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飞机的综合化航空电子系统,波音公布787驾驶舱

时间:2019-11-23 14:24来源:科学研究
[英国《防务新闻》2005年9月1日报道]波音公司近日公布了波音787"梦幻班机"(Dreamliner)的驾驶舱设计。该机驾驶舱的设计目标是在采用新技术提高操纵性能的同时,保持与波音777及其他

[英国《防务新闻》2005年9月1日报道]波音公司近日公布了波音787"梦幻班机"(Dreamliner)的驾驶舱设计。该机驾驶舱的设计目标是在采用新技术提高操纵性能的同时,保持与波音777及其他波音客机驾驶舱的相似性,从而通过通用性实现成本节约。波音民机集团副总裁兼787项目总经理迈克·拜尔(Mike Bair)说:"我们与来自世界各地的运营商和它们的驾驶员们共同工作,以确保引入787的变化,是可以帮助提高态势感知和更好地减轻驾驶员工作负荷的改进"。 787驾驶舱内有5个12×9.1英寸(约305×231毫米)的显示器,比其他飞机上的显示器大很多;总显示面积达546平方英寸,是波音777的两倍。这使驾驶员能同时获得更多的信息。该机还将2台平视显示器和2台电子飞行包作为标准配置。平显的位置与驾驶员的眼睛平齐,使之能在看到外景的同时,看到平显上的清晰信息;电子飞行包则是可替换驾驶员飞行包的数字化工具,包含航图、图表、手册和其他数据。 拜尔说:"我们使787成为运营商和融资商更有价值的资产之一的途径是使其配置更为标准化,这样它就能更容易地在需要时进行机队间调换"。 787的驾驶舱与777的通用性意味着,777的驾驶员只需要经过5天的培训就可以飞行787。这就给机队中同时包含两者的运营商带来了更大程度的灵活性。过去,通用性一直是波音的竞争对手--欧洲空中客车公司民机产品的专美。 787提供了一些新的信息格式,例如可提高地面滑行操作安全性的机场移动地图,以及能显示即将接近的地形剖面图的垂直状态显示器。拜尔说:"我们在确定驾驶舱构型和飞机操作模式方面所做的工作是为了帮助驾驶员更好地获得信息,使之做出最佳决策"。 罗克韦尔·柯林斯公司是787驾驶舱显示系统、乘员告警系统、驾驶员控制装置、通信与监视系统、机载共用数据网络及核心网络机柜的供应商和系统综合商。该公司空运系统分部副总裁兼总经理克利·沃特博格(Kelly Ortberg)说:"787的驾驶舱技术先进,并代表着我们的新一代航电系统。综合化的系统提供了新的能力,可提高安全性、性能和扩大满足未来要求的升级空间,同时提供了与其他波音飞机驾驶舱的使用通用性"。 787的综合显示系统采用光标控制装置和多功能键盘实现数据的输入与读取。通过采用基于开发程序和工具的先进模型,罗·柯公司已显著降低了综合显示系统的开发成本和周期,以及产品的全寿命周期成本。 罗·柯公司还正在为787开发综合了自动油门、俯仰/滚转/偏航三轴控制及其电传操纵系统接口的控制杆。由于采用模块化设计,驾驶员控制装置的安装和维护将得到简化。新控制装置的设计需要满足波音公司提出的明显减重的同时,还要为运营商提供与777相似的视觉和操纵感觉特性的要求。罗·柯公司还为787飞机提供了一种全新开发的综合监视系统。这种高度综合的系统包含了诸如气象探测、空中交通告警、防撞、S模式监视、地形感知和告警等功能。有关该系统的更多细节将在今年晚些时候公开。 787的通信系统包括罗·柯公司的VHF-2100、SAT-2100和HFS-900D。VHF-2100具有更轻的重量和很高的可靠性,具有"甚高频数据链"模式2的通信能力,并留有改进到模式3和模式4的空间;SAT-2100是新型的、体积更小而可靠性更高的卫星通信系统,支持国际民航组织的安全性服务,具有3个语音通道,并可升级使用国际海事卫星"雨燕"高速数据通信服务。罗·柯公司还提供了最新的数字式驾驶舱语音系统,以及座舱语音和飞行数据记录系统。 核心网络(Core Network)是787的基础。罗·柯公司为787提供的新一代核心网络,在实现波音关于全机"电子原动力"的目标中起着某种关键作用。通过采用商用开放式标准,核心网络驻宿了多种第三方应用软件,并管理着机载信息流以提高航线使用效率。 英国史密斯航宇公司负责为787提供"共用核心系统",而罗·柯公司的"共用数据网络"(Common Data Network,CDN)是其中一个关键部分。CDN是一种高度完善的双向光纤或铜缆网络,采用ARINC 664协议和标准,对机载系统之间的信息流进行管理。该系统以商用的以太网技术为基础,为适应航电环境进行了修改。CDN的完善性和确定性,使系统综合商能将它用于需要高水平数据关键性的系统中。作为数据传输速率达100兆比特/秒(100 Base-T)的全双工网,CDN提供了比当前一代数据总线好得多的扩展连通性和高得多的数据传输速率,与点对点拓扑结构相比则具有低得多的重量。

