CN108163216A - 一种低成本航电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低成本航电系统,包括主飞行显示系统(101)、多功能显示系统(102)、发参采集与传感器处理系统(103)和通信系统(104)。主飞行显示系统(101)、多功能显示系统(102)互为备份,采用触控平板电脑与安装架组成,发参采集与传感器处理系统(103)完成供电和通信,并具有Wi‑Fi接口,实现子系统的无线互联,机电参数采集、大气数据处理、姿态数据处理和GPS数据在发参采集与传感器处理系统(103)里实现综合,通信系统(104)实现机内,机外通信。采用本发明,能够解决轻型运动飞机航电系统综合化、通用化、小型化、低成本化的问题,同时提供更好的用户体验感。
Description
技术领域
本发明涉及轻型运动飞机航空电子系统,尤其涉及一种低成本航电系统。
背景技术
全球注册的民航飞机中大约有90%属于通用飞机,承担着全球航空客运量的50%,占总飞行时间的75%,燃油总消耗量仅为7%。通用飞机低成本、低油耗和高运行效率的特点为其带来了低运营成本的优势,而且通用航空主要利用低空空域开展营运,有效缓减了空域拥挤的问题。
据统计,80%的通用飞机注册在北美,10%注册在欧洲。随着国内低空空域逐步开放,航空运输业对通用飞机的需求量将不断增大,通用飞机市场具有广阔的发展空间。通用飞机既包括小型公务机、轻型运动飞机,也包括农林飞机、多用途飞机等,主要面向企业和私人用户,驾驶员通常并非专职飞行员。这对飞机的航电系统提出了综合化、通用化、智能化和低成本的要求。
现有轻型运动飞机航电系统形式有分立机械式仪表和综合显示仪表两种。分立机械式仪表集成度低,判读不直观,显示综合化和智能化水平低,给飞行员操控飞机增加了负担。现有综合仪表,一般包括专用综合显示器,专用控制面板,显示处理器、分立传感器组成,有如下缺点:显示器采用传统显示技术,不支持新潮的触摸屏技术,人机交互不友好,体验感较差;系统网络采用传统总线,导致电缆复杂度高,重量重,且成本较高;设备集成度较低,导致整体系统体积大、重量大侵蚀了飞机的空间容纳能力和商载。
发明内容
本发明的目的是,提出一种低成本航电系统,能够解决轻型运动飞要求航电系统综合化、通用化、智能化和低成本的问题。
考虑到现有技术的上述问题,根据本发明公开的一个方面,本发明采用以下技术方案:
一种低成本航电系统,包括:主飞行显示系统101、多功能显示系统102、发参采集与传感器处理系统103和通信系统104;
主飞行显示系统101、多功能显示系统102向飞行员提供飞机航电系统的显示和控制接口,所有航电系统的控制均通过主飞行显示系统101和多功能显示系统102实现触摸屏控制,同时采用旋钮和或按键备份控制,主飞行显示系统101和多功能显示系统102是功能、性能和接口完全相同的显示控制系统,互为备份;
发参采集与传感器处理系统103,集成了大气数据系统、航姿系统、GPS系统和机电参数采集系统的功能;
通信系统104提供机外超短波通信和机内通信。
主飞行显示系统101和多功能显示系统102均包括:商用平板电脑201和显示器安装架202;显示器安装架202用于固定和防护商用平板电脑201,并且支持快取快放,与飞机仪表板通过紧固件连接,所述商用平板电脑201,具有以下接口或资源:至少1个USB接口、至少1个Wi-Fi接口、至少1个音频输入输出二合一接口、电源按键。
主飞行显示系统、多功能显示系统向飞行员提供飞机航电系统的显示和控制接口,显示包括:
主飞行画面,包括:速度表、高度表、升降速度表、姿态仪、发动机转速表、汽缸头水温、滑油温度、滑油压力、燃油油量、燃油入口压力、发电机电压、蓄电池电压、汇流条电压、飞机总电流、告警信息;
系统状态画面,包括:发动机转速表、襟翼位置、副翼配平、升降舵配平、方向舵配平、汽缸头水温、滑油温度、滑油压力、燃油油量、燃油入口压力、发电机电压、蓄电池电压、汇流条电压、飞机总电流。
