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解密新舟700:基于Pro Line Fusion的新舟700飞机综合航电系统设计

 2019-12-05 来源:民航资源网 作者:付京龙 陈雷  [投稿排行榜]
2019-12-05 14:09:50

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      民航资源网2019年12月5日消息:【编者按】新舟700飞机,是新舟系列涡桨支线飞机的最新产品,定位于承担800公里以内中等运量市场的区域航空运输业务,能够适应高原高温地区的复杂飞行环境和短距频繁起降。据最新消息,新舟700飞机预计于2020年1月总装下线。作为我国完全自主研发的新一代支线涡桨飞机,新舟700依托的关键性技术有哪些?又实现了哪些重大的突破和创新?11月22日起,民航资源网推出系列报道,解密新舟700背后的“硬核技术”。

      新舟700飞机研制的目标是成为世界一流的涡桨支线飞机,一流的飞机就应当具备一流的“大脑”--航空电子系统,新舟700飞机航电系统采用基于美国科林斯宇航公司Pro Line Fusion平台研制的支线航空最先进的综合航电系统。

      科林斯宇航公司是世界最大的航空电子产品制造商之一,新舟60、新舟600飞机分别采用该公司Pro Line Ⅱ和Pro Line 21系列航电产品,Pro Line Fusion系列是目前国际顶尖的航空电子系统,可在当前和未来相当长的时间保持强大的市场竞争力,除了新舟700飞机,Pro Line Fusion系列还获得了庞巴迪、巴航工业、比奇、三菱、比亚乔和阿古斯塔等制造商的青睐。相对于Pro Line 21系列,Pro Line Fusion系统的尺寸减小了30%,重量减轻了15%,功耗降低了25%,功能更强大,单机采购成本却有所降低。同时,Pro Line Fusion系统具备强大的可扩展性,可以满足当前和未来适航和运营的要求。

      新舟700飞机航电系统核心架构是基于Pro Line Fusion平台,同时其将国内多家供应商的产品也集成到综合航电系统中,包括航空工业计算所、测控所、太航仪表、千山、中电科等,国内民机领域最新的信息、记录、客舱系统等技术也被应用到新舟700飞机上,带动了国内航空电子技术和产品的发展。

      新舟700飞机2019年即将完成首架飞机总装下线,航电系统已完成详细设计工作,全面进入验证试制阶段。

      一、运用先进技术,构建最强“大脑”

      (一)综合模块化航电系统

      实现新一代玻璃化座舱,采用4块14英寸高分辨率、宽屏智能显示器,冗余LED背光显示,降低功耗,提高可靠性。选装单套平视显示器,选装两个电子飞行包。综合显示飞行、导航、发动机、系统状态、告警、维护、航图等信息,智能显示器驻留飞行显示、发动机指示和告警、无线电调谐、飞行管理、自动飞行、中央维护等软件,具有层次化软件架构、综合处理能力。

      核心架构采用高带宽航空电子设备网络(AFDX数字总线),具有综合化、模块化IMA架构,符合AC20-170、DO-297要求。系统支持用户多种选装、扩展构型,配置灵活且适应性强。

      具备完善的通信导航能力,提供更强的态势感知能力,满足CATⅡ自动进近、RNP0.3等运行需求,满足新航行系统中的通信、导航和监视需求。

      客舱系统为乘务员提供便捷的操作界面,实现客舱管理、旅客广播和内话,并选装机载娱乐系统。

      中央维护系统采用分布式的构架,为飞机成员系统提供维护操作和维护参数显示;为维护人员提供统一的维护界面。

      信息系统集成快速存取舱音记录(QACVR)、无线快速存取记录(WQAR)功能,并具有地面3G/4G、Wi-Fi等无线传输数据功能。

      MA700飞机航电系统架构见下图。

      (二)先进驾驶舱显示控制技术

      1.高清晰大屏显示

      为大范围、全方位了解飞机状态和周围环境,提高安全性和运营效率,MA700飞机采用4块大屏幕显示器;支持航图叠加飞机位置,地图叠加气象、地形等多种显示模式;可实现全屏、半屏多种显示窗口的调度,飞行员可根据飞行阶段和飞行任务灵活配置显示窗口,易于飞行员获取飞行信息。

