CN102947178B - 一种用于航空器发动机环境的实时模拟的系统 - Google Patents

一种用于航空器发动机环境的实时模拟的系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开的系统(SYS1)包括数字计算机(FAD1)，选择模块(MSEL1)将其输入送往传感器(CAPi)或替代数字总线(BSU1)，该替代数字总线(BSU1)上可以传输实时模拟器(SIM)所产生的替代数字数据(DSUi)。

Description

一种用于航空器发动机环境的实时模拟的系统
技术领域
本发明涉及实时模拟复杂系统的领域。
本发明特别涉及模拟航空器，例如，直升机或飞机上发动机环境的领域。
背景技术
通常，模拟器都是寻求复制一种环境。
在航空领域，模拟器特别用来研究和开发新型航空器和用于训练机组人员。
为了实时模拟复杂系统，一种为人们所熟知的“硬件在环”方法，旨在将机载计算机与用于模拟计算机环境和适合给计算机提供数据的工具相连接，该工具模拟航空器的一个或多个传感器，计算机产生的指令被应用为模拟工具的输入，该工具适合根据这些指令进行响应，并适于对计算机的输入数据进行修正。
开发这种模拟系统要求特别的电子器件卡，这些卡是开发用来产生与每个模拟传感器相关的模拟信号，这些传感器可以是各种不同类型：特别是温度传感器、压力传感器和速度传感器。
特别是为了避免漂移问题，这种电子器件卡的制造成本很高，并且它们的维护很复杂。
发明内容
本发明寻求提供一种不会具有这些缺陷的模拟系统。
更确切地说，本发明提供了一种系统，该系统具有适于控制航空器中发动机的至少一台数字计算机，每台数字计算机包括：
·至少一个输入，适于接收代表传感器状态的数据；
·连接至少一个执行机构的至少一个输出；以及
·调节模块，适于根据所述至少一个输入所接受的数据，通过输出总线向上述执行机构发送至少一个指令。
该系统包括：
·选择模块，包括在所述至少一台数字计算机内，并适于根据操作者的指令，将所述输入切换至所述传感器或替代总线；
·实时模拟器，用于模拟发动机和航空器的至少一些环境，模拟器包括：
·数字输出，适于通过替代总线将至少一个数字数据替代项目发送给数字计算机的输入；以及
·数字输入，连接到数字计算机的所述至少一个输出，并适于接收数字计算机发布的指令，设计实时模拟器以模拟发动机和航空器对所述指令的反应；以及
·验证模块，包括在所述数字计算机内，适于实施验证程序，防止航空器在飞行时数字计算机的输入被选择模块切换到替代总线。
在本说明中，“数字总线”是指任何类型的物理连接，数字数据通过该物理连接可以被传输；例如，适于本发明中使用的数字总线包括计算机区域网(CAN)、以太网、和ARINC类型的总线。
在具体实施例中，实时模拟器的数字输入和数字输出可物理上是在相同的双向总线上。
为此，且采用最有利的方式时，本发明提出了通过数字总线的方法将数字计算机连接到模拟器上，而不是使用用于模拟各种传感器的特别的卡。
通过总线发出和模拟各种传感器的数字数据可以为多路传输的。
根据本发明，选择模块和验证模块包括在数字计算机内：这样，在测试模拟阶段期间使用的代码就和航空器飞行时所包括的代码严格地相同，只是数字计算机的输入和输出被转向。
根据本发明，本发明的系统包括验证装置，用于确保航空器飞行时数字计算机的输入连接到实际传感器上，换句话说，用于确保了数字计算机的输入不会连接到替代总线上。
本发明系统的验证装置提供了安全性，需要这个安全性以保证当航空器在运行时模拟不会意外投入使用。
一般来讲，通过本发明，在模拟阶段期间，且对于每个传感器来讲，操作者可以选择将数字计算机的输入切换到实际传感器或者切换到替代总线上，这样，模拟器实时产生的替代数字数据就会取代代表传感器状态的数据。