导航画面,包括:飞行计划显示、应飞航向、待飞时间、待飞距离、当前航向、当前位置、距离环、地图叠加等信息。
主飞行显示系统101、多功能显示系统102还具有飞行数据记录和座舱音频记录功能。
发参采集与传感器处理系统103,包括:三轴陀螺301、三轴加速度计302、大气温度传感器303、数据处理单元304、GPS模块305、GPS天线306、机电参数采集模块307和接口系统308;
三轴陀螺301采用MEMS(微机电系统)陀螺,三轴加速度计302采用MEMS加速度计,三轴陀螺301、三轴加速度计302用于敏感飞机角速率和加速度。
大气温度传感器303提供数据供数据处理单元304解算大气数据信息,包括:空速、高度、升降速度。
GPS模块305和GPS天线306提供位置、速度、高度、航迹信息,供数据处理单元305处理。
机电参数采集模块307采集发动机、操纵、电气等机电系统参数,供数据处理单元304处理;
接口系统308包括USB接口模块、WIFI模块、WIFI天线,USB接口模块与WIFI模块将数据处理单元304送来的数据,按照约定好的协议将信息打包并分别通过USB接口模块和WIFI天线向外部显示控制设备发出。
有益效果:
显示控制系统和发参采集与传感器处理系统的设计,提高了航电系统的综合化程度,同时采用商用平板电脑作为货架产品和元器件,成熟度较高,市场价格低廉,能够满足比较高的可靠性和低成本化的要求;采用的多点触屏控制和旋钮按键备份控制的方法,使得驾驶员操作简单、可靠,很好地提升了用户体验感,采用USB总线接口通信,能够有效简化航电网络,降低飞机电缆复杂度,同时提高可靠性,采用无线WIFI接口具备开放性,增强了系统扩展能力,同时可作为备份通信通道,也方便系统配置数据上传和下载等操作。
附图说明
图1是本发明所述低成本航电系统原理图;
图2是本发明所述显示控制系统原理图;
图3是本发明所述发参采集与传感器处理系统原理图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
本发明的低成本航电系统,是以国内外综合航电系统为参考,结合当前民用技术构建飞机航电系统,以工业显示处理器和各种传感器构建飞行员操作环境,实现飞行操作和数据处理。
系统功能包括:综合处理功能、综合显示功能、通信功能、综合维护功能、系统告警及处理。
综合处理功能,包括:
实现系统控制,包括座舱显示控制、飞行模式选择、设备初始化和状态控制等;
飞行计划管理,并可根据飞行任务需求,进行飞行计划调整或修改,如航线/航路点选择、编辑、确认及执行等;
具有引导飞机保持正确姿态,沿预定的航线安全地从一地飞到另一地的导航功能;
综合显示控制,包括图形和电子地图显示处理,综合显示管理如飞行参数显示、导航信息显示、发动机参数显示等;
参数及故障信息记录;
系统自检功能;
监控管理,航电系统应具有监控系统的工作状态的功能;
时间管理,能管理内部的时间(时间可以通过GPS进行校正);
数据传输功能,航电系统能加载和存储各种数据库;
系统维护功能,航电系统能记录各个故障时间及故障类别,以便于维护;
能进行电子地图叠加。
综合显示功能,包括:
姿态信息显示,包括姿态显示的界面,俯仰、横滚、侧滑信息的显示方式,角度的显示,刻度的显示等;
高度显示,包括显示界面,显示范围,刻度指示等;
速度显示,包括显示界面,显示范围,刻度指示,显示颜色,字符定义等;
方位显示,包括显示界面,显示模式,显示范围,刻度指示,符号定义等;
导航界面显示,包括显示界面,显示模式,符号定义,信息显示格式,告警显示等;
通信状态显示,包括显示界面,显示模式,频率调节设置显示,操作控制显示等;
发动机参数显示,包括显示界面,显示模式,符号定义,颜色定义等;
通信功能,包括:
VHF语音通信,包括通信方式、频率选择、操作方式等;
