НЕСУЩАЯ СИСТЕМА АВИАЦИОННОГО ЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
CARRYING SYSTEM OF AVIATION ELECTRONIC EQUIPMENT

Область применения изобретения
Настоящее изобретение имеет отношение к созданию несущей системы авиационного электронного оборудования для сменных (вдвижных, вводимых со скольжением) модулей с устройствами обработки, хранения, индикации и передачи данных, таких как, например, электронные печатные платы, сетевые компоненты, запоминающие устройства, индикаторные устройства и т.п., или с источниками питания, причем такая система содержит кожух, по меньшей мере одну стойку для установки сменных модулей и по меньшей мере одну объединительную плату с соединительной архитектурой Ethernet.
Предпосылки к созданию изобретения
Устройства авиационной электроники на борту самолета обычно объединены в стойке, расположенной в кабине экипажа или в непосредственной близости от нее. Обычно индивидуальные отсеки в стойке для авиационной электроники имеют размеры в соответствии с общепринятым стандартом, например, таким как ARINC 600. Это позволяет устанавливать в стойке компоненты со стандартизованными размерами и, за исключением оригинального оборудования, также облегчает использование новых устройств в случае последующей модернизации самолета. Устройства со стандартизованными размерами могут поставляться относительно широкой сетью поставщиков и являются более экономически выгодными по сравнению с устройствами, изготовленными по заказу.
Устройства авиационной электроники часто содержат множество компонентов, которые при совместной работе образуют желательную систему. Такие компоненты могут, например, содержать серверы, связные процессоры, интерфейсы и источники питания, которые установлены совместно в общем несущем элементе, который, в свою очередь, введен в стойку для авиационной электроники. В настоящее время существуют несущие элементы, которые позволяют производить быструю замену индивидуальных компонентов в случае обнаружения дефекта или в случае желательной модернизации (причем такие несущие элементы за счет их такой способности называют также линейными сменными блоками, LRU), но которые обычно не обладают такой способностью. Так, например, несущий элемент типа Rockwell Collins ISC-2100 (см. информацию на сайте http://www.rockwellcollins.com/products/cs/at/pcige982.html), не спроектирован как LRU блок, то есть не может быть быстро извлечен из стойки для авиационной электроники, и требует для этого определенных усилий и значительной потери времени. В своей передней части элемент ISC-2100 позволяет относительно просто вводить в него различные компоненты. Однако размеры охватывающего кожуха элемента ISC-2100 не соответствуют стандартам ARINC, так что для элемента ISC-2100 приходится специально разрабатывать стойку, в которую может быть надежно установлен кожух элемента ISC-2100. Устройства службы полетной информации (AFIS), самолетов типа Airbus, изготовленные фирмой Rockwell, имеют размеры, которые соответствуют стандартам ARINC и содержат LRU охватывающий кожух, но не имеют компонентов, спроектированных как LRU. Таким образом, быстрая замена индивидуальных компонентов AFIS невозможна. Система сетевого сервера SAGEM А380 NSS (см. htlp://www.sagem-ds.com/eng/bds_navio_200.htm), несмотря на то, что она имеет LRU кожух, не соответствует стандартам ARINC, что не позволяет производить быструю замену компонентов, причем такая замена требует разборки всего устройства.
Отсутствие возможности быстрой замены индивидуальных компонентов является неблагоприятным, так как не позволяет рентабельно хранить сменные детали для всех систем; кроме того, в некоторых случаях это может осложнять техническое обслуживание. Более того, при этом невозможно произвести быструю замену всего электронного устройства в виде единого несущего элемента, что затрудняет проведение последующей модернизации или замены неисправных устройств.
Дополнительным недостатком типичных авиационных электронных устройств является широкое использование компонентов, размеры которых не соответствуют никаким общепринятым стандартам, например использование электронных печатных плат и т.п., которые изготовлены по заказу. Кроме того, недостатком является использование электронных печатных плат, которые имеют неблагоприятные стандартизованные размеры. Например, за счет использования 6U-CompactPCI печатных плат можно получить снижение себестоимости изготовления печатной платы; однако расчетная высота печатных плат устройств авиационной электроники, в которые их вводят, часто имеет размеры, которые не соответствуют стандартам ARINC.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является устранение по меньшей мере одного из указанных недостатков для того, чтобы облегчить обслуживание за счет быстрой замены компонентов всего устройства авиационной электроники и сделать возможным введение новых функциональных свойств без каких-либо конструктивных изменений стойки авиационной электроники за счет использования модулей со стандартными размерами, при одновременной экономии пространства, так чтобы обычно используемую стойку авиационной электроники можно было использовать для установки несущего элемента, снабженного авиационным электронным оборудованием.
