機載機電系統(tǒng)概念與組成

不同的飛行器將根據(jù)其需求而裝備不同的機電系統(tǒng)。典型戰(zhàn)斗機的機電系統(tǒng)包括電源、第二動力、液壓、燃油、環(huán)境控制、機輪剎車、彈射救生和生命保障等系統(tǒng)，大型運輸機的機電系統(tǒng)包括電源、第二動力、液壓、燃油、環(huán)境控制、機輪剎車、防護救生、空降空投、貨物運輸和生活設施等系統(tǒng);民用飛機機電系統(tǒng)包括電源、第二動力、液壓、燃油、環(huán)境控制、防護救生、機輪剎車和生活設施等系統(tǒng)。

飛機電源系統(tǒng)分為發(fā)電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)兩部分。電源系統(tǒng)的作用是保證可靠地向用電設備，尤其是與飛行安全直接相關(guān)的關(guān)鍵設備提供符合要求的電能。

①發(fā)電系統(tǒng)

發(fā)電系統(tǒng)由主電源、二次電源、輔助電源和應急電源組成。

主電源由機載發(fā)電機和電源控制保護裝置組成，發(fā)電機由發(fā)動機帶動發(fā)電，直接或間接地向飛機上所有用電設備供電。飛機上大部分用電設備是由主電源直接供電的，少數(shù)用電設備通過二次電源間接供電。

二次電源是將主電源的部分電能轉(zhuǎn)換成另一種電壓、電流或頻率的電能。在直流電源系統(tǒng)中主要有變流機、變流器、直流升壓機和直流變壓器。在交流電源系統(tǒng)中主要有變壓器、變壓整流器和變頻器等。

輔助電源在地面用于維護飛機電氣設備和起動飛機發(fā)動機，或在飛行期間用于彌補主電源的不足。直流電源系統(tǒng)采用蓄電池作為輔助電源，交流電源系統(tǒng)采用輔助動力裝置等驅(qū)動的發(fā)電機作為輔助電源。

應急電源是一個獨立的電源。當飛機主電源在飛行過程中發(fā)生故障時，應急電源向飛機上的重要設備供電，保證飛機安全返航。應急電源由蓄電池或應急發(fā)電機組成。蓄電池是一種化學電源，它是一種既能將化學能轉(zhuǎn)化成電能，又能反過來將電能轉(zhuǎn)化成化學能的裝置。飛機上使用的蓄電池有酸性鉛蓄電池、堿性鋅銀蓄電池和堿性鎘鎳蓄電池三種。

②配電系統(tǒng)

飛機配電系統(tǒng)系指從發(fā)電機主接觸器到負載匯流條、二次電源到負載匯流條、應急和備份電源到負載匯流條之間的電能傳輸系統(tǒng)，用于將電能傳送到用電設備，實現(xiàn)電能的傳輸與分配。配電系統(tǒng)由饋電電纜、匯流條、配電板以及配電器件組成，保證對飛機各部分可靠地輸配電能，管理各類電氣負載并保護用電設備。

在飛機上加裝一套或幾套獨立于主發(fā)動機的動力系統(tǒng)，提供氣、電、液及軸功率，以滿足發(fā)動機起動、應急能源或其他輔助能源的不同需要，這類動力系統(tǒng)統(tǒng)稱為第二動力系統(tǒng)。一般來說，第二動力系統(tǒng)是一種小型的渦輪發(fā)動機。輔助動力裝置(APU)、應急動力裝置(EPU)、綜合動力裝置(IPU/AEPU)和超級組合動力裝置(SIPU)等均屬于第二動力系統(tǒng)的范疇。

