CN103109434A - 飞行器配电网络 - Google Patents

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Abstract

一种飞行器配电网络包括第一电隔离电力母线（8）和第二电隔离电力母线（9）以及第一远程数据集中器RDC（7a）和第二远程数据集中器RDC（7b），每个RDC具有输入/输出装置I/O（12）和电源（11），第一RDC的电源连接到第一电力母线，第二RDC的电源连接到第二电力母线，输入/输出装置连接到第一RDC的I/O和第二RDC的I/O，每个RDC被适配成通过其各自的I/O将电力提供到输入/输出装置（14），其中，每个RDC包括用于隔离输入/输出装置的开关（15），并且开关以可操作方式耦合以使得电力无法同时由两个RDC提供到输入/输出装置。此外，还包括一种操作该网络的方法。

Description

飞行器配电网络
技术领域
本发明涉及一种飞行器配电网络以及操作该网络的方法。
背景技术
现代飞行器通常包括大量连接到具有中央处理器的航空电子网络的传感器、操纵装置（effector）等。传感器、操纵装置等通常是线路可替换单元（LRU）以改进操作高效性。LRU通常集中于飞行器中安装系统的特定位置。为了减少布线并由此减少重量，可使用远程数据集中器（RDC）来将多个LRU连接到航空电子网络。
为了降低设计和制造成本以及改进操作高效性，可使得特定飞行器上的所有RDC都标准化，而与它们所连接的LRU无关。RDC因此可具有公共硬件，并因此被称为公共远程数据集中器（cRDC）。cRDC可包括可配置软件。cRDC的标准化使得可以保存较少零件的存量，以使得在日常维护作业期间可以容易地替换损坏的cRDC，从而改进操作高效性。
RDC通过电力母线连接到飞行器配电。为了冗余性，商业客机通常具有至少两条独立的母线，每条沿着飞行器机身的每侧延伸。每条母线具有在航空电子架构的所有侧都故障的情况下将所有电力传送到RDC/从RDC传送所有电力的能力。为了更大的冗余性，飞行器可具有多于两条母线，其中的一部分母线是应急母线以复制两条主要的母线。
传统的航空电子架构设计规则要求母线之间的完全分隔以及对于每个LRU的冗余性。需要分隔以防止故障从一条母线传播到其它母线。因此，对于经由RDC连接到一条母线的任意给定LRU（例如，传感器），需要经由另一RDC连接到其它母线的相同的冗余LRU。现代的传感器/操纵装置是非常可靠的，有时比它们所连接的航空电子网络更可靠。如果认为特定的飞行器传感器/操纵装置充分可靠（低灵敏度），则可以将航空电子架构设计为使得该特定的传感器/操纵装置没有冗余对。然而，仍存在如下问题：单个传感器/操纵装置仍需要连接到飞行器的每侧的两条母线，并且这些母线仍然必须是完全分隔的。
替选的“非标准”途径是以“双通道”架构来设计RDC，由此在任一情况下通过在第一母线与第二母线之间的机械继电器切换而将连接到RDC的单个传感器/操纵装置链接到第一母线或第二母线。机械切换继电器可以满足用于隔离两条母线的要求，同时使得飞行器上的传感器/操纵装置和RDC的数量减少，从而促使重量显著减轻和排放减少。然而，用于RDC的该“双通道”架构是非标准的，并且每个RDC一般需要根据其在飞行器上的位置和连接而不同地设计。因此，无法实现使用cRDC的灵活、简单、集成模块化电子架构（IMA）的相当大的益处。
发明内容
本发明的第一方面提供了一种飞行器配电网络，其包括第一和第二电隔离电力母线以及第一和第二远程数据集中器（RDC），每个RDC具有输入/输出接口（I/O）和电源，第一RDC的电源连接到第一电力母线，第二RDC的电源连接到第二电力母线，输入/输出装置连接到第一RDC的I/O和第二RDC的I/O，每个RDC被适配成通过其各自的I/O将电力提供到输入/输出装置，其中，每个RDC均包括用于隔离输入/输出装置的开关，并且这些开关以可操作方式耦合以使得电力无法同时由两个RDC提供到输入/输出装置。
本发明的另一方面提供了一种操作飞行器配电网络的方法，该飞行器配电网络包括第一和第二电隔离电力总线以及第一和第二远程数据集中器（RDC），每个RDC具有输入/输出接口（I/O）和电源，第一RDC的电源连接到第一电力母线，第二RDC的电源连接到第二电力母线，输入/输出装置连接到第一RDC的I/O和第二RDC的I/O，每个RDC被适配成通过其各自的I/O将电力提供到输入/输出装置，其中，每个RDC均包括用于隔离输入/输出装置的开关，并且这些开关以可操作方式耦合；该方法包括：操作RDC以自主地控制开关，使得电力无法同时由两个RDC提供到输入/输出装置。
