當(dāng)前我國(guó)通用飛機(jī)產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了巨大的發(fā)展機(jī)遇，開(kāi)展通用飛機(jī)航電系統(tǒng)架構(gòu)的研究具有重要意義。通過(guò)分析通用飛機(jī)航空電子系統(tǒng)的典型需求，包括功能需求、安全性需求、適航需求、經(jīng)濟(jì)性與維護(hù)保障需求等，分高、中、低三類(lèi)分別討論了國(guó)外代表性的通用飛機(jī)航電系統(tǒng)架構(gòu)的主要特點(diǎn)，揭示了通用飛機(jī)航電系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，并結(jié)合應(yīng)用需求提出了未來(lái)通用飛機(jī)航電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，可以為相關(guān)研究提供有益的參考。

引言

通用航空是民用航空的重要組成部分。在美國(guó)等西方發(fā)達(dá)國(guó)家通用航空是一個(gè)成熟的產(chǎn)業(yè)，僅美國(guó)就有通用飛機(jī)二十多萬(wàn)架，占所有民用飛機(jī)的90%。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和低空空域的逐步開(kāi)放，我國(guó)的通用航空也擁有廣闊的市場(chǎng)前景。

目前國(guó)際上，美國(guó)在通用飛機(jī)航空電子領(lǐng)域居于領(lǐng)導(dǎo)地位，有多家企業(yè)可以提供完整的通用飛機(jī)航電系統(tǒng)貨架產(chǎn)品，例如 Garmin 公司的 G1000 系統(tǒng)、Avidyne公司的 Entegra 系統(tǒng)、L－3 公司的 SmartDeck 系統(tǒng)等均是具有代表性的航電系統(tǒng)。特別是Garmin 公司，其產(chǎn)品占據(jù)全球通用飛機(jī)航電市場(chǎng)最大份額。

相比之下，我國(guó)的通用航空研制體系還有不小的差距，國(guó)內(nèi)通用飛機(jī)所使用的航電產(chǎn)品主要依賴(lài)進(jìn)口，自主研發(fā)水平亟待提高。據(jù)公開(kāi)報(bào)道目前有“海鷗”300 飛機(jī)采用了國(guó)產(chǎn)航電系統(tǒng)，但在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、小型化設(shè)計(jì)和低成本化設(shè)計(jì)等方面尚屬起步階段。

與運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)類(lèi)似，通用飛機(jī)的航電系統(tǒng)也遵循系統(tǒng)研發(fā)的 V 形過(guò)程，其系統(tǒng)架構(gòu)也經(jīng)歷了從分離式到綜合式的發(fā)展過(guò)程，綜合化、模塊化設(shè)計(jì)已經(jīng)在通用飛機(jī)上得到了廣泛應(yīng)用。但是，從系統(tǒng)需求和具體實(shí)現(xiàn)架構(gòu)來(lái)看，通用飛機(jī)航電與運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)航電還是有較大差異，而且不同種類(lèi)的通用飛機(jī)之間，其航電架構(gòu)也有較大差異。

本文首先研究了作為通用飛機(jī)航空電子系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的一些典型需求，然后就高端、中小型、輕型/運(yùn)動(dòng)型三類(lèi)通用飛機(jī)，討論有代表性的 Primus Apex 系統(tǒng)、G1000 系統(tǒng)、Entegra系統(tǒng)及G500系統(tǒng)四種架構(gòu)的主要特點(diǎn)，從系統(tǒng)的顯示、操作控制、數(shù)據(jù)處理、傳感器設(shè)備、總線、余度設(shè)計(jì)、擴(kuò)展性等方面總結(jié)了通用飛機(jī)航電系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，并針對(duì)未來(lái)發(fā)展要求提出通用飛機(jī)航電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

通用飛機(jī)航電系統(tǒng)需求分析

在系統(tǒng)工程中，需求分析是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中必不可少的環(huán)節(jié)，需求是系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成和驗(yàn)證的基礎(chǔ)，對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)具有決定性的影響。

