張向前，劉龍園，付細(xì)能，張文林

（航空工業(yè)洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

隨著航空電子技術(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字電子控制技術(shù)的發(fā)展，在第三代、第四代飛機(jī)上，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的操縱方式也由電氣化轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化，即由機(jī)載機(jī)電管理計(jì)算機(jī)的通訊指令信息取代來(lái)自控制按鈕的電氣信號(hào)和來(lái)自傳感器、儀表的測(cè)量數(shù)據(jù)。

基于全權(quán)限數(shù)字電子控制（FADEC）某渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)在飛機(jī)上使用時(shí)，除油門桿信號(hào)外，控制發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)操作指令和座艙顯示數(shù)據(jù)均依賴于航電系統(tǒng)的1553B總線通訊，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU通過(guò)總線從航電設(shè)備獲取控制指令，發(fā)動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)信息通過(guò)總線發(fā)往相關(guān)航電設(shè)備，再由座艙的多功能顯示器進(jìn)行顯示。為更全面獲得該型發(fā)動(dòng)機(jī)高空工作性能和穩(wěn)定工作邊界，需開展該發(fā)動(dòng)機(jī)高空模擬試驗(yàn)。為此，需研制航電模擬器仿真機(jī)上與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU相關(guān)的總線通訊環(huán)境，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)及控制器在高空臺(tái)臺(tái)架上具備開展發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證的工作條件。航電模擬器為航空電子系統(tǒng)提供了一個(gè)開發(fā)、研制以及綜合仿真測(cè)試的環(huán)境[1]。

1 機(jī)載總線通訊環(huán)境

1.1 通訊系統(tǒng)組成

機(jī)載1553B總線通訊系統(tǒng)是由BCMP作為總線控制器，MC 作為備份總線控制器，ADC、INS、EMMC和EEC等多種機(jī)載電子設(shè)備作為RT并按照1553B總線通訊標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成的總線通訊系統(tǒng)。該系統(tǒng)的連接示意如圖1所示。

圖1 機(jī)載1553B總線通訊系統(tǒng)連接示意圖

1.2 通訊信息流

BCMP、MC、ADC、INS和EMMC在1553B總線通訊系統(tǒng)中與ECU之間的通訊過(guò)程的數(shù)據(jù)流如圖2所示。

圖2 總線通訊數(shù)據(jù)流圖

2 航電模擬器方案設(shè)計(jì)

2.1 航電模擬器與外界通訊環(huán)境建立

2.1.1 通訊仿真模型

1)BCMP模型：用于仿真通訊總線控制計(jì)算機(jī)的總線控制功能；

2)MC模型：用于仿真多任務(wù)管理計(jì)算機(jī)的總線監(jiān)視功能和備份總線控制器功能；

3)ADC模型：用于仿真大氣管理計(jì)算機(jī)的總線通訊功能；

4)INS模型：用于仿真慣導(dǎo)系統(tǒng)的總線通訊功能；

5)EMMC模型：用于仿真機(jī)電管理計(jì)算機(jī)的總線通訊功能；

6)模擬ECU模型：用于ECU的A、B通道的總線通訊功能。

2.1.2 通訊環(huán)境搭建

FADEC在控制渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)航電模擬器方面主要具備如下功能：

1)仿真功能：基于單臺(tái)計(jì)算機(jī)及相關(guān)通訊硬件模擬同ECU進(jìn)行總線通訊的多種航電設(shè)備的通訊特性，為ECU仿真機(jī)載總線通訊環(huán)境；

2)監(jiān)視功能：接收并顯示電子控制器上傳的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)監(jiān)視通訊總線工作情況；

3)操縱功能：向電子控制器發(fā)送操作指令和外部參數(shù)的設(shè)定值；

4)數(shù)據(jù)記錄：在航電模擬器上生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件用于實(shí)時(shí)存儲(chǔ)ECU上傳的數(shù)據(jù)以及航電模擬器下發(fā)的指令與參數(shù)。

綜合航電系統(tǒng)模擬器應(yīng)與以下裝置相互作用（航電模擬器與外界通訊關(guān)系示意圖見圖3）。

圖3 航電模擬器與外界通訊關(guān)系示意圖

―EDR-42裝置；

―顯示器；

―鍵盤；

―鼠標(biāo)操縱手；

―參數(shù)記錄綜合體；

―發(fā)動(dòng)機(jī)操縱臺(tái)。

航電系統(tǒng)模擬器將從操縱臺(tái)接收的指令和信號(hào)、由操作者輸入的指令和信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標(biāo)識(shí)，以及將通過(guò)信息交換通道RS-422A從參數(shù)記錄綜合體接收的參數(shù)轉(zhuǎn)換并換算成發(fā)動(dòng)機(jī)控制所需的參數(shù)，并將這些參數(shù)通過(guò)多路信息交換通道傳輸給電子控制裝置的兩個(gè)通道。

航電系統(tǒng)模擬器接收來(lái)自電子控制裝置沿多路信息交換通道的參數(shù)和信號(hào)，并通過(guò)信息交換通道RS-422A，將根據(jù)協(xié)議從電子控制裝置（來(lái)自A通道和B通道）沿多路信息交換通道接收的參數(shù)輸出到參數(shù)記錄綜合系統(tǒng)。