第二動力系統(tǒng)的主要作用是:①滿足發(fā)動機起動快、功率增大的需要;②滿足飛機電源系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等對能源的更多需要;③提高先進作戰(zhàn)飛機的自足能力(不依賴地面支援設備完成地面維護、主發(fā)動機起動以及在較長時間內(nèi)提供輔助功率的能力);④在地面發(fā)動機不工作時向飛機供電、向空調(diào)等系統(tǒng)提供能源，完成飛機地面維護檢測等任務，⑤先進作戰(zhàn)飛機的電傳操縱和主動控制技術(shù)，要求在所有飛行條件下不間斷地向飛行控制系統(tǒng)提供電能和液壓能源，第二動力系統(tǒng)能夠使飛機在主液壓系統(tǒng)和(或)主供電系統(tǒng)失效后幾秒鐘內(nèi)立即提供應急液壓動力和(或)應急電力;⑥先進第二動力系統(tǒng)改善了發(fā)動機空中再起動性能(擴大空中起動包線、縮短起動時間)，保證作戰(zhàn)飛機的飛行安全，提高生存能力;⑦優(yōu)化發(fā)電機、液壓泵等機載設備的布局。滿足飛機的系統(tǒng)綜合化要求。

液壓系統(tǒng)是以油液為工作介質(zhì)，靠油壓驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)完成特定操縱動作的整套裝置。由液壓能源裝置把驅(qū)動機構(gòu)的機械能變換為液壓動力，并通過油液和液壓管路把液壓動力輸送到執(zhí)行作動裝置，再把液壓動力變換為機械能，以達到作動負載的目的?，F(xiàn)代飛機上大多裝有兩套(或多套)相互獨立的液壓系統(tǒng)，稱為公用液壓系統(tǒng)(或主液壓系統(tǒng))和助力液壓系統(tǒng)。公用液壓系統(tǒng)用于起落架、襟翼和減速板、前輪轉(zhuǎn)彎操縱、機輪剎車、驅(qū)動風擋雨刷和燃油泵的液壓馬達;同時還用于驅(qū)動部分副翼、升降舵(或全動平尾)和方向舵的助力器。助力液壓系統(tǒng)僅用于驅(qū)動飛行操縱系統(tǒng)的助力器和阻尼舵機。

液壓系統(tǒng)由液壓能源裝置、控制裝置、執(zhí)行作動裝置以及包括液壓油箱、液壓管路、蓄壓器和油濾在內(nèi)的裝置組成。其中，液壓能源裝置主要包括作為主液壓泵的發(fā)動機驅(qū)動泵、作為應急泵的電動泵和風動泵以及為備份泵提供輔助功率的輔助動力裝置驅(qū)動泵，控制裝置主要包括各種閥、油路斷路器、液壓保險器、流量調(diào)節(jié)器、自動壓力調(diào)節(jié)器和系統(tǒng)低壓告警器等，執(zhí)行作動裝置主要包括液壓馬達、液壓作動器、組合式泵、馬達伺服裝置以及助力器和舵機等。

燃油系統(tǒng)是飛機上用于儲存燃油，并在一切飛行狀態(tài)和發(fā)動機工作條件下，按要求的壓力和流量連續(xù)可靠地向發(fā)動機和輔助動力裝置供給燃油的整套裝置。燃油系統(tǒng)還具有冷卻其他系統(tǒng)的工作介質(zhì)(如滑油、液壓油)以及保持重心位置等作用。燃油系統(tǒng)主要包括燃油管理系統(tǒng)、加/放油系統(tǒng)、供/輸油系統(tǒng)和油箱等。

燃油測量是飛機燃油系統(tǒng)的一個重要組成部分，測量精度、可靠性和維修性對飛機的整體性能有著重要的影響。對戰(zhàn)斗機而言，提高測量精度可以大大增加其有效載荷、航程和作戰(zhàn)半徑;而對民用飛機而言，可以大大改善經(jīng)濟性。

燃油管理系統(tǒng)具有供輸油管理、壓力加油管理、傳感器信號處理、故障管理及系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理等功能。國外從20世紀70年代初開始燃油管理系統(tǒng)技術(shù)的研究工作，首先從油量測量系統(tǒng)的數(shù)字化開始，然后在系統(tǒng)的各個控制與執(zhí)行單元上實現(xiàn)數(shù)字化，并在此基礎(chǔ)上開始燃油系統(tǒng)的智能化管理技術(shù)研究。