一、功能需求

通過(guò)對(duì)適航規(guī)章的研究，并參考當(dāng)前裝機(jī)的典型系統(tǒng)產(chǎn)品，通用飛機(jī)航電系統(tǒng)基本功能需求如表1 所示。

基于飛機(jī)使用需求，通用飛機(jī)航電系統(tǒng)還可以擴(kuò)展自動(dòng)駕駛、廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視( Automatic De- pendent Surveillance Broadcast，ADS－B) 、基于數(shù)據(jù)鏈的氣象/ 交通監(jiān)視、合成視景、無(wú)線電高度表、自動(dòng)定向機(jī)、測(cè)距器 、防撞告警系統(tǒng)( Traffic Alert and Collision Avoidance System，TCAS) 、地形提示告警系統(tǒng)( Terrain Awareness and Warning System，TAWS) 等功能。

二、安全性需求

民用航空規(guī)章咨詢通告 AC23.1309-1E 給出了各種通用飛機(jī)不同類(lèi)別失效狀態(tài)對(duì)應(yīng)的定量概率要求，如表 2 所示。另外，AC23.1309-1E 也對(duì)航電各種功能失效狀態(tài)( 包括喪失和誤導(dǎo)) 對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生的危害性等級(jí)( 包括災(zāi)難級(jí)，危險(xiǎn)級(jí)，嚴(yán)重級(jí)，輕微級(jí)等) 進(jìn)行了建議。

航電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)參考此建議進(jìn)行功能危害性評(píng)估( Function Hazard Assessment， FHA) ，尤其重點(diǎn)分析一些對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)有重要影響的功能失效狀態(tài)( 如姿態(tài)、空速、氣壓高度、導(dǎo)航等) ?；?FHA 的安全性分析過(guò)程是系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮的重要因素。

三、適航需求

中國(guó)民航規(guī)章第23 部( CCAR－23) 以及第91部( CCAR－91) 等適航規(guī)章從保證飛機(jī)運(yùn)行和使用的角度對(duì)航電系統(tǒng)諸多需裝備的儀表、設(shè)備及其功能、性能、數(shù)量、安裝、人機(jī)功效、維護(hù)等方面提出了限制和要求，是通用飛機(jī)航電系統(tǒng)獲得適航批準(zhǔn)所必須滿足的最低要求，也是系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的基本輸入條件。審定部門(mén)頒布的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定( Technical Standard Order，TSO) 規(guī)定了相應(yīng)機(jī)載設(shè)備的最低性能標(biāo)準(zhǔn)和適航技術(shù)要求。

此外，為保證系統(tǒng)和設(shè)備研制的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)盡量采用國(guó)際通用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如ARINC 標(biāo)準(zhǔn)和汽車(chē)工程師學(xué)會(huì)( Society of Automotive Engineers，SAE) 標(biāo)準(zhǔn)等，保證適航審查的順利開(kāi)展。

四、經(jīng)濟(jì)性和維護(hù)保障需求

通用飛機(jī)面對(duì)的市場(chǎng)大部分是私人用戶和企業(yè)用戶，用戶對(duì)飛機(jī)的價(jià)格以及后期的運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本非常敏感，因此成本是決定其市場(chǎng)表現(xiàn)的關(guān)鍵因素。在保證安全性要求的前提下，通用飛機(jī)航電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要最大限度地降低成本。另外，通用飛機(jī)大多沒(méi)有專(zhuān)業(yè)的飛機(jī)維護(hù)團(tuán)隊(duì)，這就要求在飛機(jī)及其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)考慮簡(jiǎn)單快捷的維護(hù)保障方式。這些需求對(duì)通用飛機(jī)航電系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)將產(chǎn)生重要影響。

典型通飛航電系統(tǒng)架構(gòu)

民航 23 部規(guī)章規(guī)定，通用飛機(jī)是指 19 座以下、最大起飛重量不超過(guò)8.6t(19000 lb，1 lb = 453.59237g) 的固定翼飛機(jī)。因此，通用飛機(jī)的范疇非常廣泛，既有高端的公務(wù)飛機(jī)，也包括大量的 9 座以下中小型飛機(jī)以及 2 座以下輕型/ 運(yùn)動(dòng)型飛機(jī)。不同種類(lèi)通用飛機(jī)航電系統(tǒng)架構(gòu)差異很大。以下分別就目前各類(lèi)通用飛機(jī)的典型航電系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)介。

