CN105425639A - 一种通用飞机的飞行辅助系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种通用飞机的飞行辅助系统，飞行辅助系统包括PAD显示器、无线数据发射盒；PAD显示器单元作为机载座舱显示器设置在机载座舱的每个座位上，PAD显示器单元包括飞行辅助单元；飞行辅助单元的无线网卡与无线数据发射盒相连；飞行辅助单元接收到无线数据发射盒数据后，进行综合处理，并将其实时显示到屏幕上。本发明一种通用飞机的飞行辅助系统及方法，该飞行辅助系统具备低成本、不降低飞机原有的安全性、易于加改装、功能易于裁剪与扩充的特点。

Description

一种通用飞机的飞行辅助系统及方法

技术领域

本发明所属技术领域为机载航空电子领域，是一种机载飞行数据实时显示处理的飞行辅助系统。

背景技术

伴随着国家大力发展通用航空事业，越来越多的普通人开始接触飞机，体验飞行。然而当前通用航空小型飞机出于成本压力，安装的都是最基本、最简单的机械仪表，只能满足飞机的基本飞行，缺少地图导航、缺少发动机及飞机本身的状态显示；这种飞行方式在远距离飞行时，容易迷航，不能及时准确了解飞机当前的各种状态，需要凭借经验才能长时间远距离飞行，飞行员难以安全舒适的飞行。

当前通用飞机的航空电子系统的发展趋势是使用集中式的、综合处理的电子系统代替传统的机械仪表，使用大屏幕电子仪表显示代替机械表头指针式的、数字式的显示；然而，对于小型通用飞机而言，本身飞机的价格就很便宜，几十万到上百万元人民币不等，而一套完整的综合化的航电系统动辄都要几十万元，再加上改装周期长，适航时间长的缺点，中低端小型飞机很难承受这高额的成本。飞行辅助系统的发明目标正是提供一种低成本、周期短的解决方案，以解决当前小型通用飞机航电系统加装、改装的难题。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种通用飞机的飞行辅助系统，该飞行辅助系统具备低成本、不降低飞机原有的安全性、易于加改装、功能易于裁剪与扩充的特点。

本发明的技术解决方案是：一种通用飞机的飞行辅助系统，其特征在于：所述飞行辅助系统包括PAD显示器、无线数据发射盒；所述PAD显示器单元作为机载座舱显示器设置在机载座舱的每个座位上，所述PAD显示器单元包括飞行辅助单元；

飞行辅助单元的无线网卡与无线数据发射盒相连；飞行辅助单元接收到无线数据发射盒数据后，进行综合处理，并将其实时显示到屏幕上。

上述PAD显示器单元包括一个或多个PAD显示器。

上述飞行辅助单元包括运行功能模块；运行功能模块将住飞行仪表界面、导航界面、发动机参数界面切换显示；或将两个PAD显示器左侧显示器作为主飞行显示器，显示速度、高度、姿态、方位的飞行仪表界面；右侧显示器作为地图导航和发动机参数显示器。

上述PAD显示器连接托架，通过托架将PAD显示器固定。

上述无线数据发射盒包括数据采集板卡以及无线数据发射模块；

数据采集板卡含8路双工RS422接口；4路RS429接收接口和2路RS429发送接口；1路以太网接口；一路双工RS232接口；6路模拟两接口、8路离散量接口；

数据采集板卡将采集数据转换成为数字量以后，使用一个DSP模块，将采集数据按照约定的技术协议打包，发送到无线数据发送模块；

无线数据发送模块数据发送的数据量大于100M/s，数据发送距离在20米范围内。

本发明具有的优点和效果：

1)成本低，飞行辅助系统约是一套基本的机载航电系统价格的十分之一左右，机械仪表座舱即可获得综合电子座舱所拥有的仪表显示、地图导航机、状态监视、故障报警等高级航电系统功能；