[据美国《罗克韦尔 科林斯公司网站》2009年12月16日报道]罗克韦尔-柯林斯公司的下一代航空电子系统和飞行员控制系统为12月15日波音787飞机的成功首飞做出了贡献。

Integrated Avionics System in FC-1 Fighter枭龙飞机的航空电子系统在第三代联合式航空电子系统的基础上,实现了更高水平的综合,它以"自顶向下"的设计方法,进行了系统整体的优化设计,并将"买得起"作为重要的设计指标,使之具有较强的国际竞争力蒲小勃 王家骥 吴晓明航空电子系统在几十年的发展中,系统结构不断演变,经历了一个从分立式、混合式、联合式到高度综合化的发展过程。随着计算机技术、数字通信技术和网络技术的发展,航空电子设备的性能日趋完善,已成为现代军用飞机提高作战效能的重要手段。近些年的几场高技术条件下的局部战争表明,航空电子系统在发挥飞机的综合作战效能中起着决定性的作用。换言之,没有先进的航空电子系统,就没有先进的飞机。现代先进航空电子系统是一个集控制、传感器、显示、通信和网络技术于一身的高度信息综合的计算机网络系统。其功能不仅涵盖了传统的航电仪表系统和火控系统,还通过网络将机上各传感器和电子设备有机地综合在一起,实现资源共享,数据融合甚至信息融合,并为飞行员提供良好的人机界面。综合化是航空电子发展的灵魂和核心。"枭龙"飞机的航空电子系统在目前第三代联合式航空电子系统的基础上,实现了更高水平的综合,即将整个航空电子系统当作飞机任务系统进行了整体的优化设计,不仅具有模块化、系统容错和动态重构、支持多传感器综合和信息融合等突出的技术特征,在成本上也满足了 "买得起"这一重要的技术指标。系统的功能及组成为满足"枭龙"飞机的作战及任务要求,其先进综合化的航空电子和武器系统须具有自主导航,对空、对地、对海攻击,目标搜索与识别,通信与进场着陆,外挂物管理,任务计划与参数记录,综合电子战,综合显示与控制,数据传输等多种功能;能帮助飞行员顺利执行各种战术操作,为飞机提供良好的使用特性和方便的维修能力;可挂载包括精确制导武器在内的多种武器,具有发射中距弹,实现超视距攻击的能力。此外还可以根据用户的不同要求,选配不同的航空电子系统组合方案。"枭龙"飞机的航空电子系统采用集中分布式结构,大多数设备通过1553B总线连接起来,实现信息和资源共享,根据任务和功能需求,将整个航空电子系统划分为武器与任务管理、雷达、惯导、电子战、通信导航与识别、机电管理、外挂物管理、大气数据以及飞控等几个子系统。武器与任务管理子系统是航电系统的核心,负责与飞行员接口、控制系统模式状态、战斗管理、任务保障管理等多种功能,它包含两台互为备份的武器任务管理计算机,以及"一平三下"四个显示器,数据传输卡,视频记录仪,航空电子启动板等设备,正前方控制板为飞行员提供友好的操作界面。多模式的机载脉冲多普勒雷达和内嵌GPS的激光陀螺惯性导航系统是"枭龙"飞机的重要传感器,保证了对目标的精确打击。电子战子系统包括含瞬时测频分析的雷达告警接收机,以及手动和自动控制的箔条/红外弹投放系统。通信导航与识别子系统包括两部互为备份的抗干扰超短波电台,其中一部电台还兼有数据链的功能,另外还包含无线电高度表、仪表着陆设备以及敌我识别询问机和应答机。机电管理系统包括机电管理计算机和飞行参数记录仪,它提供航电系统与飞机其他系统之间的接口,并记录飞机飞行参数。大气数据系统包括了大气数据解算器、攻角解算器和左/右L形压力传感器。驾驶舱显示与控制驾驶舱显示系统作为与飞行员信息交换的直接媒介,在"枭龙"航空电子系统的设计之初,飞行员就参与了显示系统及飞行员操作程序的设计及评价,以使整个航电系统更能满足飞行员的要求。"枭龙"飞机采用了双手握杆操纵设计,它使飞行员的双手不离开油门杆和驾驶杆仍能控制主要的传感器、武器和显示器,同时在空战格斗中使油门杆和驾驶杆在飞行员所希望的位置,减轻了飞行员的操作负担。系统任务计算机完成航电系统主模式的逻辑处理以及人机界面接口的功能控制,自动地使相关的子系统处于最佳的工作状态,在不同的任务阶段,包括滑行、起飞、巡航、拦截、格斗、返场以及着陆等,使显示系统按需分配显示器资源,显示相关的信息。"枭龙"飞机的驾驶舱装有3台12.5厘米×12.5厘米的有源矩阵液晶多功能彩色显示器,分辨率为600×600,亮度和对比度可手动调节也可自动调节,每个显示器有可重定义功能的周边键用于模式控制和参数设置。通常情况下,左边显示器显示武器作战状态/数据,中间显示器显示雷达数据,右边显示器显示战术信息,但显示器之间均可全功能相互备份,包括平显画面。所有显示器均可叠加外视频,包括雷达、数字地图、视频摄像机以及吊舱、前视红外等外挂物的视频信号,所有显示画面均由系统管理计算机通过1553B总线进行控制。在应急情况下,其中一个显示器还可作为电子飞行指示器,显示最基本的飞行参数。"