一、Primus Apex 系統(tǒng)

Primus Epic / Apex 是霍尼韋爾公司面向公務(wù)機(jī)的航電系統(tǒng)產(chǎn)品線，其中 Primus Epic 主要針對(duì)高端公務(wù)機(jī)，Primus Apex 主要針對(duì)輕中型公務(wù)機(jī)。目前，有多型高端通用飛機(jī)和輕中型公務(wù)機(jī)安裝了該系統(tǒng)，包括瑞士 Pilatus 公司的PC－12 / PC－24 飛機(jī)、美國(guó) Syberjet 公司的 SJ30 飛機(jī)、加拿大 DHC 公司的Twin otter 400 飛機(jī)以及中國(guó)哈飛的運(yùn)－12F 飛機(jī)等。

Primus Apex 系統(tǒng)由兩臺(tái)主飛行顯示器( Primary Flight Display，PFD) 、兩臺(tái)多功能顯示器 ( Multi － function Display，MFD) 、一個(gè)模塊化航電單元( Mod- ular Avionics Unit，MAU) 、若干控制面板以及通信、導(dǎo)航、監(jiān)視、大氣、航姿等外圍傳感器設(shè)備組成，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖 1 所示。

系統(tǒng)主要特點(diǎn):

繼承Primus 家族的特點(diǎn)，采用集成模塊化航電( INTEGRAted Modular Avionics，IMA) 架構(gòu)，MAU 是系統(tǒng)的核心，MAU 中包括雙余度的電源模塊、網(wǎng)絡(luò)接口控制模塊、顯示處理模塊、通用處理模塊、輸入輸出( I / O) 模塊等，通用處理模塊可加載飛行管理、飛行控制以及系統(tǒng)維護(hù)等功能軟件，MAU 中各模塊通過(guò) PCI 總線與機(jī)箱背板連接; 

不同于 Primus Epic 以航空標(biāo)準(zhǔn)通信總線( Avionics Standard Communication Bus，ASCB) 為核心網(wǎng)的總線架構(gòu)，Primus Apex 采用多總線連接方式，ARINC429、RS422、ARINC453、以太網(wǎng)等總線用于各設(shè)備與 MAU 之間的數(shù)據(jù)連接; 

綜合化的顯示，PFD 和 MFD 綜合顯示飛行儀表信息、發(fā)動(dòng)機(jī)及飛機(jī)系統(tǒng)參數(shù)、機(jī)組告警信息、飛行管理指示、地形顯示和氣象信息顯示等綜合信息; 

多種控制面板，如 PFD 控制板、多功能控制板、飛行控制板、音頻控制板等完成操作控制; 

開(kāi)放的系統(tǒng)架構(gòu)，具備多種擴(kuò)展能力，第三方設(shè)備可以通過(guò) I / O 模塊接入系統(tǒng)，第三方模塊可以插入 MAU 機(jī)箱預(yù)留的槽位，第三方軟件可以加載到通用處理模塊。

二、G1000 系統(tǒng)

Garmin公司的 G1000 系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣泛的通用飛機(jī)航電系統(tǒng)，世界上大部分 4 ～ 9 座中小型通用飛機(jī)均裝備該航電系統(tǒng)。系統(tǒng)由兩臺(tái)或三臺(tái)綜合顯示器( PFD/ MFD) 、2 部綜合無(wú)線電設(shè)備，以及大氣機(jī)、航姿系統(tǒng)、S 模式應(yīng)答機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)/機(jī)身參數(shù)采集單元等外圍傳感器和飛機(jī)接口設(shè)備組成，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖 2 所示。

系統(tǒng)主要特點(diǎn)是:

以兩臺(tái)綜合顯示器和綜合無(wú)線電設(shè)備為核心，外接大氣、航姿、航管、飛機(jī)接口單元等設(shè)備構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng);

