，AOA，TAT以及全靜壓探頭（或全壓/機身靜壓孔）。ADM可以通過A429總線給ADIRU提供全壓、靜壓、數(shù)據(jù)。飛機上ADM具體應(yīng)配置的數(shù)量需根據(jù)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的架構(gòu)來確定。每套相同的ADIRU設(shè)備應(yīng)該分為兩個獨立的部分ADR（Air Data Reference）和IR（Inertial Reference），每個獨立的部分可以在另外一個失效的情況下，獨立工作。ADIRU輸出的大氣及慣性基準(zhǔn)數(shù)據(jù)可用于駕駛艙顯示系統(tǒng)及自動飛行控制系統(tǒng)等，其中IR可與GNSS系統(tǒng)接口來提高組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)的精度。

1 ADIRS功能

1.1 大氣數(shù)據(jù)基準(zhǔn)（ADR）功能

ADIRU中的大氣數(shù)據(jù)基準(zhǔn)部分應(yīng)包含大氣數(shù)據(jù)計算功能，并具備存儲靜壓源誤差修正（SSEC）參數(shù)并進(jìn)行修正的能力，并能以A429總線的形式輸出至少以下的數(shù)據(jù)信息。

- 計算空速

- 氣壓高度

- 修正氣壓高度

- 高度變化率

- 馬赫數(shù)

- 真空速

- 最大空速門限

- 最大馬赫數(shù)門限

- 總壓

- 靜壓

- 動壓

- 總溫

- 靜溫

- 正駕駛場壓修正高度

- 副駕駛場壓修正高度

- 修正攻角

- 修正側(cè)滑角

1.2 慣性基準(zhǔn)（IR）功能

ADIRU的IR部分應(yīng)能夠在橫滾和偏航軸以及±85°俯仰軸上進(jìn)行全自由度操作。ADIRU慣性基準(zhǔn)功能至少提供以下參數(shù)：

- 俯仰角

- 橫滾角

- 航向（真航向和磁航向）

- 航跡（真航跡和磁航跡）（慣性/組合）

- 地速（北向地速/東向地速）（慣性/組合）

- 地速（慣性/組合）

- 緯度（慣性/組合）

- 經(jīng)度（慣性/組合）

- 慣性高度

- 風(fēng)速和風(fēng)向

- 偏流角

- 飛行路徑角（慣性/組合）

IR除了能夠接受來自ADR的真空速（TAS，True Air Speed）以及高度變化率即垂直速度（VS，Vertical Speed）數(shù)據(jù)，還應(yīng)能和ARINC743A GNSS傳感器交聯(lián)，接收GPS的經(jīng)緯度以及Time Mark等參數(shù)信號，以提高IR輸出參數(shù)的精度。IR最終計算出來的結(jié)果應(yīng)通過ARINC429高速總線輸出給其他系統(tǒng)，例如FCS，F(xiàn)RS，OMS等。

2 ADIRS性能指標(biāo)

大氣數(shù)據(jù)基準(zhǔn)（ADR）性能指標(biāo)

2.1 ADM性能指標(biāo)

如果將大約47.5mb（絕對）到1900mb（絕對）范圍內(nèi)的壓力施加到壓力裝置，則不應(yīng)當(dāng)損壞ADM；如果暴露在2900mb（絕對）壓力環(huán)境下，且壓力輸入不大于950mb，則不應(yīng)當(dāng)損壞ADM。

在測試ADM的泄露速率的試驗中，設(shè)定使用不超過2L的氣體，在40000英尺的高度，每套壓力輸入（不包括相關(guān)的飛機管路，如果有的話）的ADM泄露速率不應(yīng)當(dāng)超過0.1mb/分。

2.2 ADR輸出參數(shù)性能指標(biāo)

ADR輸出參數(shù)的性能指標(biāo)如表1所示。

2.3 慣性基準(zhǔn)（IR）性能指標(biāo)[2]

IR在外部環(huán)境溫度高于0°C，且緯度在±70°之間工作，從加載電源到完成自動對準(zhǔn)過程所需時間應(yīng)小于10min。

IR輸出應(yīng)滿足以下性能：

（1）位置（組合）：25m（在有SA的情況下，100m）。

（2）位置（慣性）：如果飛行時間在10小時內(nèi)，則應(yīng)滿足2NMPH（95% CEP）；如果飛行大于10小時，垂直航跡位置誤差不應(yīng)當(dāng)超過±20NM（95% CEP），沿航跡±25NM（95% CEP）。

