王卉

【摘 要】飛機(jī)燃油系統(tǒng)需要接收其他系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)完成系統(tǒng)的某些功能，而機(jī)上系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)通常都是多路的，因此燃油系統(tǒng)會(huì)接收到來(lái)自不同源端發(fā)出的同一個(gè)信號(hào)。在這種情況下，燃油系統(tǒng)需要選擇使用哪個(gè)源的信號(hào)。本文介紹了常見(jiàn)的進(jìn)行源選擇的方法，并且分析了應(yīng)用各類(lèi)方法之后可以達(dá)到的指標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】燃油系統(tǒng)；輸入信號(hào)；源端；選擇

【Abstract】Aircraft fuel system needs to receive the signals from other system to complete its own functions，but the systems on aircraft usually send multiple channels for one signal，so fuel system receives the same signal from different sources.In that case，fuel system should determine which source to be used.It introduces the common source selection methods，and analysis the index it can achieve when the method is utilized.

【Key words】Fuel system；Input signal；Source；Selection

1 對(duì)輸入信號(hào)的要求

飛機(jī)燃油系統(tǒng)需要接收外部系統(tǒng)輸入的信號(hào)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自身的功能，因此就需要明確對(duì)外部輸入信號(hào)的要求。

根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)，一般只有兩種失效模式：丟失，錯(cuò)誤。丟失就是指源端發(fā)出的信號(hào)沒(méi)有傳輸?shù)侥康亩?。錯(cuò)誤是指目的端收到的信號(hào)與源端發(fā)出的信號(hào)不一致。也就是說(shuō)需要明確對(duì)信號(hào)喪失的概率和錯(cuò)誤的概率的要求分別是多少。

通常情況下，在系統(tǒng)級(jí)定義的是信號(hào)的可用性和正確性，也就是信號(hào)喪失和錯(cuò)誤的概率不應(yīng)大于某個(gè)值。

2 確定對(duì)輸入信號(hào)要求的方法

由于燃油系統(tǒng)需要接收外部輸入信號(hào)完成系統(tǒng)功能，因此應(yīng)通過(guò)系統(tǒng)安全性分析，分別確定輸入信號(hào)丟失和錯(cuò)誤對(duì)系統(tǒng)功能的影響，從而確定對(duì)輸入信號(hào)的要求。

在最開(kāi)始進(jìn)行安全性分析時(shí)很難分解到每個(gè)信號(hào)，因此，可以采用一種逆推的方法。即首先確定丟失某個(gè)信號(hào)會(huì)或接收到錯(cuò)誤的信號(hào)引起的最嚴(yán)重的失效狀態(tài)，然后直接定位到這個(gè)失效狀態(tài)，正向分析，確認(rèn)之前的安全性分析在哪個(gè)步驟有缺失，進(jìn)行補(bǔ)充完善，最終得到對(duì)這個(gè)信號(hào)丟失/錯(cuò)誤的概率要求。

3 要求多個(gè)源輸入的原因

通常，信號(hào)的源端應(yīng)提供信號(hào)可以達(dá)到的可用性和完整性指標(biāo)，燃油系統(tǒng)在獲取這些指標(biāo)之后，與安全性分析的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，確定是否可以滿(mǎn)足要求。如果源端系統(tǒng)可以達(dá)到的指標(biāo)低于燃油系統(tǒng)的要求，此時(shí)就需要通過(guò)一些方法來(lái)提高輸入信號(hào)對(duì)燃油系統(tǒng)的可用性和正確性。

此外，考慮到單點(diǎn)故障的影響，即使源端輸出的信號(hào)可以滿(mǎn)足燃油系統(tǒng)的要求，燃油系統(tǒng)也會(huì)提出備份的要求，即同一個(gè)信號(hào)至少需要兩路不同的源端輸入。這里的源端可以是不同的設(shè)備，也可以是同一個(gè)設(shè)備的不同通道。這樣就可以保證在一個(gè)源喪失的情況下，燃油系統(tǒng)仍然可以接收到另外一個(gè)源發(fā)出的信號(hào)。

基于上述兩個(gè)原因，燃油系統(tǒng)的輸入信號(hào)通常都有多個(gè)源。

4 常見(jiàn)的源選擇方法

當(dāng)燃油系統(tǒng)接收到多個(gè)源發(fā)出的同一個(gè)信號(hào)時(shí)，就需要確定如何使用這些信號(hào)，即源選擇的方法。最常見(jiàn)的有以下幾種方法：

1）順序優(yōu)先級(jí)