系統(tǒng)綜合化程度高，綜合顯示器除了完成系統(tǒng)的集中顯示控制功能外，還作為機(jī)載計(jì)算機(jī)，通過(guò)應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)飛行管理、狀態(tài)監(jiān)控、合成視景等系統(tǒng)核心處理功能， 實(shí)現(xiàn)顯示控制與處理的綜合;

綜合顯示器之間采用分布處理、信息共享的處理架構(gòu); 

綜合無(wú)線電設(shè)備集成了甚高頻( Very High Frequency，VHF) 通信、甚高頻全向信標(biāo)( VHF Omni－directional Range，VOR) 、儀表著陸系統(tǒng)( Instrument Landing System，ILS) 、全球定位系統(tǒng)( Global Positioning System，GPS) 、自動(dòng)駕駛控制以及傳感器數(shù)據(jù)接口控制管理等功能;

大氣、航姿、導(dǎo)航、通信等系統(tǒng)主要功能及其數(shù)據(jù)傳輸路徑均具有多余度設(shè)計(jì)，保證了系統(tǒng)的安全性;采用普通以太網(wǎng)作為骨干網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸采用ARINC429、RS485、RS232 等高可靠低成本的常規(guī)系統(tǒng)總線，利于控制成本;

系統(tǒng)具備良好的擴(kuò)展性，綜合無(wú)線電設(shè)備預(yù)留部分接口，可擴(kuò)展連接測(cè)距器、自動(dòng)定向機(jī)、防撞告警等設(shè)備。

三、Entegra系統(tǒng)

美國(guó)Avidyne公司的Entegra 系統(tǒng)也是一型有代表性的通用飛機(jī)航電系統(tǒng)，該系統(tǒng)目前主要裝備在美國(guó)Cirrus 公司的SR20 /22 飛機(jī)、美國(guó) Piper 公司的 PA46 飛機(jī)以及德國(guó) Extra 公司的 EA-500 飛機(jī)等中小型飛機(jī)上。系統(tǒng)由兩個(gè)綜合飛行顯示器以及控制顯示單元、自動(dòng)駕駛儀、音頻控制面板、數(shù)據(jù)采集單元等設(shè)備組成，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖 3 所示。

系統(tǒng)主要特點(diǎn):

高度的綜合化和模塊化，以兩臺(tái)綜合飛行顯示器為核心構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)，綜合飛行顯示器實(shí)際上是液晶顯示模塊與顯示器機(jī)箱的組合，顯示器機(jī)箱中集成了核心處理、大氣航姿、通信導(dǎo)航、GPS、接口等模塊;

系統(tǒng)具備良好的擴(kuò)展性，綜合飛行顯示器可擴(kuò)展連接 S 模式應(yīng)答、交通咨詢、自動(dòng)定向、測(cè)距器、近地告警等功能設(shè)備;

采用分區(qū)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)功能軟件在核心處理模塊上的綜合，保證系統(tǒng)安全性的同時(shí)降低研制成本;采用速率為10 Mb / s 的 Byteflight 數(shù)據(jù)總線作為骨干總線，雙冗余數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)高實(shí)時(shí)與高可靠傳輸。

四、G500系統(tǒng)

Garmin公司的 G500系統(tǒng)是面向輕型或者運(yùn)動(dòng)型通用飛機(jī)的航電系統(tǒng)產(chǎn)品，目前應(yīng)用于奧地利鉆石公司的DA-20飛機(jī)、九成通用飛機(jī)公司的JC-100N飛機(jī)等，在輕型、運(yùn)動(dòng)型通用飛機(jī)航電系統(tǒng)架構(gòu)上具有一定代表性。

G500系統(tǒng)基本構(gòu)型包括一臺(tái)綜合顯示器、一套航姿、一套大氣以及可靈活選配的通信/ 導(dǎo)航/ GPS 設(shè)備、音頻面板、應(yīng)答機(jī)以及第二套VHF電臺(tái)等，系統(tǒng)架構(gòu)如圖 4 所示。

該系統(tǒng)主要特點(diǎn):受輕型通用飛機(jī)的空間和成本所限，系統(tǒng)僅一臺(tái)綜合顯示器，顯示器分為左右兩個(gè)16.5cm ( 6.5 in，1 in = 2.54 cm) LCD 顯示屏，左邊是主飛行顯示屏，右邊是多功能顯示屏;