机内通话,包括通话模式、操作方式等;
综合维护功能,包括:
上电自检;
周期自检;
维护自检;
数据加载/卸载;
外部设备初始化;
系统告警及处理,包括:
告警类型;
告警方式;
告警抑制;
告警提示信息等。
系统组成包括:主飞行显示系统101、多功能显示系统102、发参采集与传感器处理系统103和通信系统104,如图1所示。发参采集与传感器处理系统分别通过一路USB和主飞行显示系统、多功能显示系统连接,完成电能供给和数据通信,并具有Wi-Fi路由及其接口,实现主飞行显示系统、多功能显示系统和发参采集与传感器处理系统无线互联;通信系统通过音频导线分别与主飞行显示系统和多功能显示系统连接,实现音频数据的传输;另外,主飞行显示系统、多功能显示系统分别通过离散线可通信地与发参采集与传感器处理系统连接,用于传输旋钮和按键信息。
主飞行显示系统、多功能显示系统分别包括:一个商用平板电脑和显示器安装架。
发参采集与传感器系统包括:三轴陀螺301、三轴加速度计302、大气温度传感器303、数据处理单元304、GPS模块305、GPS天线306、机电参数采集模块307和接口系统308。数据处理单元分别与三轴陀螺、三轴加速度计、大气温度传感器、GPS模块、机电参数采集模块可通信地内部总线连接;GPS模块通过射频馈线与GPS天线连接。
三轴陀螺和三轴加速度计,敏感载机的角速率和加速度,同时接收GPS模块输出的航迹,通过捷联解算得到姿态信息,同时利用GPS模块的速度信息进行卡尔曼滤波,得到更精确的姿态信息,接收大气温度传感器送来的全压、静压和总温,经过数据处理单元处理后计算相应的气压高度、真空速等信息,通过机电参数采集模块实现机电系统参数的采集,所有信息均可通过USB和Wi-Fi与显示控制系统通信。
发参采集与传感器系统设计遵循了以下原则:
选择商用级别器件设计GPS模块;
将高度、空速传感器软件移植到数据处理单元;
选择带USB接口的处理器设计接口模块,方便快速完成USB设备开发。
通过BIT实时检测其工作状态是否正常,并通过指示灯报出系统正常/故障的信号。
机电参数采集模块,主要用于采集发动机、操纵、电气等机电系统参数。为了采集模块具有更好的通用性,该模块尽可能多的支持采集轻型运动类飞机的机电信号,包括:
20路电压信号:15路0-5V,5路0-30V,精度+0.1V;
4路电流信号,特性为:4-20mA;
4路热电偶信号,J型/K型可配置;
频率脉冲信号,4路,脉冲幅度不小于2.7V;
电阻信号,8路,其中热敏电阻4路(范围0-1000欧),铂电阻:PT100/PT10004路(可配置)。
通信系统由一部超短波电台、电台控制面板、配套的天线、音频控制器、耳机/话筒组成,其主要功能是实现飞机内部、飞机与地面台站之间的信息交换和通信联络。
航电系统软件采用层次化设计的方法,系统架构划分为显示控制层、数据集中处理层、外围层。显示控制层为人机接口,用于飞行员感知飞行态势、操纵和监控飞机飞行;数据集中处理层负责将外围层上传的传感器数据进行融合处理,然后发送至显示控制层。
Claims (5)
1.一种低成本航电系统,包括:主飞行显示系统(101)、多功能显示系统(102)、发参采集与传感器处理系统(103)和通信系统(104);
主飞行显示系统(101)、多功能显示系统(102)向飞行员提供飞机航电系统的显示和控制接口,所有航电系统的控制均通过主飞行显示系统(101)和多功能显示系统(102)实现触摸屏控制,同时采用旋钮和或按键备份控制,主飞行显示系统(101)和多功能显示系统(102)是功能、性能和接口完全相同的显示控制系统,互为备份;
发参采集与传感器处理系统(103),集成了大气数据系统、航姿系统、GPS系统和机电参数采集系统的功能;
通信系统(104)提供机外超短波通信和机内通信。