枭龙"还配装有一台智能式平显,总视场达24度,可叠加FLIR视频信号,为飞行员提供飞行、导航、起飞、着陆等信息显示以及目标的瞄准、射击等。在平显前面装有正前方控制板,为飞行员提供基本的信息显示,以及导航和通信等控制输入界面。平显上部装有一台视频摄像机,以记录平显画面和外视景。"枭龙"驾驶舱具有夜视兼容的能力,与夜视镜配合,提高了飞机在微光或夜间条件下的生存与作战效能。头盔瞄准系统和头盔显示系统是其选装系统。传感器与目标探测"枭龙"飞机配装天线口径600毫米的多功能脉冲多普勒雷达,具有中距空中拦射、近距空战格斗、对地对海攻击、辅助导航等功能,以及上视和地杂波环境下的下视及下射能力。为了提供最佳的探测和跟踪性能,该雷达可在高、中、低重复频率多种波形下工作,可完成自适应的脉冲压缩和自动波形管理。空-空TWS模式下可同时跟踪10个目标,并可同时制导两枚超视距导弹攻击其中2个目标。敌我识别器与雷达交联,辨别目标敌我属性。该雷达采用模块化设计,可靠性和可维护性好,并具有良好的电子对抗能力。机上安装的环形激光陀螺惯性导航系统为雷达及其他航电系统提供高精度的载机飞行矢量数据,并提供导航支持。着陆支持设备为进场提供飞行指引。分布式的大气数据系统的采用将原来分离的压力传感器部分与测量解算融为一体,以电信号输出取代了传统的传输气压信号的压力管路,提高了信号精度,并使系统的可靠性得到大幅度的提高。由雷达告警接收机和导弹逼近告警组成的电子战系统,配合箔条红外投放装置以及电子战吊舱,为"枭龙"飞机提供了较强的目标探测和自保护能力。前视红外以及红外搜索与跟踪系统属选装设备,可在不暴露自身的情况下发现目标。嵌入式计算机与总线网络系统第三代战斗机综合化航空电子系统的主要结构是,基于微处理器和嵌入式计算机的各子系统设备之间通过总线通信网络连接。"枭龙"航电系统主要通过1553B总线连接各子系统和设备,其中武器任务管理计算机作为"枭龙"航电系统控制和管理的核心,采用PPC处理器,通过运行系统作战飞行软件包程序,完成整个航电系统的任务管理与操纵控制,以及火控解算、外挂管理、信息综合、显示控制、语音告警、数据传输等任务。为了提高系统可靠性,"枭龙"飞机配装了两台互为备份的武器任务管理计算机和两条双余度的1553B总线。武器任务管理计算机作为这两条总线的总线控制器,负责并管理总线的实时通信任务,控制各子系统的模式和工作状态,接收飞行员的指令信息,相关设备的数据及状态信息,进行信息综合,实现系统的有机协调及集中控制。通信与战术数据链"枭龙"飞机配装了两部V/UHF频段的机载抗干扰通信电台,用于对地和对空的指挥与话音通信。除正常的调频、调幅和保密通信模式外,两部电台都具有先进的跳频和跳扩频抗干扰通信功能,一部电台还具有超短波战术数据传输链处理功能。为保障飞行员与地面指挥之间的通信联络,两部电台的话音通信功能互为备份。另外,当航电系统崩溃或电台的总线通信中断以后,也能通过电台控制盒对电台进行控制。外挂管理及武器系统"枭龙"飞机所有的挂点既可挂装符合MIL-STD-1760标准的武器,也可挂装东/西方国家非标准武器。外挂管理系统的标准武器接口单元用于监视武器外挂状态、执行飞行员对武器的操作,监控投射条件并输出投射指令,监控武器投射方案,应急投放处理等。继电器接口盒根据SAIU的各种控制命令,输送每个挂点外挂物所需的强电激励信号。"枭龙"飞机完善的航电及武器系统,以及灵活的外挂配置方案,为打击不同的空/地/海目标提供了有力的保障。面向对象与结构化设计方法"枭龙"飞机综合化的航空电子系统是由基于一个庞大而复杂的集中分布式计算机网络系统和预定义功能的设备组成。为此,"枭龙"飞机的航空电子系统设计中采用了面向对象的结构化设计方法,以"自顶向下"的设计概念进行系统总体设计,将复杂的问题逐步简单化。系统的设计从顶层开始,将整个航空电子系统当作飞机的一个功能模块来考虑。以结构化的设计方法给出整个航空电子系统的一般定义。顶层模块分解成若干个子模块,遵循信息隐藏和解偶的原则,将每个子模块又按层次被分解成更小的子模块,直到最低层。同层次的模块之间在功能定义无交叉,对相邻的上下层之间的模块,上一层模块定义下层模块的功能,而下层模块完成更详细的功能定义,由此将一个复杂的航空电子系统功能逐步分层、分解、简单化,直至底层功能描述。相应地,面向选装的设备归纳出航电系统要求并确定设备的规范,进而优化可选择的设备,生成一个最佳综合效能的航空电子系统,同时也保证了航电设备对飞机平台资源较低的占用率以及较高的性价比。为保证"枭龙"飞机的航空电子系统在满足飞机的战术技术指标要求的同时,具有较低的设计成本,使用户买得起,用得起,系统在设计过程中,广泛采用了数字化的设计以及验证手段,使那些需在综合和试飞过程中才会暴露的问题在设计阶段就显现出来,并加以解决,从而提高了工作效率,缩短了工作周期,降低了研制成本。