空中加油系統(tǒng)是指在飛行中加油機給受油機補充燃油的系統(tǒng)，是提高軍用飛機作戰(zhàn)能力的重要裝備?？罩屑佑痛蟠笤黾恿孙w機的航程和作戰(zhàn)半徑，增加了載彈量，延長了留空時間，對于提高飛機作戰(zhàn)效能非常重要。

目前，空中加油主要采用伸縮桿式和插頭錐套式兩種方式。

伸縮桿式設備又稱硬管加油系統(tǒng)，安裝在加油機的機身內(nèi)。加油機尾部裝有可伸縮的半剛性加油桿，在管頭油嘴處對稱地裝有兩個V形舵面，用來控制加油桿的位置。加油過程是由在加油機尾部操縱艙內(nèi)的加油員進行指揮和操縱的。優(yōu)點是輸油速度快，穩(wěn)定性好;缺點是需要專職加油員和加油操作艙，加油機與受油機配合難度大，而且每次只能給一架飛機加油。目前，這種設備在美國空軍的KC-135、KC-10A和KC-707加油機上使用。

飛機環(huán)境控制系統(tǒng)的作用是保證飛機座艙內(nèi)空氣的壓力、溫度、濕度、潔凈度及氣流速度等參數(shù)適合人體生理要求，為機上電子設備提供正常工作環(huán)境。飛機環(huán)境控制系統(tǒng)由引氣分系統(tǒng)、加溫和制冷分系統(tǒng)、空氣分配分系統(tǒng)、調(diào)節(jié)控制分系統(tǒng)和顯示設備組成。引氣分系統(tǒng)是保證座艙增壓和通風的供氣源;加溫和制冷分系統(tǒng)保證艙內(nèi)加溫和制冷，以使艙內(nèi)溫度獲得良好的調(diào)節(jié);空氣分配分系統(tǒng)保證經(jīng)過調(diào)溫的通風空氣均勻地輸入和分布于座艙內(nèi);調(diào)節(jié)控制分系統(tǒng)進行艙內(nèi)壓力調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)、濕度調(diào)節(jié)以及供氣調(diào)節(jié)等，顯示設備是用以顯示各種壓力、溫度、流量。

目前在役飛機的機電系統(tǒng)都是各自獨立發(fā)展的，從而導致整個機電系統(tǒng)的重量非常重、采購和保障費用高、維修性差、能量管理水平低，使機電系統(tǒng)成為飛機上"攤子"最大、最雜亂的系統(tǒng)。唯一的解決辦法是廢棄傳統(tǒng)機電系統(tǒng)的設計理念和結(jié)構(gòu)，采用系統(tǒng)綜合化技術(shù)，使不同的系統(tǒng)共用一些部件或者合并一些系統(tǒng)的功能。

在對機體、發(fā)動機和各系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢進行研究和分析的基礎(chǔ)上，從功能、能量、控制和物理四個方面來實現(xiàn)機載機電系統(tǒng)的綜合化。一般分兩個步驟實施，第一是進行公共設備管理系統(tǒng)綜合，它是在基本不改變傳統(tǒng)機電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對各機電子系統(tǒng)進行控制和熱能綜合管理，實現(xiàn)控制和能量方面的綜合，第二是開展多電飛機技術(shù)研究，此項研究工作是繼公共設備管理系統(tǒng)之后對機電系統(tǒng)的進一步綜合，它打破了傳統(tǒng)機電系統(tǒng)各自獨立的格局，是一種全新的設計理念，用電力系統(tǒng)取代目前飛機上使用的液壓、氣壓和機械系統(tǒng)，以達到在功能、能量、控制和物理四個方面實現(xiàn)全工作面綜合的目的。迄今，已實現(xiàn)了控制方面的綜合，能量和功能方面的綜合也取得了相當?shù)倪M展，成果已用于F-22飛機。隨著技術(shù)的進步，F(xiàn)-35機電系統(tǒng)綜合化的程度在F一22的基礎(chǔ)上得到了進一步發(fā)展，功能、能量、控制和物理方面的全綜合已起步，多項多電飛機技術(shù)得到了應用。最新研制的波音787和A380大型客機也采用了多項多電飛機技術(shù)和功率優(yōu)化飛機計劃的研究成果，在提高安全性、經(jīng)濟性和可靠性的同時，降低了燃油消耗和維護成本。

