大型飞机机载设备与系统设计

BUAA大飞机班（36系）大型飞机机载设备与系统设计结课论文姓名：马骏学号：ZY13DF1142014/6/25大型飞机机载设备与系统设计结课报告I目录1大型飞机机载设备/系统..................................................................................11.1大型飞机机载设备概述.........................................................................11.2机载设备分类.........................................................................................21.3发展机载设备重要性.............................................................................21.4大型飞机机载设备/系统技术现状.......................................................31.4.1航空电子设备/系统....................................................................31.4.2机电系统技术现状......................................................................42大型飞机机载设备及系统关键技术................................................................52.1系统级关键技术.....................................................................................52.2设备及分系统级关键技术.....................................................................6参考文献................................................................................................................8大型飞机机载设备与系统设计结课报告11大型飞机机载设备/系统机载设备是对飞机飞行中的各种信息“指令和操纵进行测量”处理“传送”显示和控制的设备!机载设备将飞机的各个组成部分连接起来，相当于飞机的大脑神经和指挥系统！它能帮助飞行员安全“及时可靠”精确地操纵飞机，自动地完成预定的飞行任务！飞机的系统有电气系统、飞行操纵系统、仪表显示系统、甚高频通讯系统、甚高频导航系统、惯导导航系统、液压系统、火警探测和灭火系统、警告系统、氧气系统、空调和增压系统、发动机和机翼防冰系统、起落架系统、灯光系统以及燃油系统等。1.1大型飞机机载设备概述按通常的定义，飞机可分为飞机机体、发动机及机载设备三大部分。机载设备一般是指完成飞行任务、作战任务以及为保证飞行员与成员安全、舒适而安置在飞机上的、有独立功能装置的总称。机载设备作为飞机大系统的重要组成部分，正在发挥越来越重要的作用。无论是大飞机还是战斗机，机载设备已成为飞机实现新飞行功能、完成新任务的主要保证。机载设备是飞机的耳目、大脑和神经，可以说是飞机先进程度的一个重要标志，没有先进的机载设备就没有先进的飞机。其相关的关键技术也起着重大的作用。此外，装备先进的机载设备还是解决飞机经济可承受性的重要途径之一。当前先进的飞机中，机载设备的成本约占飞机总成本的40％左右，因此解决好机载设备成本显得越来越重要。大型飞机机载设备主要由航电设备／系统(以下简称航电系统)和机电设备／系统(以下简称机电系统)两大部分组成，航电系统主要包括飞行控制、飞行管理、座舱显示、导航、数据与语音通讯、监视与告警、机内通话、客舱娱乐等主要功能系统；机电系统主要包括电力系统、环控系统、燃油系统、液压系统、救生系统、辅助动力装置、机轮刹车系统、照明和生活设施等功能系统。大型飞机机载设备与系统设计结课报告2信息技术、网络技术和计算机技术的飞速发展，带动和促进了大型飞机机载设备技术的发展，使机载设备的综合化、智能化和网络化的程度不断提高，集各种先进机载设备技术于一体的波音787和空客A380已成为当今和未来一段时间内大型飞机先进性的代表。1.2机载设备分类飞机的机载设备概括的有以下几类：1.航空仪表：航空仪表是飞机上全部仪表的总称！航空仪表主要用来测量或调整飞机的运行状态和发动机的工作状态，对于保障飞行安全，改善飞行性能起着关键的作用；2.飞机导航系统：导航是指飞机在飞行过程中确定其位置和方向的方法或过程!飞机导航系统是确定飞机的位置并引导飞机按预定航线飞行的整套设备！3.其它装载设备：以雷达为例，“雷达”的概念形成于20世纪初，是利用无线电超短波或微波的反射作用，来探测目标的方向和位置的无线电设备！1.3发展机载设备重要性1.飞机的三大支柱之一就是机载设备机载设备是飞机不可或缺的功能和保障系统,是完成各项使命所需要的任务系统,对改善飞机性能和保证飞行安全具有重大影响。机载系统的技术水平是现代飞机高科技含量和先进性的重要体现,也是提高大型飞机安全性、舒适性和经济性的重要技术基础。一代飞机平台多代机载系统已成为飞机系列发展的规律。2.机载设备在现代飞机的成本构成中所占份额不断提高。国外新型军机中机载设备所占份额已超过40%，国外大型客机中机载设备所占份额均高于30%，机载设备产业不仅在配套上举足轻重，它对工业增加值和经济效益的贡献也不可低估！大型飞机机载设备与系统设计结课报告33.机载设备对中国制造业的技术进步有重要的带动作用。