罗克韦尔-柯林斯公司是波音787飞机飞行驾驶舱显示系统、机组告警系统、飞行员控制器、通信和监视系统以及核心网络机柜的系统供应商,同时还为飞机的公用核心系统提供公用数据网络。

罗克韦尔-柯林斯公司为波音787提供以下系统:

由5台15.1英寸LCD显示器和2台LCD平视显示器组成的综合显示系统。罗克韦尔-柯林斯公司的平视导引系统具有目前航空运输市场最先进的显示功能,包括基本飞行、先进导航和全面机组告警等功能。系统采用光标控制设备和一个多功能键盘进行数据输入和调取。

罗克韦尔-柯林斯公司VHF-2100、SAT-2100和HFS 900D先进通信设备,其中重量轻、可靠性高的VHF-2100有VDL Mode 2功能,同时具备未来增加VDL Mode 3 and 4的能力。更小和更可靠的新型SAT-2100支持国际民航组织的安全性服务,有3个语音通信信道,允许未来添加Inmarsat快速宽带高速数据功能。罗克韦尔-柯林斯公司提供的通信设备中还有先进的飞行驾驶舱数字音频系统以及驾驶舱语音和飞行数据记录系统。

罗克韦尔-柯林斯公司新开发的综合监视系统包含了罗-柯公司的MultiScanTM危害探测系统、空中交通告警和防撞系统、S模式监视以及地形感知和告警系统。

带有一个控制台的最新一代飞行员控制装置包括自动油门、俯仰、滚转、偏航和主要飞行的控制,以及这些控制与飞机电传操纵系统的接口。飞行员控制装置的模块化设计使安装和维护简化。这一新系统达到了波音承诺运营商飞行员控制装置外观和感觉上与波音777类似的目的,同时实现了重量上的大幅缩减。

波音787标配的“核心网络”。它在实现全机“e”化的目标中发挥着重要的作用。“核心网络”采用开放式的商用标准服务器和网络,宿驻了许多第三方应用程序,管理机上信息流,从而提高航班运营效率。

使罗克韦尔-柯林斯公司成长为先进网络技术引领着的公用数据网络。CDN是波音787公用核心系统的关键部分,是完好性高的双向光纤和铜线网络,采用ARINC 664协议和标准管理飞机机载系统间的信息流。CDN基于商用以太网技术,根据航电环境进行适应性修改,其完好性和确定性特点使系统集成商能利用该网络将数据关键性高的系统联网。CDN大大优于现有一代的点对点拓扑数据总线,包括:更广的连通性、更高的数据传输速率和大幅减少的重量。

在开发和设计阶段,罗-柯公司就加入了波音的787合作班子,在波音公司现场每天都有公司员工参加项目设计、集成和生产活动。

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