機載機電系統(tǒng)是保障飛機各項功能發(fā)揮的必要條件和基礎(chǔ)條件，也是飛機上"攤子"最大、內(nèi)容最雜的一個領(lǐng)域。機電系統(tǒng)技術(shù)水平的高低直接影響到飛機的整體性能，同時對飛機的可靠性、經(jīng)濟性、安全性產(chǎn)生重要影響。

機電系統(tǒng)對飛機性能有重要影響。電源系統(tǒng)為飛機的所有用電系統(tǒng)提供電能，保證各種用電設備的正常運行，第二動力系統(tǒng)用于滿足飛機對發(fā)動機起動，空中應急，電、液或其他輔助能源的不同需要;液壓系統(tǒng)提供液壓能源，保證起落架的收放和各種操縱功能的實現(xiàn);燃油系統(tǒng)的功能是儲存燃油，保證飛機飛行時向發(fā)動機連續(xù)不斷地供油，環(huán)境控制系統(tǒng)是保障飛行員和旅客安全舒適并為機上電子設備提供正常的工作環(huán)境;機輪剎車系統(tǒng)保證起飛滑行和安全降落。

機電系統(tǒng)技術(shù)水平的高低直接影響到飛機的整體性能。美國為軍機實施的多電飛機計劃和歐盟為民機實施的功率優(yōu)化飛機計劃，都是針對機載機電系統(tǒng)的，旨在提高飛機各項性能的同時，大大降低系統(tǒng)的重量、體積以及制造、使用和維護成本。

機載通信設備是指飛機上用于通信聯(lián)絡的電子設備。機載通信設備的發(fā)展趨勢，主要是數(shù)字化(實現(xiàn)以機載電子計算機為中心的數(shù)字通信)和綜合化(將單一功能電臺綜合為多功能電臺，進而將飛機電臺與其他機載電子設備組成多功能綜合電子系統(tǒng))，進一步減小機載通信設備的體積、重量和功耗，提高其可靠性、保密性和抗干擾能力。

第1章總論

1.1引言

1.2機載計算機的定義和分類

1.2.1機載計算機的定義

1.2.2機載計算機產(chǎn)品的類別

1.2.3機載計算機的應用歷程

1.2.4機載計算機的基本結(jié)構(gòu)

1.3機載系統(tǒng)簡介

1.3.1飛機的組成

1.3.2機載系統(tǒng)的組成

1.3.3機載系統(tǒng)的功能和任務特點

1.4機載系統(tǒng)對機載計算機的需求

1.4.1機載系統(tǒng)對機載計算機的技術(shù)需求

1.4.2航電系統(tǒng)的發(fā)展過程及計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展

1.4.3航電系統(tǒng)的開發(fā)過程

1.4.4機載計算機的技術(shù)領(lǐng)域特征

第2章機載計算機及其應用

2.1航空電子系統(tǒng)計算機

2.1.1概述

2.1.2基本術(shù)語

2.1.3發(fā)展過程

2.1.4分類

2.1.5結(jié)構(gòu)、組成和特點

2.1.6主要關(guān)鍵技術(shù)

2.1.7典型實例

2.2飛行控制系統(tǒng)計算機

2.2.1概述

2.2.2發(fā)展過程

2.2.3容錯基本概念

2.2.4典型容錯結(jié)構(gòu)

2.2.5國外研究情況

2.2.6典型實例

2.3機電管理系統(tǒng)計算機

2.3.1概述

2.3.2發(fā)展過程

2.3.3主要關(guān)鍵技術(shù)

2.3.4典型實例

第3章綜合顯示技術(shù)及其應用

3.1概述

3.2國外研究現(xiàn)狀

3.2.1軍用飛機

3.2.2民用飛機

3.3綜合顯示系統(tǒng)的基本構(gòu)成

3.3.1顯示器的組成部件

3.3.2半智能型顯示結(jié)構(gòu)

3.3.3智能型顯示結(jié)構(gòu)