2.如权利要求1所述的一种低成本航电系统,其特征在于:主飞行显示系统(101)和多功能显示系统(102)均包括:商用平板电脑(201)和显示器安装架(202);显示器安装架(202)用于固定和防护商用平板电脑(201),并且支持快取快放,与飞机仪表板通过紧固件连接,所述商用平板电脑(201),具有以下接口或资源:至少1个USB接口、至少1个Wi-Fi接口、至少1个音频输入输出二合一接口、电源按键。
3.如权利要求1所述的一种低成本航电系统,其特征在于:主飞行显示系统(101)、多功能显示系统(102)向飞行员提供飞机航电系统的显示和控制接口,显示包括:
主飞行画面,包括:速度表、高度表、升降速度表、姿态仪、发动机转速表、汽缸头水温、滑油温度、滑油压力、燃油油量、燃油入口压力、发电机电压、蓄电池电压、汇流条电压、飞机总电流、告警信息;
系统状态画面,包括:发动机转速表、襟翼位置、副翼配平、升降舵配平、方向舵配平、汽缸头水温、滑油温度、滑油压力、燃油油量、燃油入口压力、发电机电压、蓄电池电压、汇流条电压、飞机总电流。
导航画面,包括:飞行计划显示、应飞航向、待飞时间、待飞距离、当前航向、当前位置、距离环、地图叠加等信息。
4.如权利要求3所述的一种低成本航电系统,其特征在于:主飞行显示系统(101)、多功能显示系统(102)还具有飞行数据记录和座舱音频记录功能。
5.如权利要求1所述的一种低成本航电系统,其特征在于:发参采集与传感器处理系统(103),包括:三轴陀螺(301)、三轴加速度计(302)、大气温度传感器(303)、数据处理单元(304)、GPS模块(305)、GPS天线(306)、机电参数采集模块(307)和接口系统(308);
三轴陀螺(301)采用MEMS(微机电系统)陀螺,三轴加速度计(302)采用MEMS加速度计,三轴陀螺(301)、三轴加速度计(302)用于敏感飞机角速率和加速度。
大气温度传感器(303)提供数据供数据处理单元(304)解算大气数据信息,包括:空速、高度、升降速度。
GPS模块(305)和GPS天线(306)提供位置、速度、高度、航迹信息,供数据处理单元(305)处理;
机电参数采集模块(307)采集发动机、操纵、电气等机电系统参数,供数据处理单元(304)处理;
接口系统(308)包括USB接口模块、WIFI模块、WIFI天线,USB接口模块与WIFI模块将数据处理单元304送来的数据,按照约定好的协议将信息打包并分别通过USB接口模块和WIFI天线向外部显示控制设备发出。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: 519000 1st floor, headquarters base office building, 1519 Yinwan Road, Wanchai, Xiangzhou District, Zhuhai City, Guangdong Province Applicant after: R&D INSTITUTE OF CHINA AVIATION INDUSTRY GENERAL AIRCRAFT Co.,Ltd. Address before: 519000 AVIC Tongfei industrial base, aviation industrial park, Jinwan District, Zhuhai City, Guangdong Province Applicant before: R&D INSTITUTE OF CHINA AVIATION INDUSTRY GENERAL AIRCRAFT Co.,Ltd. |
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GR01 | Patent grant | ||
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