2)加改装方便，即对已有的机载航电设备不做特定的要求，只需要在装机电缆上接出一根输出数据的电缆接到无线数据发射盒上即可；

3)不降低飞机的安全性，最差情况下，飞机仅仅是回到没有加装飞行辅助系统之前的安全指标；

4)易于扩展、易于剪裁，所有希望加装功能的设备，只需要将设备接入无线数据发射盒即可，由飞行辅助系统统一进行数据处理与剪裁；

5)由于飞行辅助系统对原系统改变非常小，适航周期短，成本低；

6)系统构型灵活，可以根据飞机的不同状况，构造出最适合飞机的一套飞行辅助系统。

附图说明

图1是本发明飞行辅助系统结构示意图；

图2是本发明通用飞机的飞行辅助系统的数据流程示意图；

图3是本发明单PAD显示器加单无线数据发射盒架构示意图；

图4是本发明双PAD显示器加双无线数据发射盒架构示意图；

图5是本发明三PAD显示器加双无线数据发射盒架构示意图；

具体实施方式

本发明是一种飞行辅助系统，其设计基本原理是：

对于每一架通用飞机而言，至少要有空速表、姿态表(或地平仪)、高度表和发动机转速表等仪表指示；然而这些仪表仅能保证飞机在天上飞行，不能保证飞机完成飞行任务，而且当飞机除了这四个指示仪表以外的故障信息，飞行员就只能通过经验来获得，其后果一定是因人而异，导致小型飞机的飞行实际上是风险很大的一种活动。为综合化的航空电子系统可以保证飞机的飞行信息、通信信息、发动机信息、飞行状态以及导航信息的及时准确显示、故障告警信息及时提示。但是当前机载航电系统的价格非常昂贵而且需要专用设备，对于一个价格只有几十万或者上百万的小型飞机，要做航电系统的加改装，成本本身就是一个非常困难的事情。

基于当前平板显示技术以及无线通信技术的成熟、可靠，本发明构造一种低成本的综合电子系统，该系统在不改变原有飞机基本航电设备的基础上，形成以平板电脑作为座舱显示器，通过无线通信作为数据交联的飞行辅助系统。该飞行辅助系统依托于通用飞机原有的航电设备，在原有航电设备的数据输出端并联一个无线发射装置，将机载设备数据通过无限的方式发送到平板电脑上。平板电脑(座舱显示器)接收到外部设备数据后，进行综合处理，并将其实时显示到屏幕上，提示飞行员当前飞行所需的各种信息。

飞行辅助单元的处理包括：

a.数据解析，将无线数据接收后，按照事先约定的软件协议，将二进制数据转换成具有实际意义的浮点型数据以及状态标志数据；

b.按照特定算法，计算数字仪表中的所需显示数据，例如原始数据的滤波平滑处理、侧滑指示计算、风速风向计算、飞行的方位距离计算等；

c.按照规定的要求，判断故障状态，完成告警提示；例如判断失速状态、判断飞行高度太低、判断是否偏航、判断发动机燃油系统是否故障、判断发动机进气压力是否故障等；

d.按照维护要求，进行数据记录、数据下载、系统升级、飞机初始化配置等。

数据采集板卡含8路双工RS422接口；4路RS429接收接口和2路RS429发送接口；1路以太网接口；一路双工RS232接口；6路模拟两接口、8路离散量接口；

数据采集板卡将采集数据转换成为数字量以后，使用一个DSP模块，将采集数据按照约定的技术协议打包，发送到无线数据发送模块；

无线数据发送模块采购市场上已有的模块，型号很多，可以根据实际情况购买，一般而言，数据发送的数据量大于100M/s，数据发送距离在20米范围内。

由于飞行辅助系统仅仅是接收传感器设备的发出数据，而不对其输出数据进行更改，因此即使该飞行辅助系统完全崩溃，飞机至少可以回到未加装航电系统前的飞机飞行状态，飞行辅助系统不可能对飞机的飞行安全影响，系统构成如图1所示。