Эта задача решена при помощи примерного варианта настоящего изобретения, в котором кожух имеет размеры, соответствующие стандартам ARINC, и позволяет вводить его в стойку авиационной электроники как кожух быстрой установки, причем в сменных модулях могут быть использованы любые желательные печатные платы специфического стандартного формата, кожухи которых выполнены как кожухи быстрой установки.
Может быть особенно выгодной установка сменных модулей в охватывающий кожух. За счет этого указанные сменные модули легче закреплять и они становятся менее подверженными повреждениям при быстрой установке и быстром съеме.
Более того, предпочтительным является использование стандартизованных электронных печатных плат в сменных модулях, если их не стандартизованное распределение контактов преобразовать в желательное распределение контактов сменного модуля при помощи переходных печатных плат.
Предпочтительной является возможность замены сменных модулей в несущей системе авиационного электронного оборудования во время работы, так как это не требует проведения процесса выключения и включения остальных сменных модулей.
Использование отдельной стойки с модулями для жестких дисков в несущей системе авиационного электронного оборудования является особенно предпочтительным. Более того, для снижения неблагоприятных механических воздействий на жесткие диски, для снижения вибраций эта отдельная стойка с модулями может быть подвешена в кожухе несущей системы авиационного электронного оборудования.
Более того, предпочтительным является введение индикаторного устройства, предназначенного для индикации данных о состоянии несущей системы авиационного электронного оборудования. Например, это позволяет облегчить обнаружение любых неисправностей в блоке питания.
Более того, предпочтительным является использование индикаторного устройства, которое имеет рабочие кнопки для управления базовыми функциями несущей системы авиационного электронного оборудования, например кнопки для включения и выключения системы.
Для объединения различных групп оборудования, которые установлены в различных кожухах несущей системы авиационного электронного оборудования, они преимущественно могут быть каскадированы (включены каскадно), при этом становится возможным взаимодействие между сменными модулями из одного кожуха и сменными модулями из другого кожуха.
Далее примерные варианты настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан вид спереди укомплектованной несущей системы авиационного электронного оборудования.
На фиг.2 показано трехмерное изображение сменного модуля.
На фиг.3 показан вид сзади и разрез сменного модуля 4 с вставленной электронной печатной платой.
На фиг.4 показан вид сбоку в разрезе укомплектованной несущей системы авиационного электронного оборудования.
На фиг.5 схематично показана архитектура соединений объединительной платы.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 показан вид спереди укомплектованной несущей системы 2 авиационного электронного оборудования, введенной в стойку 1 авиационной электроники, причем сменные модули 4, 6 и 8, введенные в стойки 10, 11 и 13, расположены в кожухе 12. Стойка 10 расположена над стойкой 11 и содержит сменные модули 4. В нижней стойке 11 установлены сменные модули 6. В еще одной стойке 13, которая расположена слева рядом с упомянутыми выше стойками, установлены два сменных модуля 8, один поверх другого.
Для облегчения модификации дополнительных устройств или модернизации стойки с модулями (которую также называют здесь стойкой авиационной электроники), кожух 12 несущей системы 2 авиационного электронного оборудования в соответствии с настоящим изобретением имеет размеры, которые соответствуют общепринятому стандарту для широко используемых стоек авиационной электроники, такому как, например, стандарт ARINC 600. Таким образом, имеется возможность введения кожуха 12 в свободную область стойки авиационной электроники, где он фиксируется по месту или закрепляется с использованием подходящих средств, в результате чего, в случае соответствующей установки с легким доступом, становится возможной быстрая замена устройства авиационной электроники, подлежащего замене. Для надлежащего использования несущей системы авиационного электронного оборудования в соответствии с настоящим изобретением, стойка авиационной электроники должна быть спроектирована целиком в соответствии с одним стандартом, при этом новые функциональные свойства могут быть добавлены в будущем в указанную стойку авиационной электроники без дорогих изменений. Для обеспечения такой возможности авиационное электронное оборудование, образованное при помощи укомплектованной несущей системы авиационного электронного оборудования в соответствии с настоящим изобретением, может быть спроектировано в виде линейного сменного блока (LRU).