本发明有益之处在于，第一和第二RDC可以具有相同的硬件，并因此可以构成灵活、单一、集成模块化电子架构（IMA）的一部分，同时自主切换使得RDC中的任一个能够隔离输入/输出装置，以使得在任何情况下输入/输出装置仅可以接收来自一个RDC的电力，从而实现两条电力母线之间的所需隔离。当嵌入在航空电子网络中时，与现有技术相比，需要较少的输入/输出装置（例如，LRU）和较少的RDC。另外，RDC可以具有公共硬件，因此可以在航空电子架构中使用公共RDC（cRDC）。
每个RDC可包括用于控制其各自的开关的异或（OR）逻辑。
该逻辑可在每个RDC中以硬件来实现。硬件可以是基于解决方案的任意适当硬件，例如，诸如可编程逻辑器件（PLD）或固态继电器/开关布置。基于解决方案的硬件优选地是没有软件（其被认为是“复杂的”，因此在航空工业中不是完全可测试的）的简单且完全可测试的逻辑芯片。重量减轻和改进的可靠性可通过使用固态硬件而不是机械切换继电器来实现。固态硬件的切换也比传统的机械继电器切换快得多，因此减少了可以潜在地连接两条母线的时间。
第一RDC的I/O可以以可操作方式耦合到第二RDC的逻辑，并且第二RDC的I/O可以以可操作方式耦合到第一RDC的逻辑。
第二RDC的逻辑可操作用于检测第一RDC中的开关的状态，并且第一RDC的逻辑可操作用于检测第二RDC中的开关的状态。
第一RDC的电源可与第二RDC隔离，并且第二RDC的电源可与第一RDC隔离。
第一RDC和第二RDC中的一个可被指定为主RDC，而另一个被指定为从RDC，以定义向输入/输出装置提供电力的优先级。
每个RDC可具有多个I/O，并且每个RDC中的开关可操作用于隔离其多个I/O中的两个或更多个。每个RDC可具有I/O组，并且各个组可由相应的开关隔离。替选地，每个RDC可具有多个I/O，并且每个I/O可具有用于隔离I/O的相应开关。
每个RDC可连接在RDC的网络接口侧的模拟总线、离散总线或现场总线（例如，CAN、ARINC429、FlexRay）与I/O侧的飞行器数据网络（例如，ARINC664或任意未来的飞行器数据网络）之间。
此外，还有一种包括飞行器配电网络的飞行器，该飞行器配电网络构成航空电子网络的一部分。
附图说明
现在将参照附图描述本发明的实施例，其中：
图1示意性地示出了安装在飞行器中的航空电子网络；
图2示意性地示出了航空电子网络的一个RDC内的配电，该RDC具有用于连接到电力母线的电源和每一个均选择性地与电力母线隔离的I/O接口组；以及
图3示意性地示出了连接到相应电隔离电力母线的第一和第二RDC，并且详细示出了对于连接到公共输入/输出装置的各个RDC I/O接口的隔离。
具体实施方式
图1示出了飞行器1的平面图，该飞行器1具有机身2、机翼3、4以及包括两条分离布线线路5、6的航空电子网络，这两条分离布线线路5、6沿着机身2的任一侧延伸。布线线路5、6包括电力总线、数据总线、信号线路等。布线线路5、6被分组在飞行器1的第一侧和第二侧，以形成第一侧布线线路5和第二侧布线线路6。第一侧布线线路5和第二侧布线线路6被分隔以确保单侧的故障不会影响另一侧。
机身2被分成多个段，即机头机身2a、前机身2b、中央机身（在机翼盒前部）2c、中央机身（在机翼盒后部）2d以及后机身2e。在这些机身段中的每一个中，在机身2的任一侧设置有多组公共远程数据集中器（cRDC）7。
cRDC7的位置和分组取决于需要连接到航空电子网络的各个电子传感器、操纵装置等的位置。在机身2的右侧的cRDC7连接到布线线路5，并且在机身2的左侧的cRDC7连接到布线线路6。
在机身2的右侧的cRDC7经由布线线路5中的第一电力母线8连接到配电部10，并且在机身2的左侧的cRDC7经由布线线路6中的第二电力母线9连接到配电部10。
图2示意性地示出了一个cRDC7内的配电。cRDC7包括用于连接到第一电力母线8的电源11，该电源11为所有cRDC硬件和接口供电。cRDC7具有多个用于连接到输入/输出装置（诸如传感器、操纵装置等）的I/O接口（I/O）121-1215，这多个I/O接口（I/O）121-1215构成航空电子网络的一部分。输入/输出装置可以是线路可替换单元（LRU）。
