学文网摘 要：大气数据系统是影响飞行安全的重要系统，系统主要由大气数据传感器及计算部分组成。本文介绍了目前市场上两款最先进大型民用飞机波音公司B787和空客公司A380大气数据传感器方案，并对两种方案进行了对比研究，分析了两套方案之间的差异以及造成这些差异的原因。最后本文对未来大型民用飞机大气数据传感器的发展趋势进行了展望。
关键词：大气数据系统 多功能探头 智能探头 全功能探头 备用仪表
中***分类号：V226 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（a）-0090-02
现代民用飞机的飞行控制系统、发动机控制系统、导航系统和显示系统等需要大气数据系统提供准确的动压、温度、高度、垂直速度、指示空速、真实空速和马赫数等信息，而上述的这些参数可通过空气总压、静压、总温计算得到；另外，飞机通常还需要测量迎角，有的飞机还需要测量侧滑角。
大气数据系统是民用飞机的关键系统，对飞机安全飞行至关重要，因此现代民用飞机都具有多套冗余备份的大气数据传感器。基于目前行业技术水平，为了保证飞行安全通常需要配置三套***的大气数据系统和一套备用大气数据。
1 B787大气数据传感器方案
B787大气数据传感器由8个大气数据模块、6个静压孔、3个全压探头、2个迎角传感器和1个总温探头组成。B787取消了传统的大气数据计算机，利用大气数据模块（ADM）将总压和静压的气动压力信号转换为数字信号经飞控作动电子发送给飞控计算机，由飞控计算机承担原大气数据计算机的软件计算任务，再由飞控计算机发出大气数据供其他系统使用，如显示系统。如***1所示。
由（***1）可知，ADM通过气动管路与全压探头和静压孔相连。其中有两个对称的静压孔气动平均后连到一个ADM，该对静压与一个全压作为备用大气数据源得到备用的空速和高度等大气数据信号，***控计算机和ADM。其余的两个全压探头和四个静压孔通过气动管路各连接到一个ADM。B787安装2个迎角传感器测量迎角信息；安装了一个双通道的总温传感器，并同时接收发动机总温信号，共6个总温输入信号。
飞行控制/作动器控制电子设备采集数字压力信号、局部迎角信号和总温信号，将信号传递给驻留在飞控计算机内大气数据应用软件，软件根据总压、静压、总温数据计算并表决得到可靠的空速、高度、马赫数等信息，提供给显示系统和飞控等用户系统。
2 A380大气数据传感器方案
A380采用了传统的传感器加大气数据计算机架构，但使用了新型多功能探头。该多功能探头可同时测量全压、迎角和总温。每套***的大气数据计算机均连接一个多功能探头、一对静压孔和一个侧滑角传感器。根据总压、静压、总温数据即可以计算出空速、高度、马赫数等信息。计算得到的大气数据通过总线发送给到其他系统。如***2所示。
A380有专门的备用仪表探头，在三套大气数据失效时向备用仪表提供压力信息，用于备用飞行显示和备用导航显示。因此A380有四套***的大气数据源。
3 两种方案的差异和原因分析
波音飞机的设计相对于空客飞机一般较为保守，倾向于使用相对传统成熟的设计方案；而空客飞机更倾向于利用最新的技术。两种机型大气数据传感器方案主要差异和原因分析有以下几点。
（1）传感器集成度不同。B787采用传统***的全压探头、静压孔、迎角风标、总温探头架构；A380采用了高度集成的多功能探头，可以利用一个探头同时测量全压、迎角和总温信号，减少了设备重量。这是因为而空客飞机更倾向于利用最新的技术，在空客系列飞机上对大气数据系统进行了持续地改进，最新研制的目前在试飞阶段的A350飞机采用了集成度更高的智能探头解决方案。而波音更多地是利用现有的成熟解决方案。
（2）大气数据系统架构不同。B787利用飞控计算机取代原大气数据计算机对所有大气数据进行计算，减少了设备，降低了系统重量；A380采用了传统的大气数据计算机架构。这是因为B787的大气数据传感器和飞控系统是同一个设备供应商，该供应商提供了集成度较高的完整解决方案；而A380的大气数据系统和飞控系统分属不同的设备供应商，因此没有提供类似的解决方案。
（3）提供的迎角和侧滑角冗余数量不同。B787提供2个***的迎角数据，不直接由传感器提供侧滑角数据；A380则提供3个***的迎角数据和3个***的侧滑角数据。这是因为B787和A380飞控系统的设计理念不同，因此对大气数据系统的信号需求也不同。B787飞控系统的功能相对传统，而A380有着复杂的迎角保护功能以及脚蹬直接控制飞机侧滑角的特性，因此A380大气数据系统需要提供更可靠的迎角数据和直接的侧滑角数据。
（4）备用仪表数据源架构不同。B787的备用仪表和大气数据系统共用全、静压传感器；A380备用仪表使用专用的探头。这是因为备用仪表需要简单直接的全、静压源，A380的多功能探头测得初始数据还需复杂的数据处理、而且多功能探头不能提供静压信号，因此需要专用的全、静压传感器。而B787使用的传统全、静压传感器无此问题，可以直接连到备用仪表。
4 大气数据传感器发展趋势
随着航空系统设计制造水平的不断提高，设备正在朝着高度集成化的方向发展。上文中的A380已经使用了多功能探头，利用一个探头同时测量全压、迎角和总温信号，可以降低制造成本、减轻设备重量，同时简化系统设计、制造和维护。并且大气数据传感器由于防冰需求需要加温，使用集成化的传感器能降低加温功耗。但是A380的多功能探头的只是将全压探头、迎角风标和总温探头集成在一个部件上，集成度较低。现在越来越多的新型号飞机，如：A350、G650、ERJ190等采用了智能探头：（Smart ProbeTM），该探头不再利用风标测量迎角，而利用压差原理在一根探管上完成总压、静压、迎角、侧滑角的测量，进一步减少了设备数量，减轻了设备重量。未来的智能探头应能进一步将总温测量集成进来，形成全功能探头方案，如***3所示。
5 结论
本文对两款大型民用飞机B787和空客A380大气数据传感器方案进行了对比研究，首先介绍了两者各自的配置和特点，对比分析了两套方案之间的差异以及采用方案的考虑因素。最后本文对未来大型民用飞机大气数据传感器的发展趋势进行了展望，在很长一段时间传统大气数据传感器和高度集成的新型传感器将在民机上使用，但随着探头研制技术和飞机集成水平的提高，高度集成化、重量轻的全功能能探头将会体现较大的优势。对于安全性要求较高，机头可用位置有限的民用飞机，全功能探头优势更为明显。因此采用全功能探头是未来民用飞机的发展趋势。
参考文献
[1] Airbus.A380 Flight Operational Manual[Z].2007.
[2] Boeing.B787 Flight Operational Manual[Z].2011.
[3] （德）鲁道夫・布鲁克豪斯.飞行控制[M].北京：国防工业出版社，1999.
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