民用飞机环控系统试验用航电系统仿真器设计

李德庆 段 春

（上海飞机设计研究院，中国 上海201210）

0 引言

航电系统是飞机的“神经网络”。飞机环控系统的各个子系统如空气管理系统、风挡加热系统、氧气系统等都与航电系统存在输入输出交联关系。 在环控试验室进行系统综合试验时，空气管理系统的控制器、风挡加热系统的控制器均需要接收通过航电网络发送来的信号作为系统运行的必要条件。 同时，试验也用于验证环控系统发送给航电系统的信号是否与设备状态一致。这些试验功能必须通过航电系统仿真器来实现。

航电系统仿真器用来模拟飞机系统通过航电网络传递数据的功能。 该仿真器不仅模拟环控系统控制器上传给航电网络的数据，同时还模拟环控系统工作所需的来自飞机其他系统的数据。航电系统仿真器就像“一座桥”，将跟航电网络有交联的环控系统部件与环控系统控制器联接起来，通过航电系统仿真器传输和显示的信息来控制和监视系统的运行状态。航电系统仿真器是进行环控试验室系统试验必不可少的设备。

1 航电系统仿真器技术要求

航电仿真器试验件用于仿真飞机上其它系统与空气管理系统、风挡加热系统和氧气系统之间的交联信号、 数据信息以及逻辑关系，从而为空气管理系统、风挡加热系统以及氧气系统提供其正常工作所必需的输入激励，并能够对上述系统的工作参数进行采集、传输、处理，完成系统的状态显示及控制。航电系统仿真器与环控系统的交联关系如图1 所示。

图1 航电仿真器试验件交联架构

航电系统仿真器基本功能要求如下：

1）接收环控系统控制器发送给其他系统的信号并在显示界面上显示出来，并显示信号的工程量，可查看相应的数据包；

2）仿真输出其他系统通过航电网络发送给环控系统控制器的信号；3）能够模拟发动机动态性能曲线并实时输出发动机参数传给环控系统控制器。

4） 将环控系统控制器发出的ARINC429 总线信号转换为控制信号，通过CAN 总线或硬线输出给环控系统相应部件；

5）将环控系统的风扇、活门等部件的反馈信号采集并转换为ARINC429总线信号，传送给环控系统控制器；

6）仿真其他系统通过航电网络传送给环控系统部件的信号；

7）能在人机操作界面上设置信号，并能将该信号转换为总线信号或离散信号，输出给环控系统控制器；

8）接收和解析环控系统控制器发出的控制信号（进行源选择），并将该控制信号输出给相应的供电接触器，从而实现对环控系统用电设备的供电控制；

9）能在操作界面上手动输入供电参数，该供电参数可以在供电接触器工作后， 通过仿真器的ARINC429 总线传送给环控系统控制器，用于对供电系统状态的判断；

10）在人机交互界面上可设置所有的空气管理系统控制板信号，所有信号能通过总线方式下传给环控系统控制器， 且部分开关信号能够通过硬线输出给环控系统控制器；

11）航电仿真器下传给环控系统控制器的数据须能通过设置脚本文件的方式批量实现。

2 航电系统仿真器技术方案

航电系统仿真器架构如图2 所示。主要包括上位机和仿真主机两部分。 上位机和仿真主机间通过以太网相连。

图2 航电系统仿真器设计架构

2.1 上位机

上位机采用windows 操作系统，主要配置有控制板仿真模块和航电系统仿真器监控软件。控制板仿真模块用于实现对环控系统控制板信号的仿真。 航电系统仿真软件主要用于提供对系统进行启停控制、对环控系统参试设备远程电源控制、 对输入输出数据进行实时监控、对静态激励数据的产生和发送等。

2.1.1 控制板仿真模块

控制板仿真模块主要用于仿真环控系统控制板上相应的开关或按钮。在航电系统仿真器上位机界面上可设置所有的环控系统控制板信号，所有信号能通过总线方式下传给环控系统控制器，且部分开关（发动机引气开关、机翼防冰开关）信号能够通过硬线输出给环控系统控制器，仿真器能实现总线信号和离散信号同步；

界面设计以机上实际控制面板为参照对象进行设计。 每个开关（按钮） 通过脚本文件与相应的控制板卡通道相关联以实现其控制功能。

为保证系统仿真的实时性，在程序中以短周期方式对控制板仿真界面中各个开关（按钮）进行扫描，获取其最新状态。

2.1.2 仿真器监控软件

航电仿真器监控软件为客户提供对航电系统仿真器进行控制以及实时数据监控的人机界面。航电系统仿真器监控软件界面示意如图3 所示，功能主要包括：

（1）航电仿真器运行控制；

（2）仿真初始化设置；

（3）实时数据监控；

（4）仿真变量调参。

图3 仿真器监控软件界面示意

2.2 仿真主机

仿真主机采用LINUX 操作系统，通过提供的航电仿真器模型，对空气管理系统与航电/非航电的接口、 风挡加热系统接口以及旅客氧气系统接口进行仿真。 仿真模型通过对底层封装的I/O 模块进行操作，完成ARINC429、CAN、离散量、模拟信号的收发。

2.2.1 接口仿真模块

仿真目标机可以实现对航电系统接口的仿真功能，仿真器通过预设的参数进行接口数据收发。仿真过程可以通过上位机监控软件对参数进行调整，从而改变数据的发放周期或信号的实际值。

接口仿真模块包括空气管理系统及部件的接口仿真、风挡加热控制系统接口仿真，旅客氧气系统接口仿真、接口服务适配模块等。

2.2.2 I/O 接口模块航电系统仿真器I/O 接口主要包括ARINC429、CAN、 离散量、模拟量等。

3 结语

航电系统仿真器是开展环控系统试验室试验的重要试验部件，本文结合环控系统试验需求，介绍了一套基于上下位机架构的航电系统仿真器设计。

［1］孙江平,崔燚.基于仿真技术的飞机环控试验室设计[J].民用飞机设计与研究,2012，12.

［2］孙江平.民用飞机环控系统的仿真系统研究与实现[J].计算机仿真,2012，10.