>> 長江證券-軍工行業(yè)空天有清音第1期：大飛機航電系統(tǒng)國產(chǎn)之路探析-260301
| 上傳日期： |
2026/3/1 |
大小： |
3518KB |
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pdf 共20頁 |
來源： |
長江證券 |
| 評級： |
看好 |
作者： |
王賀嘉，王清 |
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航空電子系統(tǒng)指飛機上任何依靠電子設(shè)備來進行操作的系統(tǒng)
航空電子系統(tǒng)指飛機上任何依靠電子設(shè)備來進行操作的系統(tǒng)?，F(xiàn)代軍用或者民用飛機上的航空電子設(shè)備約占飛機總成本的30%，海上巡邏/反潛飛機的航空電子設(shè)備占飛機總成本的40%，而對于空中預警機，航電電子系統(tǒng)成本占比超過飛機總成本的75%。
大型客機航空電子系統(tǒng)通常包括：①以電傳（FBW）或光傳操縱系統(tǒng)為核心的飛行控制系統(tǒng)；②以全權(quán)限數(shù)字式電子控制系統(tǒng)（FADEC）為核心的發(fā)動機控制系統(tǒng)；③以飛行管理計算機（FMC）為核心，綜合諸多傳感器輸入，輸出控制飛控和發(fā)動機的飛行管理系統(tǒng)（FMC）。隨著微電子和綜合技術(shù)的發(fā)展，當今民用客機航空電子系統(tǒng)通常指“綜合模塊化航空電子系統(tǒng)(IMA)”。它包含有更寬的范疇，除了前述傳統(tǒng)的航空電子系統(tǒng)以外，還包含有共用系統(tǒng)（又稱機電系統(tǒng)）在內(nèi)的全飛機系統(tǒng)綜合。
在航電系統(tǒng)的所有核心子系統(tǒng)中，壁壘最高的環(huán)節(jié)公認是綜合模塊化航電架構(gòu)集成（IMAIntegration）和飛行控制系統(tǒng)（Flight Control System）。
綜合模塊化航電架構(gòu)集成對應人體“大腦的中樞神經(jīng)系統(tǒng)”
綜合模塊化航空電子系統(tǒng)(IMA)是：（1）以可進行各種處理的外場可更換模塊(LRM)及應用軟件模塊為基礎(chǔ)；（2）以進行高速通信的總線/網(wǎng)絡(luò)(A629、ASCB、A664(AFDX)等)為紐帶；（3）利用各種傳感器信息和相應的執(zhí)行機構(gòu)，完成各種功能綜合為目的的航空電子系統(tǒng)。最大特點是資源共享，即能夠共享的一組可變、可重用、可互操作的硬件和軟件資源。
IMA架構(gòu)的本質(zhì)是用一臺超級計算機跑所有的軟件，其難點在于：（1）空間和時間分區(qū)：硬件層面必須有嚴格的內(nèi)存隔離，不同軟件的地址空間不能互相侵占，需要及其復雜的MMU（內(nèi)存管理單元）設(shè)計和微妙級別的硬件監(jiān)控，多功能共享同一個處理器時，必須保障核心任務(wù)擁有絕對的確定性執(zhí)行時間；（2）網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定：傳統(tǒng)的意外亡常有延遲或者丟失，但IMA內(nèi)部不允許出現(xiàn)任何隨機問題，需引入特定網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，給每個數(shù)據(jù)包規(guī)定嚴格的路徑和時間窗口，對于硬件設(shè)計和協(xié)議棧開發(fā)提出了極高的要求；（3）適航取證極難：在IMA中，所有的功能都在一起運行，任何細微的改變都可能有蝴蝶效應，當修改非核心軟件，需正面對于核心軟件不會產(chǎn)生物理以及邏輯上的影響；（4）協(xié)同運作：IMA的軟件以及硬件可能來自于不同的供應商，若出現(xiàn)偶發(fā)性故障，定位及其困難，需要主制造商擁有極強的跨系統(tǒng)集成和故障診斷能力。整體而言，IMA的核心難點在于，運算資源共享的前提下，要提供比獨立硬件更高的安全性，同時運行效率更高；
采用IMA的必要性：傳統(tǒng)的獨立硬件聯(lián)合式架構(gòu)已經(jīng)觸及了民機物理以及經(jīng)濟的極限。（1）重量及空間優(yōu)化：傳統(tǒng)的聯(lián)合式架構(gòu)，每增加一個功能，就需要額外增加一個外場可更換單元（Line Replaceable Unite, LRU），每個LRU都需要專用的供電線、信號線和安裝架，會擠壓客艙以及貨艙空間，以及造成重量持續(xù)增加，通過采用IMA，硬件數(shù)量可減少30-40%，對于飛機空間以及重量都有顯著改善；（2）算力資源的充分利用：傳統(tǒng)LRU，例如負責起落架控制的LRU，只在飛機起降才會運行，平飛過程其CPU閑置率99%，IMA可通過分區(qū)技術(shù)，共享算力提升整體的算力利用率；（3）傳統(tǒng)LRU定制化屬性強，維護成本高，替換成外場可更換模塊（Line Replaced Module, LRM）后，可實現(xiàn)系統(tǒng)模塊的物理綜合，插在通用機架，維護成本大幅降低；（4）數(shù)據(jù)高速共享：傳統(tǒng)架構(gòu)通過總線傳輸效率低下，采用IMA高速交換數(shù)據(jù)；（5）可拓展性：新增功能不需要額外增加物理硬件，上傳到新的軟件分區(qū)即可，提高飛機服役壽命。采用IMA架構(gòu)后，航電系統(tǒng)體積可減少50%、重量減少到接近30%、電源功耗減到大約16%、可靠性改進20多倍。
IMA全球第一梯隊：國際航電四巨頭。美國GEAerospace是全球IMA技術(shù)先驅(qū)，波音787的IMA就是由其研發(fā)；法國Thales是歐洲IMA技術(shù)霸主，定義了空客的集成標準；美國Honeywell是IMA硬件模塊和高可靠軟件的頂級供應商；美國Collins Aerospace在IMA的顯示管理和通信集成具備壟斷性優(yōu)勢；
飛行控制系統(tǒng)對應人體“小腦的平衡功能”
飛控系統(tǒng)的靈魂在于軟件算法：控制律（Control Law）?？刂坡杀碚髁丝刂葡到y(tǒng)中執(zhí)行機構(gòu)的輸出量與各控制信號間的函數(shù)關(guān)系，也就是飛機操縱面偏轉(zhuǎn)量與各控制信號間的函數(shù)關(guān)系，它與改進飛機穩(wěn)定性和操縱性密切相關(guān)，是實現(xiàn)電傳操縱系統(tǒng)控制功能最直接、最重要的關(guān)鍵技術(shù)之一。自動控制信號與飛機的位置、速度、加速度信號經(jīng)控制律綜合計算，生成伺服作動器的控制指令，由舵機驅(qū)動飛行操縱面，實現(xiàn)相應的自動飛行控制功能。
控制律算法是全球最安全的算法，是確定性算法的巔峰，其需要把上萬種可能的危險情況（單發(fā)失效、極端側(cè)風、傳感器結(jié)冰等）預留在邏輯分支中并安全應對。在算法領(lǐng)域，基本只有高超聲速飛行控制算法、火箭垂直回收算法、L4/L5級別全自
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