飞行辅助系统采用无线路由的方式发送机载设备参数，机载设备的无线电频率与无线路由的无线电频率的比较如表1所示，从该表可以看出无线路由的使用频率远远高于机载设备使用的无线电频率，相互间不会产生任何干扰，可以大胆使用。

表1飞行辅助系统无线电频率使用配置表

实施方法参见图2，飞行辅助系统针对的是低成本小型飞机进行航空电子系统的加改装进行设计的，该系统可以根据用户的需求使用一台或者两台PAD作为座舱显示器。座舱里的PAD显示器需要电源供电。不需要与座舱的任何数据线相连。需要定制一个托架，将PAD显示器固定在一个合适的位置上。

飞行辅助系统顶层的应用程序运行在PAD之上，根据用户需求，合理安排每一个PAD的运行功能模块。例如当仅适用一台PAD作为飞行显示器，可以将住飞行仪表界面、导航界面、发动机参数界面等不同类型的界面切换显示；如果使用两台PAD作为飞行显示器，可以左侧显示器作为住飞行显示器，显示速度、高度、姿态、方位等主要的飞行仪表界面；右侧显示器作为地图导航和发动机参数显示器。

具体原理是：在系统软件运行过程中，两个PAD显示器之间互相监控，每隔一个固定的时间段(例如：50毫秒)向对方发送一个信号。当PAD显示器接收到这个信号后，意味着另一个PAD显示器处于正常状态，软件将按照正常的模式运行，即左侧显示器处于主飞行显示界面；右侧PAD显示器处于多功能显示界面。

当一个PAD显示器不能接收到另一个PAD显示器发送的周期信号，则该PAD显示器则判定另一个PAD显示器发生故障，此时PAD显示器处于应急工作状态，组合显示主飞行显示界面要素与发动机参数要素。

座舱显示器采用PAD自带的无线网卡与无线数据发射盒相连，无线路由的发射频率远远高于当前机载设备的使用频率，因此该频率不会对飞机已有设备的无线电频率产生干扰，可以共同使用。

由于飞行辅助系统不允许对原有飞机的安全性造成影响，而且不能因为改装新系统而造成改装飞机适航成本的增加，因此，原有飞机的系统设备不允许发生更改，而是将每个设备的机载电缆并联一个数据出口，每个设备额外的数据出口接到无线发射盒上，由该发射盒通过将各种输入数据转换成数字信号，再通过无线路由发射出去。

飞行辅助系统的PAD显示器接收到无线信号后，通过系统顶层的应用程序，实现数据的综合处理、集中显示、故障告警、数据记录等综合航空电子系统的高级功能，从而达到飞行辅助系统的设计目标。

实施例1：单PAD显示器加单无线数据发射盒架构

参见图3，单PAD显示器加单无线数据发射盒架构是飞行辅助系统的基本架构。

在改装航电系统时如果采用单个PAD作为机载座舱显示器，该显示器应当完成飞行仪表显示、电子地图导航、发动机参数显示、故障提示告警、数据记录维护等功能。各个飞行界面之间通过触摸屏按键进行切换。

在改装机载电缆，在机载航电设备的数据输出端并联数据输出端口，将数据传至无线数据发射盒。无线数据发射盒将航电基本数据通过无线的方式发送到机载座舱PAD显示器上，显示器接收到无线数据后，完成数据的综合处理与显示。

当PAD显示器和无线数据发射盒任何一个出现故障，都会产生飞行辅助系统失效的结果。

实施例2：双PAD显示器加双无线数据发射盒

参见图4，在改装航电系统时如果采用2个PAD作为机载座舱显示器，两个显示器的功能应有所区分。左侧显示器主要负责飞行仪表的数据采集与处理、故障的提示与告警；右侧显示器应当完成电子地图导航、发动机参数显示、故障提示告警、数据记录维护等功能。显示器各个界面之间通过触摸屏按键进行切换。

在改装机载电缆，在机载航电设备的数据输出端并联数据输出端口，将数据传至两个无线数据发射盒。无线数据发射盒将航电基本数据通过无线的方式发送到机载座舱PAD显示器上，显示器接收到无线数据后，完成数据的综合处理与显示。

