谈飞机机电管控下的水系统仿真

人机数据交互接口能够保证在仿真进行时，操作员的控制命令能够通过界面按钮、旋钮等操作装置输入到机电综合管理仿真平台，操控系统的运行。另外还可实现对机电综合管理仿真平台的初始运行条件和运行参数的设置，运行结束后对实验数据结果进行保存及数据分析等操作。多系统同步状态显示模块能够实现对液压、燃油、水废水系统当前时刻运行状况和飞机飞行各阶段的数据进行实时同步显示，实现对飞机的飞行状态和交互任务执行结果的可视化显示。机电仿真子系统：机电仿真子系统主要用于完成公共设备子系统的受控运行、子系统特征参数的产生与修改、子系统仿真结果的存储等功能。通讯平台：机电综合管理全数字分布式仿真平台的信息传输采用ARINC429网络通讯总线实现。各分系统及处理机均直接连接在通讯总线上，各分系统之间可以直接通讯。每个节点都通过共享内存跟总线通讯进行数据交互。

水系统模型设计

水系统的控制及显示面板主要包括水系统界面控制板和水服务板。水系统界面控制板是维修及地面服务人员对水系统进行操纵的控制界面，包括水箱加水及排放控制以及系统状态显示。水服务板位于前登机门服务员座椅上方，能给出当前水箱的水量信息和系统故障信息。水系统设计需求依据机电综合管理仿真平台的总体设计方案，水系统设计需要完成以下工作：（1）建立运行于水系统仿真计算机上的水系统模型，实现水系统的主要功能，同时提供仿真管理计算机和机电综合管理计算机需要的控制显示接口。（2）建立运行于机电综合管理计算机上的水系统机电管理子模块，实现水系统的自动控制功能。（3）建立运行于仿真管理综合显示计算机上的水系统控制和显示子界面，用于控制和显示水系统工作状态。模型可以划分为水箱组件、厕所用水组件、盥洗室用水组件、机外排放组件和废水箱组件，组件与组件之间根据上下游流动关系和接口类型连接成完整的回路。下面分别介绍系统模型主体组件的设计。水箱组件水箱组件的功能是储藏饮用水，提供各类水服务接口。水箱组件上有系统加水接头、水箱供水连接接头、水箱排水接头、水位传感器接口，可以以Simscape中的Reservoir模块为基础进行搭建，水箱的容积和内部压力等参数可以在Reservoir中设置；加水接口和排水接口作为控制输入信号，可以接收来自机电综合管理计算机的控制信号，做出相应的水箱加／排水相应，HR模块充当地面供排水装置；供水接口外接管道和厕所组件及盥洗室组件相连；PS2S模块将Reservoir的物理体积信号转换成仿真体积信号送至水位传感器处理，液位判定模块采用体积－液位查表法确定水箱液位。废水箱组件废水箱组件主要负责收集马桶废水，模型如图4所示，马桶废水直接通过管道由废水收集口进入废水箱；体积探针探测废水体积，给出废水箱空和废水箱满信号；废水箱排污控制接口接收排污控制信号。盥洗室和厕所组件厕所用水组件和盥洗室用水组件原理一致，我们以厕所用水组件为例。其模型如图5所示。入水口接饮用水箱，为厕所提供冲洗用水；出水口连接废水箱，用于排放污水；用水开关控制入水口和出水口间的水流通断；隔离阀开关可以强制关断水流通道，可用于处理用水开关故障。水机电综合管理模块设计水系统机电综合管理模块的主要功能是接受来自仿真计算机的控制指令和来自水系统模型的状态信息，结合指令和状态信息，通过逻辑处理向水功能模块发送最终命令。本模块模型如图6所示，主要包括5个逻辑子块，分别完成厕所用水逻辑处理、盥洗室用水逻辑处理，水箱排水逻辑处理、水箱加水指令逻辑处理和废水箱排水逻辑处理功能。下面对水箱加水指令逻辑处理子块展开分析，模型如图7所示，加水信号FILL＿Full、FILL＿3／4、FILL＿1／2、FILL＿1／4和飞机准备状态FIGHT＿READY联合控制设定加水量，当设定加水量相应的液面信号变为True时，关闭加水阀。水系统控制和显示界面设计水系统控制和显示界面运行在仿真计算机上，用于模拟驾驶舱的控制命令和显示水系统工作状态，界面布局如图8所示。左侧为水系统服务板，可以显示水箱水量，给出水箱和废水箱报警信息；右侧为水系统界面控制板，旋钮开关的8个档位能实现8个不同的控制命令。2．6水系统模型与外界的数据交互水系统模型与外界的数据交互如图9所示，将水系统的各模型封装为一个一级子系统，并连接由C语言S函数编写的输入和输出模块［14－15］。外部程序创建共享内存，周期性的从ARIC429通讯总线中获取水系统所需数据更新共享内存，水系统模型的输入模块访问共享内存，获取所需数据，控制模型运行，输出模块则将模型仿真结果写入共享内存，交由外部程序转发给通讯总线。为了避免外部程序与模型对共享内存的访问冲突，为外部程序增加了读写操作保护功能。采用事件技术保证在一个仿真步长内，外部程序与模型是互斥运行的，即在程序写入操作完成之前，模型不会访问共享内存，反之亦然。当程序启动之后，共享内存即被创建。

仿真验证与测试

（1）在起飞准备阶段，仿真管理系统下达加水指令，水系统响应指令，其水箱水量增加，机电管理系统实时对比当前水箱水量和给定加水量，当两者一致时，切断加水通道，水箱水量保持恒定；（2）在飞行阶段，仿真管理系统下达厕所用水指令，水系统响应指令，其水箱水量减少，污水通过管道流进废水箱，废水箱水量增加，关闭厕所用水指令时，水箱和废水箱水量停止变化，仿真管理系统下达盥洗室用水指令，水箱水量减少，灰水通过机外排放装置排入大气，故废水箱水量并不增加；（3）飞行着陆后，仿真管理系统输出水箱排水指令和废水箱排污指令，水系统的水箱和废水箱水量都减少到零。仿真结果验证了所建飞机水系统功能模型和机电管理逻辑模块与真实水系统一致，能实现水箱的加／排水、厕所用水、盥洗室用水、废水箱排水等功能；同时验证了机电综合管理仿真平台的有效性。

作者：肖佳 杨波 王云路 单位：北京航空航天大学