面向民機總裝的液壓能源信號模擬器開發與驗證技術研究

李徐輝 楊達勇 童 彥 聶松亮 焦 陽

(上海飛機制造有限公司 上海 201324)

0 引 言

我國民用飛機總裝自動化、集成化、智能化測試技術研究尚處于起步階段，各項技術的研究正在不斷地深入完善。飛機液壓系統是飛機上以油液為工作介質，靠油壓驅動執行機構完成特定操縱動作的整套裝置，主要用于飛行控制、起落架等機電系統，其功能的可靠性嚴重影響飛行安全。目前液壓系統的總裝功能測試必須在航電系統正常工作情況下開展(因液壓與航電存在交互信號)，若測試過程中出現故障，無法排除是航電系統還是液壓系統故障，難以進行故障定位和故障隔離，會造成總裝測試效率低下、排故困難的現狀。

近年來，國內外研究人員對飛機液壓系統開展了大量的研究，主要集中在液壓系統的故障診斷方面[2-4]。張莉等[5]提出了一種基于AHP故障樹下的飛機液壓系統故障分析方法，為主觀故障診斷提供參考。樊慶和等[6]在研究中提出直讀式鐵譜儀和分析式鐵譜儀兩種方法，對飛機液壓系統進行故障診斷研究，可判斷液壓系統主要部件液壓泵的磨損情況。研究表明儀表、設備診斷法對早期故障的排除或故障的預防具有重要意義。竇丹丹等[7]基于信息熵特征權值分配和支持向量機(SVM)多分類的故障診斷方法，通過提取飛機液壓系統壓力信號的統計特征并建立SVM多分類器，對正常狀態與多種故障狀態進行分類，不僅有效降低了支持向量機模型的計算復雜度,還提高了分類精度。此外，李耀華等[8]采用熵權ABC-BP神經網絡的故障診斷模型對液壓系統進行故障診斷，為飛機液壓系統的故障診斷提供一種新思路。綜上可知，目前研究主要圍繞液壓系統的故障診斷方法進行開展，而對飛機液壓系統的功能測試方法研究相對較少。

因此，為了解決當前液壓系統測試過程效率較低的問題，有必要設計飛機液壓能源信號模擬器?；诳刂茊卧目刂七壿媽Ω鞣N激勵信號進行模擬，通過控制液壓能源系統相關執行機構如泵類、閥類等，以驗證各功能部件是否工作正常，進而在航電系統非工作狀態下，實現對液壓能源系統的功能測試。

本文首先基于Visual Studio 2010軟件平臺，運用ARINC429、離散量、模擬量等信號板卡開發了液壓能源系統信號模擬器。其次，通過建立液壓能源系統控制與執行機構仿真模型，搭建了功能測試與模擬平臺，從而實現對功能測試所需離散量、模擬量及總線接口信號接收、顯示。最后，基于硬件在環測試平臺，對液壓能源信號模擬器的有效性、準確性進行驗證。該地面信號模擬器構建工作穩定、性能良好且可滿足液壓能源系統功能測試，對提高飛機液壓系統功能測試效率有重要理論價值。

1 系統工作原理

1.1 ICD文件管理

對于總線來說，任何數據被采集時都是沒有物理意義的源數據，只有把源數據根據一定的預設規則進行解析后，源數據才會變成最終有意義的物理數據。而這一切規則的定義文件就是ICD文件。

一個ICD文件描述了飛機所有液壓起落架設備運行的應用的參數信息。對于每個描述的參數，ICD文件對其特性的描述都是完備的，至少包括的信息有：屬于哪個設備、屬于哪個應用、屬于哪個總線、運行的物理總線類型、特性值(如最小值、最大值、范圍、單位)等信息。通過將ICD文件導入軟件數據庫，從而可以在測試時將ICD文件與總線數據相關聯，將原始數據解析成物理數據。本文先接收數據，通過ICD文件定位到label號里的數據位，然后將相關數據解析成相應的物理意義，例如飛機速度、輔助能源裝置開關、輪載和襟翼手柄。

測試軟件預設了以下幾種解析規則用于解析一些常見數據，如表1所示。

表1 解析規則

總裝功能測試平臺架構中最重要的環節之一就是對復雜的設備、分系統、系統間的接口控制描述文件(即ICD文件)進行管理，其可支持的接口類型包括總線類型和非總線類型?？偩€類型：ARINC429，ARINC664(AFDX)，CAN，RS232，RS485等；非總線類型：模擬信號，離散信號，開關信號，脈沖信號等。本文所用到的接口類型有ARINC429、模擬信號、離散信號。

1.2 系統設計原理

本文建立的飛機液壓能源系統功能測試系統為半實物仿真平臺，由硬件和軟件兩部分構成?；谟布O備實現各類輸入信號與輸出信號的模擬，基于軟件平臺實現對信號的處理及顯示。飛機起落架系統、飛控系統一般采用ARINC429信號完成通信。因此，為了使信號模擬系統可直接與液壓能源系統控制器實物連接并實現通信，本文采用ARINC429接口板卡進行數據通信。測試過程中，采用AIT公司的PXI-C429航空總線板卡，其具有16個發送通道、16個接收通道，共32通道。此外，選用PXI機箱、PXI-8115控制器、DAQ PXI-6230等硬件設備，并基于Visual Studio 2010平臺進行軟件編程。