此时，当两个PAD显示器其中一个出现故障时，另一个显示器依然可以通过数据切换获得飞行显示所需的各个界面。两个无线数据发射盒互为热备份，任何一个出现故障，都不会使飞行辅助系统数据传输失效。这种双显示器和双无线数据发射盒的结构可以使系统的可靠性比单PAD显示器和单无线数据发射盒要提高一倍。

实施例3：三PAD显示器加双无线数据发射盒

参见图5，在改装航电系统时如果采用三个PAD作为机载座舱显示器，三个显示器的功能应有所区分。左侧显示器主要负责飞行仪表的数据采集与处理、故障的提示与告警；中间的显示器应当主要负责发动机参数显示及故障提示告警；右侧显示器应当完成电子地图导航故障提示告警、数据记录维护等功能。显示器各个界面之间通过触摸屏按键进行切换。

此时每个显示器功能独立，用户需要看到的信息全部在显示界面上，不需要用户在飞行过程中进行选择与取舍，极大的减轻飞行员的负担，保证飞机的舒适、安全、高效。

在改装机载电缆，在机载航电设备的数据输出端并联数据输出端口，将数据传至两个无线数据发射盒。无线数据发射盒将航电基本数据通过无线的方式发送到机载座舱PAD显示器上，显示器接收到无线数据后，完成数据的综合处理与显示。

通过飞行辅助系统软件的合理配置，当三个PAD显示器其中一个出现故障时，该系统会自动切换到双驾驶屏体制；当其中两个显示器出现故障时，该系统会自动切换到单显示器体制，用户依然可以通过屏幕切换获得飞行显示所需的各个界面。

两个无线数据发射盒互为热备份，任何一个出现故障，都不会使飞行辅助系统数据传输失效。由于无线数据发射盒的结构非常简单，因此可靠性极高，双无线数据发射盒已经足够满足飞机的安全指标，因此不需要再通过添加无线数据发射盒来保证飞行辅助系统的安全性、可靠性。

这种三显示器和双无线数据发射盒的结构可以使系统的可靠性比双PAD显示器和双无线数据发射盒要提高30％。

Claims (5)

1.一种通用飞机的飞行辅助系统，其特征在于：所述飞行辅助系统包括PAD显示器单元、无线数据发射盒；所述PAD显示器单元作为机载座舱显示器设置在机载座舱的每个座位上，所述PAD显示器单元包括飞行辅助单元；

飞行辅助单元的无线网卡与无线数据发射盒相连；飞行辅助单元接收到无线数据发射盒数据后，进行综合处理，并将其实时显示到屏幕上。

2.根据权利要求1所述的通用飞机的飞行辅助系统，其特征在于：所述PAD显示器单元包括一个或多个PAD显示器。

3.根据权利要求2所述的通用飞机的飞行辅助系统，其特征在于：所述飞行辅助单元包括运行功能模块；运行功能模块将住飞行仪表界面、导航界面、发动机参数界面切换显示；或将两个PAD显示器左侧显示器作为主飞行显示器，显示速度、高度、姿态、方位的飞行仪表界面；右侧显示器作为地图导航和发动机参数显示器。

4.根据权利要求3所述的通用飞机的飞行辅助系统，其特征在于：所述PAD显示器连接托架，通过托架将PAD显示器固定。

5.根据权利4所述的通用飞机的飞行辅助系统，其特征在于：所述无线数据发射盒包括数据采集板卡以及无线数据发射模块；

数据采集板卡含8路双工RS422接口；4路RS429接收接口和2路RS429发送接口；1路以太网接口；一路双工RS232接口；6路模拟两接口、8路离散量接口；

数据采集板卡将采集数据转换成为数字量以后，使用一个DSP模块，将采集数据按照约定的技术协议打包，发送到无线数据发送模块；

无线数据发送模块数据发送的数据量大于100M/s，数据发送距离在20米范围内。