I/O12可以是例如28V/OPN DSO接口。cRDC7经由I/O接口12为输入/输出装置供电。I/O接口12布置成三组121、122、123，并且每个I/O接口12均由电力母线8单独地供电。I/O组121-123分别由专用隔离部131、132、133来隔离。现在将参照图3更详细地描述隔离部13。
图3示意性地示出了连接到其各自的电隔离电力母线8、9的第一cRDC7a和第二cRDC7b。图3已被简化为仅示出了分别用于RDC7a、7b中的每一个的一个I/O12a、12b。单个输入/输出装置14（诸如传感器、操纵装置等）连接到第一cRDC7a和I/O12a和第二cRDC7b的I/O12b。cRDC7a、7b包括如上所述的各自的电源11a、11b。
在图3中更详细地示出了图2所示的隔离部13。每个cRDC7a、7b均包括用于其各自的I/O12a、12b的相应隔离部13a、13b。每个隔离部13a、13b包括可编程逻辑器件（PLD）14a、14b。PLD14a、14b定义异或（OR）逻辑，并且是完全可测试的（即，它们没有软件）。
PLD14a连接到第一cRDC7a中的开关15a，该开关15a当断开时为I/O12a提供隔离，而当闭合时可以将来自第一母线8的电力提供到I/O12a。
PLD14b连接到第二cRDC7b中的开关15b，该开关15b当断开时为I/O12b提供隔离，而当闭合时可以将来自第二母线9的电力提供到I/O12b。
PLD14a由第一母线8供电，并且PLD14b由第二母线9供电。第一cRDC7a的PLD14a具有离散输入（DSI_X）16a，该离散输入（DSI_X）16a通过线路17以可操作方式耦合到第二cRDC7b的I/O12b。离散输入16a向PLD14a指示I/O12b是否通电。第二cRDC7b的PLD14b具有离散输入（DSI_X）16b，该离散输入（DSI_X）16b通过线路18以可操作方式耦合到第一cRDC7a的I/O12a。离散输入16b向PLD14b指示I/O12a是否通电。每个cRDC7a、7b具有连接到其各自的PLD14a、14b的相应处理器19a、19b。处理器19a、19b包含对于其各自的cRDC7a、7b的指令集。这些指令包括对于cRDC对7a、7b的主/从设置。如果第一cRDC7a被设置为该对的主cRDC，则cRDC7b将被设置为从cRDC，并且反之亦然。如果第一cRDC7a被设置为主cRDC，则开关15a的默认位置为闭合，并且开关15b的默认位置为断开。如果第二cRDC7b被设置为主cRDC，则开关15b的默认位置为闭合，并且开关15a的默认位置为断开。
每个PLD7a、7b包括以下异或逻辑：
如果（‘无电’或DSI_X=‘通电’或传递=真），则
断开开关
否则
闭合开关
结束如果
因此，如果cRDC7a被设置为主cRDC并且母线8通电，则开关15a默认为闭合位置且I/O12a通电，并且开关15b断开以使得I/O12b断电。如果电力母线8变为断电而电力母线9保持通电，则开关15a将断开并且开关15b将闭合，以使得I/O12b通电且I/O12a变为断电。无论电力母线8的损耗如何，输入/输出装置14的操作都没有中断。处理器19a、19b向各个钝化装置提供指令，这些钝化装置提供关于其各自的I/O12是否是在操作中的初级指令。如果处理器19a、19b命令其各自的I/O12a、12b进行操作，则钝化装置将“传递=真”指令提供到其PLD14a、14b。处理器19a、19b中的仅一个将正常控制对输入/输出装置14的驱动，但是在两个处理器19a、19b都同时试图命令输入/输出装置14的情况下，隔离部13a、13b提供了故障保护。
如果来自电力母线8、9两者的电力均可用，则在cRDC对7a、7b的主/从关系反过来的情况下，开关15a、15b的默认位置将相应地反过来。
每个cRDC通常将具有多个I/O，并且每个RDC中的开关可操作用于隔离其多个I/O中的两个或更多个。例如，每个RDC可具有I/O组，并且各个组可由相应的开关（如图2所示）来隔离。替选地，每个RDC可具有多个I/O，并且每个I/O可具有用于隔离I/O的相应开关。