      2.Windows风格人机交互

      采用类似于鼠标轨迹球的光标控制板(CCP)、类似于键盘的多功能键盘(MKP)、触屏和菜单式结构的交互界面。飞行员可借助CCP、MKP和触屏实现菜单选择、参数输入、窗口调用等操作,并设置快捷键,方便调出和选择需要显示的信息。

      3.智能化信息处理

      根据飞行阶段或事件驱动信息交互,如根据飞行阶段显示必要的信息,减少飞行员的工作负荷;在飞行过程中出现告警(CAS)时,系统自动关联电子检查单和简图信息,便于飞行员进行故障处置,信息更直观易读;同时CAS与中央维护系统关联,机务可以根据CAS信息进行维护诊断和维护工作。

      4.图形化飞行计划

      采用集成式飞行管理系统替代传统CDU,利用飞行阶段页面与对话框结合输入数据,航路窗口显示飞行计划航段的信息和进展,图形式飞行计划支持在地图上直接创建和编辑飞行计划。同时,提供性能数据库,大大减少了人工输入数据量;当飞机进入下一个飞行阶段,就显示前方机场的进场参数、着陆重量或其他关键数据;如果空管要求飞机变更前方机场,就会在数秒内完成飞行计划的重新编制。导航显示可同时叠加包括近地警告、气象雷达、防撞系统的数据;在多山地区进场或起飞时,可以调出垂直剖面图,显示更加直观。

      (三)基于性能的导航

      传统的陆基导航模式由于对地面导航台的过度依赖而越来越成为民用航空发展的瓶颈,严重制约着飞行、管制的安全和起降效率。MA700飞机支持区域导航(RNAV)和基于性能的导航(PBN),满足RNP0.3的所需导航精度,依靠卫星和飞机自身的导航系统自动引导飞机飞行、起降,与传统导航技术相比,驾驶员不必依赖地面导航设施即能沿着精确定位的航迹飞行,使飞机在能见度极差的条件下安全、准确地着陆,提高飞机飞行运行的安全性及对地形复杂机场的适应性。

      二、实现安全、可靠、低成本,提供高竞争力产品

      (一)全方位监控,更安全

      1.加强对飞行环境态势感知

      对空中气象、周围的飞行器和低空障碍物进行实时监视和告警,提供飞行员对周围态势的感知能力。

      (1)加强气象雷达的探测和预报能力

      气象雷达采用先进的多波束扫描技术,空中实时探测飞机前方航路上的危险气象区域(包括雨团、雷暴、湍流等),探测飞机前下方地形,并具有预测风切变的功能。

      (2)采用空中交通警告和防撞系统(TCAS)进行空中监视

      TCAS通过监测飞机周围的空中交通状况,判断出是否具有安全威胁,并在其他飞机接近时向飞行机组提供告警信息,提供咨询报告和解决建议。系统具有广播式自动相关监视(ADS-B)功能,并具有ADS-BIN的扩展能力。

      (3)采用地形提示和告警系统(TAWS)进行地面监视

      TAWS基于飞机当前位置和航迹(基于当前飞机状态),当飞机接近地面遇有不安全地形时进行预测型警告。提供飞机下降速率过快、近地速率过大、起飞后掉高度、低于下滑道下降等警告,保证飞机在不同地形或障碍物环境下的飞行安全。

      2.控制设备研制保证等级

      设计过程依据ARP4761要求,从需求捕获到架构设计全过程开展安全性分析,确认功能的危险影响等级、失效发生概率需求、功能研制保证等级要求;将功能研制保证等级要求转化为软/硬件研制保证等级需求,并传递给供应商进行产品开发,保证设备的安全性符合飞机的安全性要求。

      3.保证网络安全

      MA700飞机支持网络化的数据交互,为保证通信链路的信息安全,增加安保设备和部署安保措施。安保架构按照硬件、软件、算法、过程和策略等部分进行设计,防止遭受外部网络的攻击。