液壓能源系統的測試可通過對各個閥門的控制間接完成，因此，本文對液壓能源系統中7個閥門進行信息輸入和處理，閥門的開斷狀態可通過顯控平臺觀察[9]。同時將控制信號輸出給控制開關(代替閥門)，閥門開通時，控制開關導通，本文將控制開關用在實驗中代替閥門，能更加直觀地觀察實驗現象。閥門的內在控制邏輯判斷由軟件編程來實現。

利用液壓能源信號模擬器驗證平臺代替在開展液壓能源系統總裝地面功能試驗時飛機駕駛艙、航電部分及部分閥，可以實現在試驗室狀態下開展信號模擬器的驗證工作，提前識別信號模擬器信號的正確性。圖1為硬件在環液壓能源信號模擬器驗證架構。

圖1 民機液壓能源系統測試控制邏輯框圖

2 系統功能測試實現

信號模擬系統可為飛機液壓能源系統功能測試提供多種信號輸入，其系統框架如圖2所示。

圖2 信號模擬器系統框圖

信號模擬系統的軟件設計方面主要包含兩部分：(1) 429信號發送模塊；(2) 429信號接收模塊，同時完成相應的信號處理及顯示功能等。

2.1 信號發送模塊設計

信號模擬系統信號發送過程如圖3所示。測試系統根據要求在顯控界面輸入對應參數的數值，并點擊開始。發送信號時，通過調用數據庫實現對待發送數據的配置?；贏RINC429總線協議，通過編程實現信號的轉化，并將429數據包發送至目標機[10]。

圖3 總線信號發送流程圖

2.2 信號接收模塊設計

信號模擬系統接收信號的流程如圖4所示。系統接收信號過程，首先對接收信號進行奇偶檢驗并解析成相應的Label、SDI、Data和SSM。其次，通過將解析結果與相應的429協議進行匹配，實現將接收32位數據包解析為實際物理意義信號。最終，通過將此信號輸入至液壓能源系統，判斷是否滿足閥門導通條件并通過顯控平臺上顯示。測試完成后，點擊停止按鈕，停止接收信號和顯示。

圖4 總線信號接收流程圖

3 試驗驗證

3.1 測試系統

某型飛機液壓能源系統總裝功能試驗測試系統如圖5所示。在該測試系統中，將液壓能源信號模擬器接入液壓邏輯控制單元，通過模擬試驗過程中所需的WOW、RAT、襟/縫翼、FADEC等激勵信號，實現功能試驗的前期調試、試驗支持及過程排故，提高試驗質量及效率。

圖5 液壓系統總裝功能試驗測試系統示意圖

3.2 試驗過程

根據液壓能源系統總裝功能試驗中ACMP1B、ACMP2B、PUV3B、PUV3A、ACMP3A、ACMP3B、PTU共7個閥門的測試需求，操作人員在信號模擬器主控界面上完成ARINC429、離散量、模擬量的信號配置及信號加載，實現物理信號的輸出并注入至液壓邏輯控制單元進行解算。信號配置加載界面如圖6所示，信號流及邏輯解析界面如圖7所示。

圖6 信號配置加載界面

圖7 信號流及邏輯解析界面

通過邏輯解算，得到控制ACMP1B、ACMP2B、PUV3B、PUV3A、ACMP3A、ACMP3B、PTU共7個閥門的開關信號，實現相應閥門的開啟，并通過駕駛艙液壓簡圖頁顯示閥門狀態。

3.3 試驗結果

驗證結果表明，信號模擬器工作穩定、性能良好，能滿足液壓能源系統功能試驗所需的離散量、模擬量及總線信號的激勵需求，實現測試效率的提升。以液壓能源系統ACMP1B試驗為例，結果如表2所示。

表2 ACMP1B功能試驗分析

3.4 試驗推廣

本文設計的信號模擬器具有通用性、可擴展性，能夠基于ICD文件及功能試驗具體需求加載產生飛機常見類型的總線信號，因此可推廣至起落架、飛控系統等其他系統的功能測試中,如表3所示。

表3 試驗推廣

4 結 語

在飛機地面功能測試中，通過對飛機液壓能源系統能源模擬器的搭建?？傻玫饺缦陆Y論：

(1) 當前對民機液壓能源系統進行功能測試時，需將相關聯的各系統配合工作以完成測試，即需要將多個系統同時開啟。針對液壓系統測試成本高、效率低的特點，本文所研制的地面信號模擬器通過對飛控、起落架和壓力開關等總線或離散量信號的模擬，從而替代相關聯系統。通過直接為被測液壓能源系統提供信號，達到節約測試成本、提高測試效率的目的。

(2) 基于信號模擬器開展總裝地面功能試驗的測試方式可推廣到其他系統功能測試中，比如起落架、飛控系統等功能測試。