此外，航電模擬器應(yīng)保證將從臺(tái)架和電子控制裝置接收的信號(hào)、參數(shù)輸出到顯示器屏幕上，用于操作者及技術(shù)人員監(jiān)控。

2.2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑

在Visual Studio 2008開發(fā)環(huán)境下，基于Microsoft.NET開發(fā)平臺(tái)，使用C#程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，開發(fā)了Windows應(yīng)用程序框架；設(shè)計(jì)了帶有指令按鈕、參數(shù)滑動(dòng)條、數(shù)據(jù)列表、動(dòng)態(tài)曲線監(jiān)視器和離散字指示燈導(dǎo)航窗格序列等元素的人機(jī)交互界面；創(chuàng)建相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；封裝總線通訊控制設(shè)備操作接口[2]。

以面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想，構(gòu)建飛機(jī)航電系統(tǒng)中與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器交互的總線終端設(shè)備模型(多任務(wù)管理計(jì)算機(jī)MC、機(jī)電管理計(jì)算EMMC、大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)ADC和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)INS)以及BCMP模型；按照通訊協(xié)議的規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)通訊環(huán)境仿真。

航電模擬器在使用時(shí)連接方式如圖4所示。航電模擬器與控制器之間通過(guò)兩個(gè)總線耦合器分別連接成兩個(gè)1553B總線通訊回路——總線通訊主回路和備份回路。每個(gè)耦合器分別連接航電模擬器主通訊線路或備份通訊線路以及控制器兩個(gè)通道對(duì)應(yīng)的主通訊線路或備份通訊線路。

2.3 實(shí)現(xiàn)的功能

1)具有模擬BCMP對(duì)1553B總線進(jìn)行通訊管控以及同相關(guān)設(shè)備進(jìn)行管控指令和通訊狀態(tài)信息交互的功能，建立相應(yīng)的功能模型；

2)能夠模擬飛機(jī)總線通訊系統(tǒng)的部署方式與功能，即正確地建立發(fā)動(dòng)機(jī)控制器與相關(guān)機(jī)載設(shè)備的通訊模型，并按照總線通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊過(guò)程；

3)具有左發(fā)/右發(fā)切換選擇功能；

4)具有模擬發(fā)動(dòng)機(jī)控制器在總線上的通訊功能，即在不連接控制器實(shí)物的條件下，通過(guò)恰當(dāng)?shù)嘏渲猛ㄓ嶆溌?，使航電模擬器可以獨(dú)立地模擬包括控制器在內(nèi)的飛機(jī)通訊系統(tǒng)；

圖4 產(chǎn)品總線通訊連接示意圖

5)具有參數(shù)顯示功能，能通過(guò)數(shù)據(jù)列表實(shí)時(shí)顯示從通訊數(shù)據(jù)中解析的所有參數(shù)；

6)具有圖形化顯示功能，即對(duì)于所有模擬量信號(hào)參數(shù)應(yīng)以坐標(biāo)曲線進(jìn)行顯示，對(duì)于表示狀態(tài)指示和故障指示的離散字參數(shù)還應(yīng)使用指示燈進(jìn)行圖形化表示；

7)具有通訊數(shù)據(jù)修改功能，即能通過(guò)軟件界面直接修改發(fā)送給控制器的通訊數(shù)據(jù)包和模擬控制器發(fā)出的通訊數(shù)據(jù)包；

8)具有適用于試驗(yàn)人員操作的圖形化指令輸入與操縱界面，即用滑動(dòng)桿、旋鈕和按鈕等虛擬儀器模擬飛機(jī)座艙中相應(yīng)的指令輸入與操縱裝置，以此接收試驗(yàn)操作人員對(duì)控制器的操縱指令；

9)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，應(yīng)能存儲(chǔ)所模擬的飛機(jī)通訊系統(tǒng)在通訊過(guò)程中傳遞的所有參數(shù)數(shù)據(jù)；

10)具備RS-422串口通訊功能，可以通過(guò)串口與發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)計(jì)算機(jī)交互操作指令和數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操縱。

3 解決的關(guān)鍵技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)基于FADEC控制發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中與發(fā)動(dòng)機(jī)及試驗(yàn)臺(tái)架交聯(lián)及數(shù)據(jù)傳輸，航電模擬器解決了如下關(guān)鍵技術(shù)：

1)按照飛機(jī)航電系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器交互的各機(jī)載設(shè)備通訊特性；

2)按照飛機(jī)航電系統(tǒng)總線通訊協(xié)議的規(guī)劃，仿真以機(jī)載總線控制計(jì)算機(jī)(BCMP)為核心的通訊調(diào)度機(jī)制；

3)實(shí)現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)在線監(jiān)控、告警和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；

4)實(shí)現(xiàn)基于RS-422通訊的試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)交互，以及本機(jī)航電指令操縱權(quán)與遠(yuǎn)程操縱權(quán)的切換功能。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于FADEC控制的發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)行了高空模擬試驗(yàn)用的航電模擬器的技術(shù)方案研究，所提出的航電模擬器能夠仿真機(jī)上與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU相關(guān)的總線通訊環(huán)境，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)及控制在高空臺(tái)臺(tái)架上具備開展發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證的工作條件。