      (二)综合化集成化,更经济

      1.采用综合化、模块化架构

      采用成熟的综合化、模块化架构,降低系统的研制成本,减少LRU数量、功耗、设备采购、备件、维护和运营成本。

      2.采用先进的导航技术

      采用先进的飞行管理系统,实现水平和垂直导航,进行性能优化,节省燃油消耗,减轻机组负担。采用先进的气象雷达,准确评估气象态势,减少恶劣气候下飞机的绕飞。支持PBN,提供高精度导航,减少绕飞和复飞。支持平视导引技术,增强飞行员情景意识,减少飞行技术误差、重着陆和擦机尾事件发生,改善飞机全天候运行能力。

      (三)多样化的客舱服务,更舒适

      为空乘提供触摸式、多窗口人机界面,方便进行客舱照明、温度调节、状态监控等操作,提高工作效率。选装吊挂式客舱娱乐设备,提供更舒适的乘坐体验。

      (四)大数据无线传输,更快捷

      在维护与运行过程中,需进行监控飞机的状态、更新飞机数据库、加载软件等工作,有大量的信息交互。MA700飞机提供信息管理系统,将飞机的飞行品质监控数据、音频数据、发动机维护数据、数据库、可加载软件进行综合,提供传统的USB、以太网、SD卡接口,并具有地面3G/4G、Wi-Fi等无线传输数据功能,为航空公司提供更快捷的数据传输能力。

      三、基于需求,采用ARP4754A研发流程

      (一)开展充分市场调研,捕获市场需求

      MA700飞机在需求捕获初期,开展了对全球超过120家航空公司和租赁公司的市场调研,充分捕获航电系统相关的市场、运营需求,同时考虑美国联邦航空局(FAA)NextGen(下一代航空运输系统)、欧洲SESAR、国际民航组织(ICAO)近20年的发展规划,在系统需求定义和架构设计时,定义了包括卫星通信系统、数据链通信系统、平视导引系统等多种选装构型,提供用户在多种运营条件下的选择配置。提供了CAT ⅢA人工进近、增强/合成视景、北斗导航、ADS-BIN等多种扩展功能,保证系统构架支持未来用户需求、运营需求的扩展。

      为了避免MA60/MA600飞机运营中出现的问题在MA700飞机设计中重演,客服部门整理了客户使用及维修要求并转化为系统功能、性能、维修性、人机界面等需求,在MA700飞机设计过程中传递和追溯。

      (二)基于ARP4754A,链接和传递需求

      航电系统作为高度复杂的系统,在MA700飞机研制过程中率先开展基于ARP4754A的设计,设计过程是基于需求的设计流程,可以用一幅“V”形图进行宏观描述。在“V”形图的左侧,自上向下,是需求的设计和传递过程,包括需求定义、功能分析、逻辑设计、物理设计,主要是将复杂系统的需求分解成分系统、子系统、部件、组件、零件的需求,分别完成对应的架构及解决方案;在“V”形图的右侧,则自下向上,是一个需求的集成验证过程,把产品从零件、组件、部件、子系统、分系统到系统进行集成、测试、验证,以检验各层级需求是否全面满足。需求的类型涵盖系统设计所涉及的功能、性能、适航、接口、维修性等多种需求。基于ARP4754A的设计方法其目标是以更小的经济成本和时间代价,确保最终交付的复杂系统尽可能更好地满足客户的复杂要求。

      (三)基于运营场景分析,捕获使用操作需求

      MA700飞机航电系统研制中,充分考虑系统各个运营场景,分析在各个飞行阶段航电系统的运营使用场景、操作任务,结合支线飞机频繁起降的特点,考虑航电系统运营过程中操作习惯、维修方案、期望的特点等方面内容,确定场景应用的目标和需求。从初步设计阶段开始邀请飞行员全程参与论证和评估,经过多轮优化设计,确定航电系统操作需求和人机界面。

      新舟700飞机采用支线飞机最先进的航电系统构架,达到国际先进水平,系统设计基于ARP4754A方法,开展运营场景分析,准确捕获客户、市场、适航、使用、操作、维护需求,为客户提供安全、可靠、低成本、具有竞争力的产品。

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