最为有利的是，数字计算机会通过相同的输出来传输其所产生的指令，不论其是否处在模拟方式。
根据本发明的最佳实施方式，本发明的系统包括将数字计算机输出连接到调节模块输入或将数字计算机输出与调节模块输入断开的装置，数字计算机的输出在任何情况下都总是接至执行机构上。
根据本发明的最佳实施方式，所述选择模块是通过软件模块来实施的，所述软件模块构成了所述至少一个输入和所述调节模块之间的接口。
这种软件模块作为应用程序接口(API)为所属领域技术人员所熟知。
该实施方式特别有利，因为其可以独立于实时模拟器而使得调节模块得以开发，数字计算机得以验证。
根据本发明的最佳实施方式，本系统带有两个发动机，每个发动机都分别由各自数字计算机控制。
这个特性可以有利地模拟发动机和航空器的特性。
附图说明
通过下面参照附图给出的说明，本发明的其它特性和优点会显现出来，所示实施例不具有限定特性，附图如下：
·图1为本发明第一个实施例中的系统，所示系统只有一台发动机；
·图2为图1所示系统中数字计算机的软件体系结构示意图；
·图3为根据本发明的第二个系统，该系统带有两台发动机；以及
·图4为流程图，示出了实施图1和图3所示系统时的验证的主要步骤。
具体实施方式
图1示出了本发明的系统SYS1。
该系统包括数字计算机FAD1，适于对航空器AER中的发动机MOT1进行控制，航空器和发动机图中未示。
计算机FAD1带有多个输入ENT1i，图中仅示出了这些输入中的一个输入。
这些输入ENT1i中每个输入适于接收通过转换模拟数据DONi所获得的数字数据，该模拟数据DONi表示发动机MOT1或航空器AER的传感器CAPi的状态。
转换模块XF来进行这种转换，所述转换模块特别包括模拟-数字变换器。
数字计算机FAD1还带有多个输出SOR1j，图中仅示出了其中一个输出，每个输出SOR1j都连接到发动机MOT1或航空器AER的执行机构ACTj上。
根据本发明，系统SYS1还包括实时模拟器SIM，其适于对发动机MOT1和航空器AER的至少一些环境进行模拟。
模拟器SIM的输出SIO1连接到数字总线BSU1，后者称之为替代总线。
根据本发明，系统SYS1带有选择模块MSEL1，其适于将数字计算机FAD1的各个输入ENT1i切换到传感器CAPi或替代总线BSU1，后者与实时模拟器SIM相连接。
切换可以针对每个传感器CAPi来独立进行。
在目前所介绍的实施例中，数字计算机FAD1带有控制和验证模块CTR，适于经由开关MD1来激活或解除激活数字模拟器的输出SOR1j和输入SII1之间连接。
在目前所介绍的实施例中，选择模块MSEL1由控制和验证模块CTR根据操作者的指令来控制。
这样，在模拟期间，输入ENT1i可以接收：
·代表传感器CAPi状态的数据DONi；或者
·实时模拟器SIM产生的替代数字数据DSUi。
数字计算机FAD1带有调节模块MREG1，适于根据输入ENTi上所接收到的数据，经由输出SOR1j将指令COMi，j发送到执行机构ACTj，所述数据或者来自传感器CAPi(在模拟数据DONi已经转换为数字数据后)，或者来自模拟器SIM(数据DSUi)。
执行机构ACTj接收指令COMi，j。
另外，如果开关MD1处于闭合状态时，在实时模拟器SIM的输入SII1处也可以接收它。
在本发明的一个应用方式中，操作者可以指令数字计算机FAD1不考虑任何实际传感器CAPi。然后，优选掩蔽与这些传感器相关的故障报告。
在这种实施方式中，数字计算机FAD1总是试图执行其输出，但是没有一个会接到执行机构ACTj上：相关的故障报告可以被迫“修正”。
指令值传输给实际模拟器SIM的输入SII1。
在这个实施方式中，实时模拟器包括发动机MOT1的计算机模型，以及航空器AER的计算机模型，而且，它还可以负责真实的航空电子设备，这些航空电子设备不予模拟。