系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單實(shí)用的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式，各設(shè)備與綜合顯示器之間通過(guò)直連方式傳遞控制與數(shù)據(jù)信號(hào)，各設(shè)備音頻信號(hào)也直連到音頻面板;

采用ARINC429、RS485、RS232、以太網(wǎng)等高可靠低成本的常規(guī)系統(tǒng)總線;

系統(tǒng)具有良好的適配性和擴(kuò)展性，用戶可根據(jù)需要靈活選配Garmin的相關(guān)系列通信導(dǎo)航、應(yīng)答機(jī)以及音頻面板等設(shè)備，系統(tǒng)也可通過(guò)適配器擴(kuò)展連接自動(dòng)駕駛儀和其他傳感器設(shè)備。

通用飛機(jī)航電系統(tǒng)架構(gòu)分析

通過(guò)對(duì)各類(lèi)通用飛機(jī)航電系統(tǒng)架構(gòu)的研究，結(jié)合對(duì)通飛航電系統(tǒng)需求的分析，可以歸納出通飛航電系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的一般規(guī)律和特點(diǎn)。

通用飛機(jī)航電系統(tǒng)邏輯架構(gòu)一般可以分為顯示、操作控制、數(shù)據(jù)集中處理和外圍傳感器等幾個(gè)層次。

從系統(tǒng)的顯示來(lái)看，目前主流通用飛機(jī)航電系統(tǒng)均采用綜合化顯示，各個(gè)PFD、MFD 顯示器均可以實(shí)現(xiàn)大氣數(shù)據(jù)、姿態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)及機(jī)身狀態(tài)數(shù)據(jù)、飛行計(jì)劃、航圖、通信導(dǎo)航、監(jiān)視、告警指示、健康管理等系統(tǒng)所需的所有顯示功能。顯示器之間互為備份，顯示畫(huà)面可根據(jù)需要自由切換。

從系統(tǒng)的操作控制來(lái)看，高端通用飛機(jī)的航電系統(tǒng)多采用獨(dú)立操作控制面板，其顯示和控制是分離的，如 Primus Apex 系統(tǒng)具備單獨(dú)的 PFD 控制板、音頻控制板、飛行控制板等。

而中低端通用飛機(jī)航電系統(tǒng)采用顯示與控制綜合的方式，綜合顯示器上集成了主要的操作旋鈕、按鍵，除保留獨(dú)立音頻控制面板外，其他操作控制都可以通過(guò)顯示器上的旋鈕、按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)。

從系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理架構(gòu)來(lái)看，高端通用飛機(jī)由于航電系統(tǒng)功能性能要求較高，航電設(shè)備多，對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力要求高，故一般都具備獨(dú)立的核心處理設(shè)備，如Primus Apex 系統(tǒng)以 MAU 作為系統(tǒng)的處理核心，完成飛管、飛控、中央維護(hù)、顯示處理等功能。對(duì)于中低端通用飛機(jī)而言，為了降低成本減輕重量，則幾乎都是采用顯示和處理功能合二為一的智能顯示器，以前依靠處理計(jì)算機(jī)和多功能顯示器配合完成的功能能夠在綜合顯示器上一并實(shí)現(xiàn)，這樣綜合顯示器就成了航電系統(tǒng)的核心。

從外圍傳感器設(shè)備來(lái)看，在不同航電系統(tǒng)中，其接入系統(tǒng)的方式也有很大不同。為了降低成本，輕型/ 運(yùn)動(dòng)型飛機(jī)的航電系統(tǒng)架構(gòu)非常簡(jiǎn)單，其外圍傳感器設(shè)備往往直接與顯示器連接，傳感器數(shù)據(jù)甚至模擬量、離散量都直接接入顯示器，因此這種顯示器需要兼容多種接口。而對(duì)于中低檔以上的通用飛機(jī)，其外圍傳感器往往通過(guò)接口設(shè)備或模塊接入系統(tǒng)，如 G1000 系統(tǒng)的綜合無(wú)線電設(shè)備、Entegra 系統(tǒng)中綜合飛行顯示器的接口模塊、Primus Apex 系統(tǒng)中 MAU 的 I / O 模塊等。

