劉夏青，吳 斌，趙 剛，蔡曉樂

(中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西 西安 710065)

1 背景

大型飛機(jī)的研制是一個(gè)國家工業(yè)水平的體現(xiàn)和綜合國力的象征，為避免大型軍事裝備受制于人，自主研發(fā)適用于大型飛機(jī)的環(huán)境控制系統(tǒng)已成為國家戰(zhàn)略[1]。

飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)作為重要的機(jī)載系統(tǒng)之一，承擔(dān)著為機(jī)上人員提供舒適空氣環(huán)境的任務(wù)。環(huán)控系統(tǒng)通過控制機(jī)艙內(nèi)空氣的溫度、濕度、流速、壓力等參數(shù)，向機(jī)組人員和乘客提供足夠舒適的生存和工作環(huán)境[2]。

飛機(jī)座艙環(huán)境控制系統(tǒng)的發(fā)展，從20世紀(jì)30年代中期算起，至今約有近70年的歷史。隨著現(xiàn)代飛機(jī)飛行高度、速度、機(jī)動性和適應(yīng)性的不斷提高，外界工作條件的變化也越來越復(fù)雜。飛機(jī)需要適應(yīng)外界環(huán)境條件的急劇變化，這就要求飛機(jī)的環(huán)控系統(tǒng)具有在急劇變化條件下的適應(yīng)性。這不僅增加了環(huán)控系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且對環(huán)控系統(tǒng)的可靠性也提出了更高要求。

壓調(diào)是環(huán)控系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的系統(tǒng)，是飛行員及機(jī)上人員的生命安全的重要保障，因而對壓調(diào)的余度設(shè)計(jì)也顯得尤為重要。本文圍繞大型飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)壓調(diào)余度設(shè)計(jì)策略進(jìn)行論述。

2 環(huán)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)

大型飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用于座艙壓力控制分系統(tǒng)，單架份飛機(jī)配置2臺，為2×2余度設(shè)計(jì)，兩臺計(jì)算機(jī)就分別對左、右機(jī)身環(huán)控系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備或子系統(tǒng)進(jìn)行控制與監(jiān)控。每臺計(jì)算機(jī)應(yīng)具備雙通道處理能力；具備分組配電能力，實(shí)現(xiàn)余度控制和容錯(cuò)管理；具備處理器功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和輸出控制功能；具備周期任務(wù)調(diào)度功能；具備軟件監(jiān)控功能；具備與機(jī)電管理計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)、供電管理計(jì)算機(jī)、起落架收放和位置指示控制單元，以及雙機(jī)雙通道間總線通訊功能；具備與大氣數(shù)據(jù)機(jī)、事故記錄單元、駕駛艙排氣活門、貨艙排氣活門、防冰探測盒的總線通訊功能；具備與座艙壓力傳感器和貨艙壓力傳感器的總線通訊功能；具備駕駛艙排氣活門及貨艙排氣活門的手動控制功能；具備駕駛艙排氣活門及貨艙排氣活門的高度限制和抑制功能；具備自檢測功能；具備故障存儲功能；具備開發(fā)調(diào)試功能。

環(huán)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)與外部環(huán)控系統(tǒng)的各子系統(tǒng)的聯(lián)系框圖如圖1所示。

依據(jù)環(huán)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)要求及功能構(gòu)型要求，左、右環(huán)控計(jì)算機(jī)采用同構(gòu)型設(shè)計(jì)，環(huán)控計(jì)算機(jī)內(nèi)部的A、B自動通道采用同構(gòu)型設(shè)計(jì)，左、右環(huán)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)相應(yīng)通道通過HB6096數(shù)據(jù)總線進(jìn)行信息交換，A、B通道通過HB6096總線進(jìn)行狀態(tài)及數(shù)據(jù)交換，通過通道故障邏輯進(jìn)行通道選擇控制。環(huán)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)A、B通道為主/備工作模式。當(dāng)主通道功能失效，備份通道相關(guān)功能開始工作。

圖1 環(huán)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接框圖

3 環(huán)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)

環(huán)控計(jì)算機(jī)雙機(jī)雙通道采用統(tǒng)一硬件平臺，根據(jù)硬件平臺統(tǒng)一配置操作系統(tǒng)和開發(fā)驅(qū)動軟件，每個(gè)通道根據(jù)系統(tǒng)要求進(jìn)行模塊配置和調(diào)用相應(yīng)驅(qū)動軟件，并運(yùn)行每個(gè)通道的控制軟件。