3.3.4綜合顯示系統(tǒng)的基本架構(gòu)

3.3.5通用飛機座艙顯示系統(tǒng)的設計

3.4綜合顯示系統(tǒng)設計的關(guān)鍵技術(shù)

3.4.1綜合顯示系統(tǒng)的人機工效

3.4.2綜合顯示系統(tǒng)的開發(fā)軟件支持技術(shù)

3.4.3高性能航空圖形處理技術(shù)

第4章機載網(wǎng)絡與總線技術(shù)

4.1概述

4.2機載總線技術(shù)

4.2.1 ARINC 429總線

4.2.2 155B(GJB 289 A)多路傳輸數(shù)據(jù)總線

4.2.3 1773光纖多路傳輸數(shù)據(jù)總線

4.2.4 ARINC 825總線

4.2.5 AS 5643(軍用l394總線)

4.3機載交換網(wǎng)絡技術(shù)

4.3.1 AFDX網(wǎng)絡

4.3.2 FC網(wǎng)絡

4.4未來機載網(wǎng)絡與總線技術(shù)的發(fā)展

4.4.1時間觸發(fā)以太網(wǎng)

4.4.2高速l5538

4.4.3 WDM與光交換

4.4.4機載統(tǒng)一網(wǎng)絡

4.5 網(wǎng)絡中心戰(zhàn)領(lǐng)域的發(fā)展

第5章機載計算機電源

5.1概述

5.1.1電源技術(shù)簡介

5.1.2電源技術(shù)發(fā)展史

5.1.3線性電源技術(shù)特點

5.1.4開關(guān)電源技術(shù)特點

5.2飛機電源及供電特性

5.2.1飛機電源類型

5.2.2飛機供電系統(tǒng)特性

5.2.3飛機配電系統(tǒng)簡介

5.2.4飛機電源供電標準

5.3機載計算機電源組成和框圖

5.3.1機載計算機電源分類

5.3.2機載計算機電源特點

5.3.3機載計算機電源原理

5.3.4機載計算機電源模塊組成框圖

5.3.5機載計算機電源系統(tǒng)架構(gòu)

5.4國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和水平

5.4.1國外機載電源發(fā)展現(xiàn)狀

5.4.2國內(nèi)機載電源發(fā)展現(xiàn)狀

5.5機載計算機電源轉(zhuǎn)換技術(shù)

5.5.1機載計算機電源防電壓浪涌和電壓尖峰抑制技術(shù)

5.5.2機載計算機電源功率轉(zhuǎn)換技術(shù)

5.5.3機載計算機電源脈寬調(diào)制及控制技術(shù)

5.5.4機載計算機電源電磁兼容性技術(shù)

5.6機載計算機電源的發(fā)展趨勢以及應對措施

5.6.1概述

5.6.2機載電源模塊發(fā)展趨勢及解決方案

5.6.3電源模塊工藝技術(shù)發(fā)展趨勢

5.6.4機載電源模塊關(guān)鍵技術(shù)

第6章工程化技術(shù)

6.1機載計算機工程化的內(nèi)涵與研究內(nèi)容

6.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和水平

6.2.1國外發(fā)展過程

6.2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀和水平

6.3機載計算機工程化的典型部件

6.3.1機載計算機機箱/機架

6.3.2機載計算機安裝架

6.3.3機載計算機冷板

6.3.4機載計算機結(jié)構(gòu)附件

6.4機載計算機機箱的主要技術(shù)

6.4.1散熱技術(shù)

6.4.2抗振防沖技術(shù)

……

第7章操作系統(tǒng)和軟件開發(fā)環(huán)境

第8章軟件測評與工程化改進

第9章信息安全

第10章適航要求及符合性方法

第11章機載計算機"五性"技術(shù)

第12章環(huán)境試驗

第13章生產(chǎn)管理及調(diào)試、測試技術(shù)

第14章機載計算機的理論基礎(chǔ)與探討

附錄A機載計算機的基本組成

附錄B俄羅斯機載計算機的發(fā)展

附錄C相關(guān)基本概念

縮略語

參考文獻