航空电子电气技术（Avionics & Aircraft Electrical Technology）, 这是一种面向飞行平台的, 电子与电气的系统, 综合的工程技术, 这个技术涵盖了, 机载设备, 的研究和设计工作, 还包括了, 电气供配电系统的设计, 信号传输和处理的环节, 以及故障检测和健康管理等环节。
它是现代飞行器实现导航, 通信, 飞控, 感知, 供电等核心功能, 所依赖的底层技术基础, 并且直接决定了飞行平台的性能边界与任务能力。
从功能这一个维度出发, 我们可以把它进行划分, 从而得到六个核心的系统部分, 它们共同构成了航空电子电气技术体系。
1. 导航系统: 包含惯性导航, 也就是INS。还包含卫星导航, 比如GPS, 还有北斗, 另外还有GLONASS。也有多普勒雷达导航。再加上天文导航。这些是为了给飞行器实时提供位置信息。同时也提供速度信息。以及姿态信息。它就是飞行制导的基准。
2. 在机内, 它是采用了ARINC 429这种总线, 还有AFDX也就是ARINC 664这条总线进行连接。至于飞机和地面之间的通信情况, 它把VHF频段信号、HF频段信号以及SATCOM卫星通信方式全部都覆盖到了。
而对于飞机与飞机之间的关系, 它是通过战术数据链, 或者是民用数据链来实现相互配合的, 这样做的好处是可以保证信息能够实时地进行交互。
3. 飞控系统还有显示系统这两个部分。电传飞控系统, 也就是缩写为FBW的那个系统。它会把飞行员驾驶杆发出的指令。转化成对飞机控制面的信号。这个控制面是用来调整飞行姿态的。
主用的和备用的飞行显示器。还有一个平视显示器, 英文缩写是HUD。这些东西一起构成了一个界面。这个界面让飞行员能够感知飞机的状态和环境信息。
4. 雷达, 还有那些感知系统的部分设备, 像什么天气雷达, 地形告面的装置, 还有毫米波雷达, 另外加上光电设备或者是红外传感器等等, 这些个东西都在一起协同着工作, 这样才能够支持到自主的感知功能, 支持躲避障碍的功能, 也支持对目标进行识别的任务。
5. 电气供配电系统, 它是由交流发电机、直流发电机、变流器、整流装置、储能电池以及配电网络构成的, 并且配合在线监控来实现电能的高效管理和故障隔离。
6. 综合航电平台, 这个平台是基于综合模块化架构来搞的, 也就是大家经常听到的IMA或者LCA这样的架构。它把导航、通信还有显示这些本来是分散的功能, 全都集成到了通用的计算机模块当中去。这样做的好处是非常明显的, 能够非常显著地降低系统的重量, 也能降低维护的成本。
航空电子电气技术的实际应用范围是广泛覆盖在了三个主要领域之中的。首先是军用航空这一方面, 战斗机、预警机、无人机以及导弹的制导系统都涉及其中, 它们的核心需求是对高抗干扰能力、隐身级别的电磁兼容性能以及电子对抗能力有着极高的要求。
其次是民用航空这一部分, 窄体和宽体客机还有通用航空器也是重要的组成部分, 在这些人造飞行器上面, 核心重点在于必须通过严格的适航认证标准、要采用极高冗余度的系统设计, 并且还要致力于让乘客的使用体验得到不断优化与提升。
空间与无人系统这一块儿方面, 比如卫星平台电子、高超声速飞行器热管理及集群无人机通信组网这些具体的场景里, 其对功耗的消耗、设备的重量指标以及抵抗极端环境的实际能力, 这些要求都变得更为严酷了。
现在这个航空电子电气技术正展现出四大特别关键的进步方向。第一个主要特点就是综合化还有模块化, 它是以ARINC 653时间触发分区操作系统为根底, 把那些不一样的功能在同样一块硬件上实现出能够确定被调度的效果。
第二个主要方向叫做智能化, 靠着AI帮助飞行做决定、预测要不要维护以及自主感知进行避障, 这些事儿正在走进验证能不能让飞机合法使用的阶段, 大概要在2028年之前的那个时间点, 才可能在飞机上有限的场合中把这些东西装上去。说第三点, 也就是轻量化还有低功耗这个方面。
碳化硅以及氮化镓这种宽禁带功率设备正在慢慢地取代传统的那些硅器件。这么一来呢, 电源转换的效率就提升了百分之十五到百分之三十的这么一个幅度。再讲那个第四点, 就是高带宽互连这个事儿。
AFDX这个, 它的速率分别是100 Mbps和1000 Mbps的这个东西，正在朝着时间敏感网络TSN的这个方向进行演变。这样做就是为了能够满足在多传感器融合以后所带来的那个数据洪流传输的一个需求。
航空电子电气技术的研发工作以及相关的适航认定流程, 是受到一套非常严格的标准体系来加以约束的, 其中那些核心的规范要求分别是指向软件开发目标的RTCA DO-178C规范, 针对的是电子硬件设计工作的DO-254规范, 专门用于机载设备环境试验方面的DO-160规范, 还有涉及到综合系统工程领域的ARP4754规范, 以及关乎信息安全保护要求的DO-326A规范。
面向2030年的那个阶段, 电动飞行、混动飞行, 还有分布式电力推进技术, 以及基于数字孪生的健康管理手段, 将会成为这个领域里核心的新增量方向。
这些方面会去推动航空电子电气技术向更高集成度的方向发展, 也会推动它向更强智能化的方向发展, 还会推动它向更优能效的方向发展。持续这么演进下去。