雙機(jī)雙通道進(jìn)行不同的控制功能，四個(gè)通道對應(yīng)的軟件為獨(dú)立運(yùn)行軟件，本系統(tǒng)軟件采用分區(qū)加載的形式，即每個(gè)通道都灌裝全部四個(gè)軟件，環(huán)控計(jì)算機(jī)加電之后，通過對機(jī)型識別、機(jī)位識別和通道識別后，根據(jù)相關(guān)通道軟件不同位置加載不同的應(yīng)用軟件到FLASH中，因而可實(shí)現(xiàn)環(huán)控計(jì)算機(jī)在駕駛艙左右綜合設(shè)備柜位置的可互換性。

對于每個(gè)通道軟件，分為地面支持軟件和正常工作軟件。正常工作軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件完成環(huán)控計(jì)算機(jī)所連接的環(huán)控子系統(tǒng)的實(shí)際監(jiān)控管理和控制任務(wù)，系統(tǒng)級的故障處理。系統(tǒng)軟件是應(yīng)用軟件運(yùn)行軟件平臺，系統(tǒng)軟件初始化環(huán)控計(jì)算機(jī)運(yùn)行的各種資源，提供各種驅(qū)動接口，同時(shí)實(shí)時(shí)檢測環(huán)控計(jì)算機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)并記錄故障信息。

4 壓調(diào)系統(tǒng)余度策略

由于壓調(diào)系統(tǒng)的重要性，環(huán)控計(jì)算機(jī)壓調(diào)控制系統(tǒng)為三余度設(shè)計(jì)，兩個(gè)自動控制通道和一個(gè)手動控制通道。

因?yàn)閴赫{(diào)是飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)中非常重要的系統(tǒng)，座艙壓力及變化率，是環(huán)控系統(tǒng)調(diào)節(jié)參數(shù)中人員最敏感，且易造成損傷的生理參數(shù)，甚至關(guān)系到機(jī)上人員的生命安全。為保證可靠性和安全性，因而該系統(tǒng)至少要采用雙余度設(shè)計(jì)，這里的三余度設(shè)計(jì)是在雙余度自動控制的基礎(chǔ)上增加無軟件運(yùn)行的手動控制通道，是壓調(diào)系統(tǒng)功能正常工作的重要保障。

兩個(gè)自動控制通道分別分布在控制的1A通道和2A通道，通過應(yīng)用軟件的PID算法程序和邏輯控制程序?qū)崿F(xiàn)。

手動控制功能由PCM模塊實(shí)現(xiàn)，采用純硬件方式實(shí)現(xiàn)，同構(gòu)型設(shè)計(jì)，通過外部電氣線路的功能配置，使左、右環(huán)控計(jì)算機(jī)分別實(shí)現(xiàn)駕駛艙排氣活門及貨艙排氣活門的手動控制功能、駕駛艙排氣活門及貨艙排氣活門的高度告警功能。

1B和2B通道分別實(shí)現(xiàn)壓調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用軟件功能的監(jiān)控及安全功能監(jiān)控任務(wù)。

壓調(diào)系統(tǒng)的余度策略是，1A和2A兩個(gè)自動控制通道將本通道相關(guān)余度信號數(shù)據(jù)發(fā)送給另一自動通道，包括心跳信號、總線協(xié)商節(jié)點(diǎn)信號、通道狀態(tài)等，同時(shí)并接收另一自動通道相關(guān)余度信號數(shù)據(jù)。本通道根據(jù)周期BIT信息、本通道和它通道的余度信息進(jìn)行綜合決策，來進(jìn)行壓調(diào)自動控制功能的切換。若本自動通道壓調(diào)出現(xiàn)故障時(shí)，另一自動通道進(jìn)行任務(wù)接管，當(dāng)另一自動通道也失效時(shí)，控制器將切換至手動控制模式下進(jìn)行壓調(diào)功能保障。

環(huán)控計(jì)算機(jī)壓調(diào)功能分布如圖2所示。

5 小結(jié)

針對大型飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)系統(tǒng)需要，對壓調(diào)系統(tǒng)余度策略展開研究。利用環(huán)控計(jì)算機(jī)架構(gòu)及軟硬件配置，設(shè)計(jì)了壓調(diào)的三余度控制方法。由于壓調(diào)在環(huán)控系統(tǒng)中的重要性，基于自動和手動模式的三余度控制設(shè)計(jì)策略大大滿足了該關(guān)鍵系統(tǒng)的可靠性和安全性。

圖2 環(huán)控計(jì)算機(jī)壓調(diào)功能分布圖

[1] 黨曉民，成杰，林麗.我國大型飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)研制展望[J].航空工程進(jìn)展，2010(2)：21-24.

[2] 劉剛，劉衛(wèi)，張鶴林.飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)研究與探討[J].航空科學(xué)技術(shù)，2014(4)：13-18.