在另一个实施中，操作者可以指令数字计算机FAD1考虑除了一个传感器外的所有的传感器CAPi，而且，它只能是与该掩蔽的一个传感器相关的故障报告。
在这种情况下，实时模拟器包括至少该传感器的模拟。
数字计算机成功启动其输出给执行机构ACTj，因为操作者已经指示了所有执行机构ACTj连接：无故障报告被掩蔽。
在目前所描述的本发明的实施例中，根据开关MD1的位置，发送给执行机构的指令COMi，j值有选择地送给实时模拟器SIM。在模拟阶段期间，所有的指令都会传送给实时模拟器SIM，模拟器可采用也可不采用这些指令。
图2为数字计算机FAD1所实施的软件层示意图。这是具有3层的模型，即：底层OS，包括管理其它各个传感器CAPi和执行机构ACTj的操作系统；高层MREG1，执行调节模块并适于产生指令COMi，j，该指令COMi，j用于根据输入ENT1i上所收到的数据，发送给执行机构ACTj；和位于调节模块MRG1和操作系统OS之间的中间接口层API，其中执行选择模块MSEL1。
图3示出了根据本发明的系统SYS2，该系统带有两台发动机MOT1，MOT2(图中未示)，每台发动机都由各自数字计算机FAD1，FAD2来控制。
相似标记也用于第二台计算机FAD2。
数字计算机FAD1和FAD2通过计算机间的连接LIF来实现相互连接。
在目前所介绍的实施例中，实时模拟器SIM装有两台发动机MOD1和MOD2的计算机模型，同时还有航空器AER的计算机模型。
在图3中，传感器CAPi可以选择地连接到两台数字计算机FAD1和FAD2中每台计算机上，每个输出SOR1j，SOR2j都可有选择地连接到实时模拟器SIM的输入SII1或SII2上。
自然，有些传感器可以只连接到两台数字计算机FAD1，FAD2中一台上。
根据本发明，数字计算机FAD1，FAD2在模拟和开发调节模块MREG1，MREG2的阶段期间，且航空器在使用时，即，在飞行中，是严格地相同的。
自然，为了安全起见，当航空器在飞行时，防止模拟功能被启动是必要的。
为此，在每台数字计算机FAD1，FAD2内，验证装置CTR实施了验证程序，用于在航空器AER在飞行时，防止输入ENT1i，ENT2i切换到替代总线BSU1，BSU2。
图4示出了验证程序的实施例，该程序可在根据本发明的系统中执行。
在计算机FAD1，FAD2启动后(步骤E10)，该验证程序具有步骤E20，在此期间，验证这些计算机的输入ENT1i，ENT2i未连接到实时模拟器SIM的替代总线BSU1，BSU2上，换句话说，验证这些输入实际上是连接到发动机或航空器的传感器CAPi上。
如果是这样，步骤E20之后就是步骤E30，在此期间，每台数字计算机FAD1，FAD2验证存储器MEM的确定地址ADR包括了确定值COD。
如果是这样，步骤E30之后是步骤E40，在此期间，每台数字计算机FAD1，FAD2在预定时间内等候预定的帧顺序。
如果及时接收到顺序，即，如果所有三个验证步骤E20，E30，E40都已经顺利完成，可以预期进行模拟，即操作者可以实际上独立地连接每个输入ENT1i，ENT2i至实际传感器CAPi或经由替代总线BSU1，BSU2至实时模拟器SIM1。
在本实施方式中，如果任何一个验证步骤E20，E30，E40出现故障，那么，存储器MEM中地址ADR处的代码就会被改写。
只要计算机一启动，便执行这个程序。这可避免模拟方式的任何不合时宜地被启动。

Claims (6)

1.一种具有至少一台数字计算机(FAD1)的系统(SYS1,SYS2)，适于控制航空器(AER)中发动机(MOT1)，每台数字计算机(FAD1)包括：
·至少一个第一输入(ENT1i)，适于接收代表传感器(CAPi)状态的数据(DONi)；
·至少一个第一输出(SOR1j)，适于连接到发动机(MOT1)或航空器(AER)的至少一个执行机构(ACTj)上；以及