机载设备的发展对中国精密机械制造技术、高性能传感器技术、光电信息综合处理及显示技术、自动控制技术、液压传动技术、高精度测试与计量技术以及专用材料与特种工艺等领域的技术进步有重要的带动作用！4.具有自主知识产权可避免受制于人关键设备的自主配套避免了我国在飞机出口过程中所带来的限制，也使我们能在激烈的市场竞争中能处于主动地位！1.4大型飞机机载设备/系统技术现状1.4.1航空电子设备/系统航电系统技术发展迅速，从简单的机械仪表，到以ARINC429为主总线的传统数字航电系统，再到以ARINC629为主总线的初期模块化航电系统，到目前以机载高速数据网络为主传输通道的现代化、模块化的航空电子系统，仅仅经历了不到40年的时间。目前大型飞机航空电子系统的主要特点是：1.模块化以开放式结构和模块化为特征的航电系统在A380和波音B787飞机上达到了新的水平。A380飞机航空电子系统是基于ARINC653标准的、开放式的综合模块化航空电子系统，有航空电子全双工以太网和18个IMA模块构成；波音787飞机航空电子系统采用满足ARINC653标准的、开放式系统结构的通用核心系统，并采用满足ARINC664标准的、光纤以太网的通用数据网络。正如柯林斯公司的首席CEO所说“无论是军用飞机还是民用飞机，也无论是干线飞机还是支线飞机，甚至不管是固定翼飞机还是旋翼飞机，不同平台的任务系统或许在功能上有差别，但以模块化的系统与开放式结构为基础的设计具有很大的共同性，可以缩短系统的开放周期，是产品更具有竞争能力。特别在软件比例不断上升的今天，航空电子系统软件的不断升级已经成为提高系统性能的重要方法之一”。2.高度综合化随着技术进步和功能及经济性方面要求的不断提高，航空电子系统发展的趋势是综合化程度在不断提高。现代先进的飞机在硬件和软件综合上达到了非常高大型飞机机载设备与系统设计结课报告4的水平，在大大提升飞机功能和性能的同时较好地控制了飞机的成本。目前机载航空电子系统的综合主要体现在座舱综合显示控制、综合数据处理、综合导航引导、综合监视与警告等方面。3.智能化座舱飞机座舱更加突出“以人为本”，注重座舱的通用性，减少飞行员的转机培训；显示区域更大、更直观、交互式的人机接口，减轻飞行员工作负担，采用多种手段改善态势感知能力、提高飞行安全。4.空地一体化A380和波音787都实现了驾驶舱和客舱电子系统的全面综合，使航空电子体系更加完整和协调；同时也将空地应用需求紧密结合起来，便于实现空地运行网络化治理和满足空地一体化无缝隙不中断服务的需求。随着新航行系统的部署，地空和空空数据链在新航行系统中的作用越来越大，使得航电系统与地面系统能紧密地融合。5.电传飞控近20年来，民用飞机利用电传飞行控制系统（FBW）替换传统的机械操纵系统，并广泛应用主动控制技术（ACT），取得了前所未有的成效。目前，欧美等先进的民用飞机，如：A320、A340、波音777、A380、波音787等都以数字电传飞行控制系统为基础，应用主动控制技术的成功范例，代表了民用飞机飞行控制系统的发展趋势。1.4.2机电系统技术现状机电系统经历了漫长的发展过程，随着电子系统的发展，特别是控制技术的发展和不断应用，现代机电系统也发生了巨大的变化，目前先进机电系统的主要特点是：1.功能、能量、控制和物理4个方面的全综合。目前，发达国家的机载机电系统已经在综合化和多电飞机技术方面迈出了一大步，采用了全新的设计理念，在设计之初就以整个飞机性能最优为目标，而不是追求某个单项功能的最佳化，打破了传统机电系统各自独立的格式。尽可能用电能替换液压和气压能而成为飞机上唯一的二次能源，以实现机电系统功能、能大型飞机机载设备与系统设计结课报告5量、控制和物理4个方面的全面综合，减少燃油消耗，减轻设备重量，降低制造与维护本钱，同时进步可靠性和安全性。2.多电飞机技术是发展方向A380和波音787飞机大量采用了多电飞机技术，使燃油消耗和座英里本钱比现有飞机分别降低20%和10%左右。A380最突出的特点是采用了电力作动系统，使其飞行控制系统在系统独立性、余度和可靠性上达到了更高的水平。另外，A380还采用了固态配电技术，一次配电和二次配电系统采用了集中控制，大大进步了可靠性。波音787采用了电环控系统，客舱用电动机增压，基本上取消了发动机上引气（唯一留下的引气功能是用作发动机进口防冰），打破了50年来的惯例；固然仍采用集中式的液压系统，液压作动器仍在使用，但大部分已改为电力驱动；机翼防冰将用电加热取代引气。总之，机电系统的发展趋势是综合化、系统化、自主化、大功率和高压力体制，目标是实现功能、能量、控制和物理4个方面的全综合，实现向全电飞机的跨越。2大型飞机机载设备及系统关键技术大型飞机的机载设备与战斗机比较起来，有很多共同点，也有大量的不同点。我国通过多年军用飞机的研制，把握了小飞机机载设备的研制技术，但是在大飞机的机载设备研制上，还未完成相关的研制过程，在相关的关键技术上与国际先进水平还存在差距。2.1系统级关键技术随着现代大型飞机综合化程度的不断进步，在系统层次上的研制、治理、综合、验证的技术难度在不断增加。但是，飞机制造商为减少最后飞机综合、验证、取证的难度，希看机载系统能够完成系统的综合和验证后再提交给主机厂（所）进行飞机系统级的综合，因此对机载系统的研制提出了更高的技术要求。对照我国目前的技术现状，大型飞机机载设备在系统层面上主要的难点有以下3个方面：大型飞机机载设备与系统设计结课报告61.系统总体设计与综合技术随着综合程度的不断进步和模块化结构的采用，同时更是由于计算处理能力的不断进步，越来越多的功能是由软件而非硬件来实现的，这些都对系统的设计与综合提出了更多和更高的要求；而且相对于小飞机，大型飞机机载设备无论是在规模、数目，还是在交联关系的复杂性，以及为进步可用性和安全性而大规模、大范围采用余度和容错重构技术等各方面，都对系统的综合提出了新的挑战。2.高可靠性设计技术。大型飞机机载设备最重要的要求就是高