燃油系統(tǒng)確定各個(gè)源發(fā)出的信號(hào)的優(yōu)先級(jí)，在接收到不同源發(fā)出的同一個(gè)信號(hào)時(shí)，按照優(yōu)先級(jí)確定使用哪個(gè)源。例如，優(yōu)先級(jí)：設(shè)備1>設(shè)備2>設(shè)備3。那么當(dāng)燃油系統(tǒng)同時(shí)接收到這3個(gè)設(shè)備發(fā)過(guò)來(lái)的同一個(gè)信號(hào)時(shí)，優(yōu)先使用設(shè)備1的信號(hào)，設(shè)備2次之，當(dāng)設(shè)備1和2的信號(hào)都丟失或無(wú)效時(shí)，使用設(shè)備3發(fā)出的信號(hào)。

這種方法最簡(jiǎn)單，可以提高輸入信號(hào)對(duì)燃油系統(tǒng)的可用性。

2）對(duì)比

燃油系統(tǒng)在接收到輸入信號(hào)之后，先對(duì)比各個(gè)源發(fā)出的信號(hào)是否相同，如果相同，就是用這個(gè)信號(hào)；如果不同，就直接丟棄。

3）“與”邏輯

燃油系統(tǒng)接收到多個(gè)源發(fā)出的信號(hào)之后，做“與”邏輯，只有當(dāng)所有輸入信號(hào)均為“TRUE”時(shí)，才使用這個(gè)信號(hào)。

4）“或”邏輯

燃油系統(tǒng)接收到多個(gè)源發(fā)出的信號(hào)之后，做“或”邏輯，只要有一個(gè)所有輸入信號(hào)均為“TRUE”，就可使用這個(gè)信號(hào)。

5）表決

燃油系統(tǒng)接收到輸入信號(hào)之后，先對(duì)各個(gè)源發(fā)出的信號(hào)做對(duì)比。如果源端的數(shù)量為偶數(shù)，那么其方法和“對(duì)比”相同；如果源端的數(shù)量為奇數(shù)，那么選擇相同數(shù)量較多的那個(gè)值。

5 信號(hào)可用性和正確性的分析

為了便于分析，假設(shè)燃油系統(tǒng)需要接收的信號(hào)為ARINC429信號(hào)，Label號(hào)為120。源端有3個(gè)設(shè)備，分別為L(zhǎng)RU1，LRU2和LRU3，同時(shí)發(fā)出信號(hào)L20，在正常情況下3個(gè)設(shè)備發(fā)出的L120相同，只有SDI不同。L120的值只有兩種：“TRUE”和“FALSE”。每個(gè)設(shè)備輸出信號(hào)的丟失的概率和錯(cuò)誤的概率如表1所示。

表1 各個(gè)設(shè)備輸出信號(hào)的丟失的概率和錯(cuò)誤的概率

燃油系統(tǒng)可選擇全部接收這3個(gè)設(shè)備輸出的信號(hào)，也可以選擇其中任意1個(gè)或2個(gè)。

5.1 順序優(yōu)先級(jí)

5.1.1 可用性

假設(shè)系統(tǒng)默認(rèn)的優(yōu)先級(jí)為L(zhǎng)RU1>LRU2>LRU3，那么此時(shí)對(duì)于燃油系統(tǒng)，L120信號(hào)丟失即3個(gè)源發(fā)出的信號(hào)全部丟失，其概率為A1*A2*A3。所以，對(duì)應(yīng)的信號(hào)可用性為（1-A1*A2*A3）。

5.1.2 正確性

由于順序優(yōu)先級(jí)并不對(duì)多個(gè)源發(fā)過(guò)來(lái)的信號(hào)做對(duì)比，而是直接使用，因此，信號(hào)的正確性和源端一致。

5.2 對(duì)比

5.2.1 可用性

假設(shè)燃油系統(tǒng)只接收LRU1和LRU2發(fā)出的信號(hào)，然后對(duì)比這兩個(gè)源發(fā)出的L120是否相同，只在相同的情況下使用這個(gè)信號(hào)。這種對(duì)比是基于燃油系統(tǒng)接收到兩個(gè)L120之后開(kāi)展的，因此，這個(gè)信號(hào)的可用性應(yīng)該是圖1中的陰影部分。

圖1 “對(duì)比”之后的可用性

在圖1中：

1）兩個(gè)L120信號(hào)不同的情況可包括兩種：LRU1正確，或者LRU2正確，其概率為（1-B1）*B2+B1*（1-B2）。

2）收到兩個(gè)L120的概率為（1-A1）*（1-A2）

因此，最后L120對(duì)于燃油系統(tǒng)的可用性為（1-A1）*（1-A2）-[（1-B1）*B2+B1*（1-B2）]。

5.2.2 正確性

“對(duì)比”之后使用的信號(hào)的正確性應(yīng)為：LUR1和LUR2發(fā)出的信號(hào)均正確，因此概率為（1-B1）*（1-B2）。

5.3 “與”邏輯

5.3.1 可用性

根據(jù)“與”邏輯的要求，燃油系統(tǒng)在接收到3個(gè)L120之后做“與”邏輯，只有在3個(gè)輸入都為“TRUE”的情況下，結(jié)果才為“TRUE”，此時(shí)才可以使用這個(gè)信號(hào)。這種情況就是圖2中的陰影部分。