通过使用快速切换固态硬件而不是机械切换继电器，RDC对可以提供电力母线之间的所需分隔，并且可以通过减少cRDC和LRU的数量来提供显著的重量减轻，而不会损失冗余性。与机械开关相比，固态开关也更可靠。
尽管以上参照一个或多个优选实施例描述了本发明，但是应理解，在不背离如所附权利要求中所限定的本发明的范围的情况下，可进行各种改变或修改。

Claims (16)

1.一种飞行器配电网络，包括第一和第二电隔离电力母线以及第一和第二远程数据集中器（RDC），每个RDC具有输入/输出接口（I/O）和电源，所述第一RDC的电源连接到所述第一电力母线，所述第二RDC的电源连接到所述第二电力母线，输入/输出装置连接到所述第一RDC的I/O和所述第二RDC的I/O，每个RDC被适配成通过其各自的I/O将电力提供到所述输入/输出装置，其中，每个RDC均包括用于隔离所述输入/输出装置的开关，并且所述开关以可操作方式耦合以使得电力无法同时由两个RDC提供到所述输入/输出装置。
2.根据权利要求1所述的飞行器配电网络，其中，每个RDC包括用于控制其各自的开关的异或逻辑。
3.根据权利要求2所述的飞行器配电网络，其中，所述逻辑在每个RDC中以硬件来实现。
4.根据权利要求3所述的飞行器配电网络，其中，所述第一RDC的I/O以可操作方式耦合到所述第二RDC的逻辑，并且所述第二RDC的I/O以可操作方式耦合到所述第一RDC的逻辑。
5.根据权利要求4所述的飞行器配电网络，其中，所述第二RDC的逻辑可操作用于检测所述第一RDC中的开关的状态，并且所述第一RDC的逻辑可操作用于检测所述第二RDC中的开关的状态。
6.根据任一上述权利要求所述的飞行器配电网络，其中，所述第一RDC的电源与所述第二RDC隔离，并且所述第二RDC的电源与所述第一RDC隔离。
7.根据任一上述权利要求所述的飞行器配电网络，其中，所述第一RDC和所述第二RDC中的一个被指定为主RDC，并且另一个被指定为从RDC，以定义向所述输入/输出装置提供电力的优先级。
8.根据任一上述权利要求所述的飞行器配电网络，其中，每个RDC具有多个I/O，并且其中，每个RDC中的开关可操作用于隔离其多个I/O中的两个或更多个。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的飞行器配电网络，其中，每个RDC具有多个I/O，并且其中，每个I/O具有用于隔离所述I/O的相应开关。
10.根据任一上述权利要求所述的飞行器配电网络，其中，每个RDC中的所述开关或每个开关是固态继电器。
11.一种包括根据任一上述权利要求所述的飞行器配电网络的飞行器。
12.一种操作飞行器配电网络的方法，所述飞行器配电网络包括第一和第二电隔离电力母线以及第一和第二远程数据集中器（RDC），每个RDC具有输入/输出接口（I/O）和电源，所述第一RDC的电源连接到所述第一电力母线，所述第二RDC的电源连接到所述第二电力母线，输入/输出装置连接到所述第一RDC的I/O和所述第二RDC的I/O，每个RDC被适配成通过其各自的I/O将电力提供到所述输入/输出装置，其中，每个RDC均包括用于隔离所述输入/输出装置的开关，并且所述开关以可操作方式耦合；所述方法包括：操作所述RDC以自主地控制所述开关，使得电力无法同时由两个RDC提供到所述输入/输出装置。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：使用异或逻辑来控制所述开关。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述逻辑在每个RDC中以硬件来实现。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：使用所述第二RDC的逻辑来检测所述第一RDC中的开关的状态，并且使用所述第一RDC的逻辑来检测所述第二RDC中的开关的状态。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，还包括：将所述第一RDC和所述第二RDC中的一个指定为主RDC，并且将另一个指定为从RDC，以定义向所述输入/输出装置提供电力的优先级。
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