·调节模块(MREG1)，适于根据所述至少一个第一输入(ENT1i)所接收到的数据(DONi,DSUi)，通过所述至少一个第一输出(SOR1j)向所述发动机(MOT1)或航空器(AER)的至少一个执行机构(ACTj)发送至少一个指令(COMi,j)；
所述系统(SYS)的特征在于：其包括：
·选择模块(MSEL1)，包括在所述至少一台数字计算机(FAD1)内，并适于根据操作者的指令，将所述至少第一输入(ENT1i)切换至所述传感器(CAPi)或替代总线(BSU1)；
·实时模拟器(SIM)，用于模拟所述发动机(MOT1)和所述航空器(AER)的至少一些环境，所述实时模拟器(SIM)包括：
·数字第二输出(SIO1)，适于通过所述替代总线(BSU1)将至少一个数字数据(DSUi)替代项目发送给所述至少一台数字计算机(FAD1)的所述至少一个输入(ENTi)，其中所述调节模块(MREG1)配置为根据数字数据(DSUi)的所述至少一个替代项目，通过所述至少一个第一输出(SOR1j)向所述发动机(MOT1)或航空器(AER)的至少一个执行机构(ACTj)发送所述至少一个指令(COMi,j)；以及
·数字第二输入(SII1)，连接到至少一台数字计算机(FAD1)的所述至少一个第一输出(SOR1j)，并适于接收所述至少一台数字计算机(FAD1)所发出的所述至少一个指令(COMi,j)，所述实时模拟器(SIM)设计为模拟所述发动机(MOT1)和所述航空器(AER)对所述至少一个指令(COMi,j)的反应；以及
·验证模块(CTR)，包括在所述至少一台数字计算机(FAD1)内，适于实施验证程序，用于防止所述航空器(AER)在飞行时数字计算机(FAD1)的所述至少一个第一输入(ENT1i)被所述选择模块(MSEL1)切换到所述替代总线(BSU1)上。
2.根据权利要求1所述的系统(SYS1,SYS2)，其特征在于：所述选择模块(MSEL)由软件模块来实施，该软件模块构成了所述至少一个第一输入(ENT1i)和所述调节模块(MREG)之间的接口。
3.根据权利要求1或2所述的系统(SYS1,SYS2)，其特征在于：其包括用于连接所述至少一个第一输出(SOR1j)到所述实时模拟器(SIM)的所述数字第二输入(SII1)或用于将所述至少一个第一输出(SOR1j)与所述实时模拟器(SIM)的所述数字第二输入(SII1)相断开的装置(CTR,MD1j)，所述至少一个第一输出(SOR1j)连接到所述发动机(MOT1)或航空器(AER)的至少一个执行机构(ACTj)上。
4.根据权利要求1或2所述的系统(SYS1，SYS2)，其特征在于：其包括了两台发动机(MOT1,MOT2)和通过物理连接(LIF)而相互连接的两台所述至少一台数字计算机(FAD1,FAD2)，每台所述至少一台计算机(FAD1,FAD2)适于对其中一台所述发动机(MOT1,MOT2)进行控制。
5.根据权利要求1或2所述的系统(SYS1,SYS2)，其特征在于：所述验证程序是在所述至少一台数字计算机(FAD1,FAD2)启动(E10)后即被执行，所述验证模块(CTR)适于：
·验证(E20)所述至少一个第一输入(ENT1i)切换到所述传感器(CAPi)上；
·验证(E30)所述系统(SYS1,SYS2)的存储器(MEM)的确定地址(ADR)中的确定码(COD)；以及
·验证(E40)至少一个确定帧是在确定的时间内接收到的。
6.根据权利要求5所述的系统(SYS1,SYS2)，其特征在于：所述验证模块(CTR)包括如果其中一个所述验证步骤(E20,E30,E40)出现故障时用于改写所述确定码(COD)的装置。
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