（3）磁航向精度（2σ）：

50°S<緯度<50°N，Accuracy = 2.0°；

60°S<緯度<=50°S，并50°N<=緯度<68°N，Accuracy = 3.0°；

其他（82°S和82°N之間，除兩極區(qū)域），Accuracy = 4.0°。

（4）姿態(tài)：0.5°（2σ）。

3 ADIRS相關(guān)操作

3.1 大氣數(shù)據(jù)基準(zhǔn)（ADR）相關(guān)操作

ADR相關(guān)操作包括以下操作：

（1）源選擇開關(guān)（如圖1所示，紅框表識），通過此旋鈕來選擇正副駕駛的PFD上顯示的大氣數(shù)據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)來源于哪套ADIRS。位于“NORM”位置時，正駕駛PFD顯示數(shù)據(jù)來自第一套，副駕駛PFD顯示數(shù)據(jù)來自第二套，第三套備用；位于“CAPT 3”位置時，正駕駛PFD顯示數(shù)據(jù)來自第三套；位于“F/O3”位置時，副駕駛PFD顯示數(shù)據(jù)來自第三套。

（2）氣壓修正旋鈕，飛行員通過此旋鈕來設(shè)置顯示高度為標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度或是修正了場壓的修正氣壓高度。

（3）探頭加熱控制開關(guān)，通過此開關(guān)來控制大氣數(shù)據(jù)探頭加溫。

3.2 慣性基準(zhǔn)（IR）相關(guān)操作

慣性基準(zhǔn)（IR）應(yīng)提供下列操作模式：

（1）OFF：斷開全部電路（控制電路除外）。

（2）ALIGN：該模式是自動的，但在某些飛機上可由操作人員選擇。這個自給過程利用了外部即時位置輸入，系統(tǒng)應(yīng)以當(dāng)?shù)卮怪焙头轿换鶞?zhǔn)計算即時方位，并進(jìn)行自測試和校準(zhǔn)。

（3）NAV：如果對準(zhǔn)成功，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)提供姿態(tài)、位置、速度輸出，機體和歐拉加速度、角速率，以及合成磁航向。

（4）ATT：如果連續(xù)更新的導(dǎo)航數(shù)據(jù)（慣性基準(zhǔn)垂直和位置）丟失，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)操作模式，僅提供飛機姿態(tài)輸出、方向基準(zhǔn)、加速度和角速率。磁航向降低到“自由”DG狀態(tài)，由操作人員手動設(shè)置，修正漂移。

注：ATT模式（對某些飛機機型是可選的）為備用模式，其性能不亞于優(yōu)質(zhì)的垂直陀螺和方位陀螺。僅當(dāng)設(shè)備故障或者飛行中電源故障引起慣性基準(zhǔn)垂直和位置信息不可用時，才使用該模式。正常工作中不適用該模式。

IR數(shù)據(jù)源選擇旋鈕（如圖2中紅框標(biāo)示所示），通過此旋鈕來選擇正副駕駛的PFD上顯示的慣性基準(zhǔn)相關(guān)的數(shù)據(jù)來源于哪套ADIRS。位于“NORM”位置時，正駕駛PFD顯示數(shù)據(jù)來自第一套，副駕駛PFD顯示數(shù)據(jù)來自第二套，第三套備用；位于“CAPT 3”位置時，正駕駛PFD顯示數(shù)據(jù)來自第三套；位于“F/O3”位置時，副駕駛PFD顯示數(shù)據(jù)來自第三套。

4 ADIRS安全性與可靠性

ADIRS系統(tǒng)應(yīng)該滿足飛機的FHA的失效狀態(tài)等級以及可靠性要求。ADIRS為A級系統(tǒng)，失效概率達(dá)到10E-9，其軟件的研制保障等級為DO-178B A級，硬件的研制保障等級為DO-254 A級，飛機一般有三套獨立的ADIRS，單套的ADIRS的失效概率達(dá)到1E-4，其MTBF為10000h。

5 ADIRS維護(hù)性

為了確保不同制造商的設(shè)備具備可互換性，ADIRS設(shè)備應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守ARINC600。具體來說，設(shè)備應(yīng)當(dāng)滿足ARINC600中關(guān)于尺寸、誤差、手柄、冷卻設(shè)施、以及重量和中心方面的要求，除了冷卻口和前端緊固銷位置，該裝置應(yīng)當(dāng)遵循ARINC600中4MCU外形參數(shù)基本標(biāo)準(zhǔn)，冷卻口和前端緊固銷位置應(yīng)適用于4MCU類型。

ADIRS相關(guān)的傳感器AOA、TAT、空速管/機身靜壓孔均安裝于飛機機頭的兩側(cè)，具體的位置因飛機機頭的形狀而定。傳感器布置在飛機外部，可達(dá)性較好，便于維護(hù)。

ADIRS設(shè)備的應(yīng)提供數(shù)字化數(shù)據(jù)通信端口，以ARINC429格式與機載維護(hù)系統(tǒng)（OMS）進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，向OMS系統(tǒng)報告ADIRS系統(tǒng)的Maintenance Word以及設(shè)備狀態(tài)信息，以便于在地面對設(shè)備故障進(jìn)行定位，并及時進(jìn)行ADIRS系統(tǒng)的地面維護(hù)。

參考文獻(xiàn)

[1] ARINC 738A.AIR DATA AND INERTIAL REFERENCE SYSTEM （ADIRS），2001.

[2] ARINC 704A.Inertial Reference System，1999.

[3] ARINC 706-4.Subsonic Air Data System，1988.