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“最强大脑”:让大飞机更具智慧

作为同级别飞机中拥有最先进航电系统的一型,C919飞机从设计之初就被装上了“最强大脑”。首飞成功标志着C919的“最强大脑”经受住了实战考验,发挥出色。那么到底是什么成就了C919的“最强大脑”呢?

综合模块化航电架构

对于任何系统来说,架构设计都是最基础的一环。随着航空电子技术的发展,航电系统的架构也在不断发生变化。C919飞机采用的就是目前先进的综合模块化航电(Integrated Modular Avionics,简称IMA)架构。

航电系统之所以被称为飞机的“大脑”,是因为其承担着对飞机核心数据的处理、传输、转换等重要功能。通过航电系统实现对复杂信息的融合和处理,完成与飞控、动力等系统的交联和互动,支持飞行员对飞机的操纵与控制,并有效地完成飞行任务。

现役的与C919同级别的飞机大多采用联合式航电系统架构。在这种架构下,系统与系统之间通过物理线缆的连接进行数据传输。然而,随着技术的不断更新,从20世纪80年代末起,国际主流航空电子系统开发商便开始研制综合化的航空电子系统,也就是综合模块化航电。

采用了综合模块化航电架构的C919航电系统拥有高度集成的数据处理和网络传输技术,具有系统资源高度共享、物理综合和功能综合等特点,可以对资源进行灵活配置与有效使用。


“在C919飞机上,两个独立的IMA机柜能够集中处理飞机各系统之间需要相互发送的信号,它既是数据处理的中心,也是发送数据的中转站。与早期分立式的航电系统架构相比,综合模块化航电架构的应用可以有效减少航线可更换单元(LRU)和全机电缆的数量,从而达到减重的效果。”上飞院航电部副部长方习高介绍说。

在综合模块化航电架构下,IMA平台成为C919飞机航电系统的重要组成部分。它是一种可扩展、易配置的开放式架构平台,使用核心计算机负责处理各系统的数据、遍布全机的多个远程数据接口单元和交换机为全机各系统数据采集、传输和交换提供通路。

同时,IMA平台可以在不增加新资源的情况下增加新的驻留功能,从而减少物理设备的数量,减轻飞机的重量。“模块化的设计还未后续空间升级提供了便利,需要时可以很方便地增加内部的计算机模块并分配资源。”方习高说。

基于ARINC664总线技术的航电网络

互联网络将全世界的网络终端连接在了一起,通过特定的协议进行通信,飞机网络也一样。飞机的众多系统,如飞控、液压、发动机等,遍布在飞机的不同部位,只有相互通信,才能协同工作。


C919航电系统采用ARINC 664  Part 7 规范定义的航电全双工交换式以太网(简称AFDX)作为综合化互连主干网络,通过RDIU远程数据接口单元连接飞机上各分系统/设备,从而组成连接飞机机载系统的控制网络和数据网络。C919全机共建立了14万条左右的虚拟的“神经网络”,涉及33个系统。

随着飞行关键项目、乘客娱乐设备等复杂航空电子系统的不断增加,需要大量增加飞机上数据总线的带宽,传统的航空总线如ARINC429,传输带宽只有100KHz,远远不能满足要求。而基于ARINC664总线带宽高达100MHz,足足高了一千倍。这意味着原来通过若干根线缆传输的信号,现在可以经由一根线缆传输,从而减少布线,减轻飞机的重量。


由于飞机上的信息传输对于实时性和安全性的严格要求,所以飞机网络在确保带宽的同时还必须具有确定性,每一个信号参数的大小、传输周期、延迟以及抖动都必须是确定的。网络中的所有系统,都能在这个“确定”的环境中按照其预先定义的方式,“确定”运行,而“确定”则意味着“安全”。

为确保安全,各系统相互之间需要收发的数据要求,比如发什么数据、收发最坏延迟、发送频率等等。这些需求都定义在各系统的接口控制文件(ICD XML)中。


接口控制文件就像各个系统要发出的“快递单”,而航电网络则起到了“快递公司”的作用,把不同系统的包裹进行分拣组合,在内部物流中分配不同的运输方法、选择不同的路径、分配不同的资源,最终按照快递单要求,在指定时间把包裹安全送达,在这过程中确保整个路网的运行的高效率,不出现阻塞的情况。

为更好地管理ICD XML文件,上飞院航电部自主研发了C919全机ICD问题报告与归零系统,实现对网络配置ICD PR的追踪,同时针对C919全机网络配置ICD工作的特殊性定制流程。

机载软件自主研发

作为飞机的“大脑”,航电系统包含着众多的子系统,例如通信、导航、综合监视、综合显示告警、核心处理、语音和数据记录、飞机数据网络、中央维护、机载信息、客舱核心系统等等。而每个子系统都会有相应的控制软件。

作为主制造商,每款软件都自己开发,显然不符合经济性。但是作为航空企业核心竞争力之一——民用飞机机载软件开发技术却是主制造商不可或缺的能力。“会而不做”和“不会做”之间存在着本质的区别。

因此,在C919项目初期,上飞院航电部就成立了机载软件科室,为的就是打破供应商的技术垄断,实现自主创新、获得技术主动,解决型号过程中急、难、险、重的问题,同时通过吃透技术细节,实现对于供应商更好的技术掌控。


C919飞机机载简图页软件直接向飞行员提供飞机重要系统状态信息,对飞机安全至关重要。“因为要显示各系统状态信息,所以简图页软件与飞机各系统交联关系十分密切。相关系统的变化很容易牵涉到简图页软件的修改,如果交给供应商去做,每一次的更改都意味着成本的增加。因此,在总师系统的决策下,简图页软件由我们自己开发。”方习高说。

由于是第一次尝试全生命周期的软件开发,对于设计师来说,最大的难点在于如何开发出一款符合民机要求、符合民机设计流程的软件。由于民机有严格的过程控制,每个开发状态要达到怎样的程度,需要提供哪些相应的文档,符合怎样的标准,这些需要设计人员进行大量的探索。

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