通用飛機(jī)航電系統(tǒng)總線架構(gòu)比較靈活。相對(duì)于大型運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)，通用飛機(jī)對(duì)航電系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸容量及實(shí)時(shí)性的要求不高，基于系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性考慮，系統(tǒng)普遍選用 ARINC429、RS485、RS232、以太網(wǎng)等多種常規(guī)總線連接方式。

系統(tǒng)的余度設(shè)計(jì)方面，基于安全性設(shè)計(jì)需求，對(duì)于二類(lèi)以上通用飛機(jī)，其失效狀態(tài)的定量概率要求較高，比如災(zāi)難性失效狀態(tài)的概率要求是 10-7以下，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《民用飛機(jī)系統(tǒng)和設(shè)備安全性評(píng)估處理的指導(dǎo)和方法》( SAE ARP4761 ) 的安全性分析過(guò)程，系統(tǒng)空速、氣壓高度、姿態(tài)、導(dǎo)航等重要功能涉及到的外圍傳感器及數(shù)據(jù)傳輸通道均需要采用雙備份設(shè)計(jì)，前文所述的 G1000、Entegra、Primus Apex 等系統(tǒng)均是如此。

而對(duì)于一類(lèi)以下的通用飛機(jī)，由于失效狀態(tài)的概率要求較低，航電系統(tǒng)的大氣、航姿、導(dǎo)航等設(shè)備多沒(méi)有考慮冗余，如 G500 系統(tǒng)。

對(duì)于通信功能，所有按照中國(guó)民航規(guī)章第 23 部適航的飛機(jī)，均至少配置雙套 VHF 電臺(tái)，這并非基于安全性考慮，而是因?yàn)閺娘w機(jī)運(yùn)行的角度，如CCAR－91明確要求至少配備兩套獨(dú)立的無(wú)線電通信收發(fā)機(jī)。

系統(tǒng)的擴(kuò)展性和通用化設(shè)計(jì)方面，目前主流的通飛航電系統(tǒng)均考慮了用戶的擴(kuò)展性功能需求，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留了大量可擴(kuò)展接口或者可擴(kuò)展適配器。另外，通用飛機(jī)是所有飛機(jī)類(lèi)型中包含數(shù)量最多、型別最復(fù)雜的一類(lèi)機(jī)種，為滿足多數(shù)飛機(jī)的裝機(jī)需求，最大限度地降低研制與銷(xiāo)售成本，其航空電子系統(tǒng)均盡量按照通用化設(shè)計(jì)。比如 Garmin 公司目前廣泛應(yīng)用的 G900、G1000 系列航電系統(tǒng)，采用的綜合顯示器、大氣機(jī)、航姿、綜合無(wú)線電、應(yīng)答機(jī)、音頻控面制板等都是通用設(shè)備，只是在不同機(jī)型中，其設(shè)備套量與應(yīng)用軟件的配置不同。

通飛航電系統(tǒng)架構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)

隨著航空電子技術(shù)和航空運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，針對(duì)未來(lái)通用飛機(jī)更安全可靠、更經(jīng)濟(jì)環(huán)保、更易于操作維護(hù)的要求，其航空電子系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

( 1)系統(tǒng)的綜合化

傳感器綜合化的程度將進(jìn)一步提高，考慮到系統(tǒng)的適航性和經(jīng)濟(jì)性需求，通飛航電傳感器的綜合化應(yīng)是以功能設(shè)備的模塊化綜合為主。通過(guò)將多個(gè)傳統(tǒng)航線可更換單元( Line Replaceable Unit，LRU)轉(zhuǎn)變成航線可更換模塊( Line Replaceable Module，LRM) 并綜合在一起，減小體積重量，提高系統(tǒng)可維護(hù)性。從顯示和處理的角度來(lái)看，以顯示器為中心必然是通飛航電的發(fā)展趨勢(shì)，未來(lái)顯示器將具備更強(qiáng)大的處理能力。綜合顯示器與綜合傳感器一起構(gòu)成通飛航電系統(tǒng)的基本架構(gòu)。

