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>> 长江证券-军工行业空天有清音第1期:大飞机航电系统国产之路探析-260301
上传日期:   2026/3/1 大小:   3518KB
格式:   pdf  共20页 来源:   长江证券
评级:   看好 作者:   王贺嘉,王清
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航空电子系统指飞机上任何依靠电子设备来进行操作的系统
  航空电子系统指飞机上任何依靠电子设备来进行操作的系统。现代军用或者民用飞机上的航空电子设备约占飞机总成本的30%,海上巡逻/反潜飞机的航空电子设备占飞机总成本的40%,而对于空中预警机,航电电子系统成本占比超过飞机总成本的75%。
  大型客机航空电子系统通常包括:①以电传(FBW)或光传操纵系统为核心的飞行控制系统;②以全权限数字式电子控制系统(FADEC)为核心的发动机控制系统;③以飞行管理计算机(FMC)为核心,综合诸多传感器输入,输出控制飞控和发动机的飞行管理系统(FMC)。随着微电子和综合技术的发展,当今民用客机航空电子系统通常指“综合模块化航空电子系统(IMA)”。它包含有更宽的范畴,除了前述传统的航空电子系统以外,还包含有共用系统(又称机电系统)在内的全飞机系统综合。
  在航电系统的所有核心子系统中,壁垒最高的环节公认是综合模块化航电架构集成(IMAIntegration)和飞行控制系统(Flight Control System)。
  综合模块化航电架构集成对应人体“大脑的中枢神经系统”
  综合模块化航空电子系统(IMA)是:(1)以可进行各种处理的外场可更换模块(LRM)及应用软件模块为基础;(2)以进行高速通信的总线/网络(A629、ASCB、A664(AFDX)等)为纽带;(3)利用各种传感器信息和相应的执行机构,完成各种功能综合为目的的航空电子系统。最大特点是资源共享,即能够共享的一组可变、可重用、可互操作的硬件和软件资源。
   IMA架构的本质是用一台超级计算机跑所有的软件,其难点在于:(1)空间和时间分区:硬件层面必须有严格的内存隔离,不同软件的地址空间不能互相侵占,需要及其复杂的MMU(内存管理单元)设计和微妙级别的硬件监控,多功能共享同一个处理器时,必须保障核心任务拥有绝对的确定性执行时间;(2)网络的稳定:传统的意外亡常有延迟或者丢失,但IMA内部不允许出现任何随机问题,需引入特定网络协议,给每个数据包规定严格的路径和时间窗口,对于硬件设计和协议栈开发提出了极高的要求;(3)适航取证极难:在IMA中,所有的功能都在一起运行,任何细微的改变都可能有蝴蝶效应,当修改非核心软件,需正面对于核心软件不会产生物理以及逻辑上的影响;(4)协同运作:IMA的软件以及硬件可能来自于不同的供应商,若出现偶发性故障,定位及其困难,需要主制造商拥有极强的跨系统集成和故障诊断能力。整体而言,IMA的核心难点在于,运算资源共享的前提下,要提供比独立硬件更高的安全性,同时运行效率更高;
  采用IMA的必要性:传统的独立硬件联合式架构已经触及了民机物理以及经济的极限。(1)重量及空间优化:传统的联合式架构,每增加一个功能,就需要额外增加一个外场可更换单元(Line Replaceable Unite, LRU),每个LRU都需要专用的供电线、信号线和安装架,会挤压客舱以及货舱空间,以及造成重量持续增加,通过采用IMA,硬件数量可减少30-40%,对于飞机空间以及重量都有显著改善;(2)算力资源的充分利用:传统LRU,例如负责起落架控制的LRU,只在飞机起降才会运行,平飞过程其CPU闲置率99%,IMA可通过分区技术,共享算力提升整体的算力利用率;(3)传统LRU定制化属性强,维护成本高,替换成外场可更换模块(Line Replaced Module, LRM)后,可实现系统模块的物理综合,插在通用机架,维护成本大幅降低;(4)数据高速共享:传统架构通过总线传输效率低下,采用IMA高速交换数据;(5)可拓展性:新增功能不需要额外增加物理硬件,上传到新的软件分区即可,提高飞机服役寿命。采用IMA架构后,航电系统体积可减少50%、重量减少到接近30%、电源功耗减到大约16%、可靠性改进20多倍。
   IMA全球第一梯队:国际航电四巨头。美国GEAerospace是全球IMA技术先驱,波音787的IMA就是由其研发;法国Thales是欧洲IMA技术霸主,定义了空客的集成标准;美国Honeywell是IMA硬件模块和高可靠软件的顶级供应商;美国Collins Aerospace在IMA的显示管理和通信集成具备垄断性优势;
  飞行控制系统对应人体“小脑的平衡功能”
  飞控系统的灵魂在于软件算法:控制律(Control Law)。控制律表征了控制系统中执行机构的输出量与各控制信号间的函数关系,也就是飞机操纵面偏转量与各控制信号间的函数关系,它与改进飞机稳定性和操纵性密切相关,是实现电传操纵系统控制功能最直接、最重要的关键技术之一。自动控制信号与飞机的位置、速度、加速度信号经控制律综合计算,生成伺服作动器的控制指令,由舵机驱动飞行操纵面,实现相应的自动飞行控制功能。
  控制律算法是全球最安全的算法,是确定性算法的巅峰,其需要把上万种可能的危险情况(单发失效、极端侧风、传感器结冰等)预留在逻辑分支中并安全应对。在算法领域,基本只有高超声速飞行控制算法、火箭垂直回收算法、L4/L5级别全自
 
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