圖2 “與”邏輯的可用性

假設(shè)3個(gè)設(shè)備在正常情況下均應(yīng)輸出“TRUE”，那么3個(gè)設(shè)備均輸出“TRUE”的概率為（1-B1）*（1-B2）*（1-B3），所以此時(shí)，3個(gè)設(shè)備輸出不全為“TRUE”的概率就是1-（1-B1）*（1-B2）*（1-B3）。因此，圖2的陰影部分的概率應(yīng)為（1-A1）*（1-A2）*（1-A3）-[1-（1-B1）*（1-B2）*（1-B3）]。

5.3.2 正確性

“與”邏輯之后的L120的正確性應(yīng)為：3個(gè)L120均正確，因此其概率為（1-B1）*（1-B2）*（1-B3）。

5.4 “或”邏輯

5.4.1 可用性

根據(jù)“或”邏輯的要求，只要有一個(gè)輸入信號(hào)為“TRUE”，就可以使用這個(gè)信號(hào)。即圖3中的陰影部分。

圖3 “或”邏輯的可用性

假設(shè)正常情況下，3個(gè)設(shè)備輸出的L120均應(yīng)該為“TRUE”。圖3中所示的“3個(gè)L120全都不是TRUE”的情況即是3個(gè)設(shè)備的輸出全錯(cuò)：B1*B2*B3。

最終，信號(hào)的可用性為（1-A1）*（1-A2）*（1-A3）- B1*B2*B3。

5.4.2 正確性

對(duì)于“或”邏輯而言，只要有1個(gè)源發(fā)出的信號(hào)是正確的，燃油系統(tǒng)就認(rèn)為這個(gè)信號(hào)是正確的，那么它的概率就應(yīng)該是（1-3個(gè)源全都不正確），即1- B1*B2*B3。

5.5 表決

5.5.1 可用性

根據(jù)“表決”的原則，3個(gè)設(shè)備輸出的L120中，至少有2個(gè)相同，那么燃油系統(tǒng)就選擇這個(gè)相同的值作為輸入。也就是說(shuō)，燃油系統(tǒng)在接收到3個(gè)L120的基礎(chǔ)上，選擇其中至少2個(gè)或2個(gè)以上相同的L120的值。

因?yàn)長(zhǎng)120的值只有“TRUE”和“FALSE”兩種，所以3個(gè)L120信號(hào)必定滿(mǎn)足“至少2個(gè)或2個(gè)以上相同”。也就是說(shuō)，只要燃油系統(tǒng)接收到了3個(gè)L120，那么這個(gè)信號(hào)就是可用的。所以，它的概率為（1-A1）*（1-A2）*（1-A3）。

5.5.2 正確性

燃油系統(tǒng)接收到的3個(gè)L120中，至少有2個(gè)信號(hào)值相同，那么有如表2所示的幾種情況。

表2 至少有2個(gè)信號(hào)值相同的情況

所以，此時(shí)L120表決之后的正確性應(yīng)該為表2中的6個(gè)概率之和。

6 結(jié)論

通過(guò)上述分析可知，采用不同的源選擇的方法，會(huì)影響最終使用的輸入信號(hào)的可用性和正確性。各種方法的特點(diǎn)如下：

1）順序源選擇

如果對(duì)信號(hào)的正確性要求不高，可以采用簡(jiǎn)單的順序優(yōu)先級(jí)，以增加信號(hào)的備份，從而提高可用性。

2）對(duì)比

如果只有兩個(gè)源，而對(duì)信號(hào)的正確性要求又比較高，比較適合這種方法，但采用對(duì)比的方法會(huì)降低信號(hào)的可用性。

3）“與”邏輯

如果源端信號(hào)的正確性不高，但需要根據(jù)源端的信號(hào)采取相應(yīng)的操作，可采用“與”邏輯，以確保系統(tǒng)沒(méi)有因?yàn)榻邮盏藉e(cuò)誤的信號(hào)執(zhí)行了某錯(cuò)誤的操作。

4）“或”邏輯

這種方法適用于對(duì)安全性要求比較高的情況，例如關(guān)閉某系統(tǒng)，即只要有一個(gè)源端發(fā)出“關(guān)閉”的信號(hào)，系統(tǒng)就響應(yīng)這個(gè)信號(hào)。

5）表決

這種方法適用于3個(gè)及3個(gè)以上的源端信號(hào)。采用表決的方法既可增加信號(hào)的可用性，又可以提高信號(hào)的正確性。

在燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求，針對(duì)各個(gè)輸入信號(hào)選擇合適的源選擇方法。

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