( 2)系統(tǒng)的軟件架構(gòu)

未來(lái)顯示器應(yīng)駐留空中管道、航圖、氣象、地形、視景增強(qiáng)等更多系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)情景可視化，實(shí)現(xiàn)飛行性能的自主監(jiān)控和告警，增強(qiáng)飛行員的態(tài)勢(shì)感知能力。

另一方面，未來(lái)通飛航電系統(tǒng)應(yīng)具備更高的智能化水平，基于智能理論與技術(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)融合、邏輯學(xué)習(xí)等手段，提供更簡(jiǎn)便的操作、更透明的信息、更安全的駕駛、更精準(zhǔn)智能的決策，大幅減輕飛行員的工作負(fù)荷。多任務(wù)分區(qū)、多顯示器分布式處理應(yīng)是系統(tǒng)軟件架構(gòu)的發(fā)展方向。

( 3)系統(tǒng)的功能架構(gòu)

基于移動(dòng)通信、衛(wèi)星導(dǎo)航等技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)的通用飛機(jī)將以星基、地基增強(qiáng)的“北斗”/ GPS / GLO-NASS 等多星座組合導(dǎo)航為主要導(dǎo)航手段，實(shí)現(xiàn)高精度導(dǎo)航和精密進(jìn)近能力; 同時(shí)通過(guò)“北斗”短報(bào)文/4G/5G/ ADS－B等多種傳輸通道，實(shí)現(xiàn)多模式位置追蹤和數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)時(shí)將飛行參數(shù)、維護(hù)數(shù)據(jù)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)等重要數(shù)據(jù)發(fā)送到地面。

( 4)系統(tǒng)的人機(jī)交互

當(dāng)前的系統(tǒng)人機(jī)交互主要通過(guò)顯示器及其周邊鍵和專(zhuān)用操作面板實(shí)現(xiàn)。未來(lái)航電系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)簡(jiǎn)單易用的理念，人機(jī)交互性更強(qiáng)。觸摸控制顯示器以及語(yǔ)音控制技術(shù)將會(huì)大量應(yīng)用。

( 5)系統(tǒng)的健康管理

為滿足經(jīng)濟(jì)性和維護(hù)保障需求，未來(lái)的通用飛機(jī)航電系統(tǒng)應(yīng)具備更加簡(jiǎn)單快捷的維護(hù)保障方式，通過(guò)智能理論與技術(shù)在機(jī)內(nèi)測(cè)試( Built － in Test，BIT) 中的應(yīng)用，使機(jī)內(nèi)測(cè)試發(fā)展為具備狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷以及控制決策于一體的智能的綜合系統(tǒng)， 極大地減輕維護(hù)人員工作負(fù)擔(dān)。

結(jié)束語(yǔ)

航空電子系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。相對(duì)于大型運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)，通用飛機(jī)航空電子系統(tǒng)研發(fā)的技術(shù)和適航門(mén)檻相對(duì)較低，尤其是中低端通用飛機(jī)，其市場(chǎng)占有率高，數(shù)量龐大，可以作為我國(guó)在航空電子領(lǐng)域自主創(chuàng)新、快速趕超國(guó)際先進(jìn)水平的切入點(diǎn)。

本文通過(guò)對(duì)適航規(guī)章和相關(guān)航電產(chǎn)品的研究，分析了通用飛機(jī)航電系統(tǒng)的典型需求，在對(duì)國(guó)外幾種有代表性的航電系統(tǒng)產(chǎn)品特點(diǎn)研究的基礎(chǔ)上，從多個(gè)方面總結(jié)了通用飛機(jī)航電系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)律，并且基于智能化、經(jīng)濟(jì)性、安全性、舒適性等特點(diǎn)，展望了未來(lái)其架構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)，可以為通用飛機(jī)航電系統(tǒng)的研究和自主適航研制提供有益的參考，有助于我國(guó)在通飛航電領(lǐng)域的自主創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

來(lái)源:《電訊技術(shù)》，作者：王焱濱，作者單位：中電科航空電子有限公司