В дополнение к этому, как уже было описано здесь выше, сама по себе несущая система 2 авиационного электронного оборудования может быть укомплектована дополнительными или сменными модулями, чтобы обеспечить новые функциональные свойства устройства авиационной электроники, содержащего несколько сменных модулей 4, 6 и 8. Каждое из устройств внутри сменных модулей 4, 6 и 8 содержит кожух, который может быть со скольжением введен в соответствующую стойку 10, 11 и 13. Следовательно, указанные устройства герметизируются для защиты компонентов оборудования, некоторые из которых, например электронные печатные платы, являются чувствительными к внешним воздействиям, при этом также значительно облегчается замена неисправных сменных модулей 4, 6 и 8. За счет наличия соответствующего кожуха сменные модули 4, 6 и 8 можно брать руками и удерживать без принятия особых мер предосторожности, причем их соответствующие элементы крепления или запирания устроены так, что указанные модули могут быть легко извлечены из соответствующей стойки и затем могут быть легко введены в стойку и закреплены в ней. Сменные модули преимущественно закрепляют без использования инструментов, например с использованием средств защелкивания или средств давления, или с использованием запорных рукояток и т.п. Для введения сменных модулей 4, 6 и 8 соответствующие стойки 10, 11 и 13 по меньшей мере частично содержат поверхности скольжения, по которым сменные модули 4, 6 и 8 направляются в их заданные конечные положения. Таким образом, сменные модули 4, 6 и 8 представляют собой модули с быстрой заменой и являются линейными сменными блоками (LRU). В соответствии с настоящим изобретением они могут быть обозначены как "LRU в LRU".
Сменные модули 4 показанного несущего элемента оборудования, где термин "несущий элемент оборудования " относится к комбинации кожуха 12 и стоек 10, 11 и 13, преимущественно представляют собой устройства обработки и передачи данных, в частности, для передачи данных с использованием радиосвязи (в частности, в системах WLAN и GSM), серверы, маршрутизаторы, переключатели, брандмауэры и устройства управления передачей данных. С их помощью могут быть решены такие задачи, как создание видеопотока для систем развлечений в полете, предоставление различных услуг связи и удовлетворение других потребностей. Как это описано далее более подробно, сменные модули 4 по существу содержат электронные печатные платы, герметизированные при помощи охватывающих кожухов 14. Как это показано на чертежах, на некоторых передних панелях сменных модулей 4 могут быть предусмотрены слоты (пазы) для твердотельных запоминающих устройств, таких как, например, плата флэш памяти, а также сетевые соединения или USB соединения для технического обслуживания. Нечувствительные к механическим воздействиям твердотельные запоминающие устройства могут быть использованы, среди прочего, для снабжения сменного модуля программными данными или данными о работе системы.
В системе, показанной на фиг.1, сменные модули 6 содержат устройства для хранения данных; в показанном варианте - это механические жесткие диски, помещенные в кожух. Однако данные в этих устройствах не являются данными, критическими для безопасности или для работы, так как по причине вибраций или ударных нагрузок в полете нельзя дать гарантий относительно надежной работы указанных жестких дисков. Однако для снижения остроты этой проблемы преимущественно нижняя часть стойки 10 подвешена в кожухе 12, чтобы за счет этого уменьшить вибрации. Например, указанные жесткие диски могут быть использованы для хранения медиа данных, связанные с развлечениями в полете. Однако можно предвидеть, что в недалеком будущем механические жесткие диски могут быть заменены при помощи других средств, которые менее чувствительны к механическим воздействиям. Преимущественно, сменные модули 6, предназначенные для хранения данных, соединены со сменными модулями 4 при помощи автономной объединительной печатной платы, которая закреплена в нижней части стойки 10, с предусмотренными на ней интерфейсами, на которые поступают необходимые рабочие напряжения.
Сменные модули 8, расположенные один поверх другого, используют для подачи питания на устройства, установленные в стойке 10. За счет использования двух источников 8 питания повышается наработка на отказ системы.
Горизонтальное совмещение соответствующих сменных модулей 4 и 6, при их разносе по высоте, как это показано на фиг.1. является предпочтительным для их охлаждения. Стойка авиационной электроники позволяет создать некоторый поток охлаждения для каждого входящего в нее устройства, причем указанный поток преимущественно входит через отверстия на обратной стороне соответствующего устройства и протекает поверх интегральных компонентов. Вертикальное совмещение позволяет равномерно распределять поток по всем компонентам, причем промежутки между компонентами снижают теплопередачу от одного компонента к другому за счет излучения и конвекции.
2
Более того, на фиг.1 показан модуль 28 индикации, который показывает состояние системы и, например, выводит на индикацию любые ошибки. Модуль индикации дополнительно содержит рабочие кнопки, при помощи которых можно включать и выключать всю систему. Модуль индикации может быть соединен со сменными модулями при помощи совместно используемых интерфейсов IС, IPMI или IPMB.
Число использованных компонентов, показанных на фиг.1, приведено только в качестве примера и может варьировать в зависимости от требований к системе. В некоторых случаях для обеспечения отказоустойчивой работы необходимо предусматривать избыточности.
На фиг.2 в качестве примера показана внутренняя структура сменного модуля 4. Эта структура по существу является одинаковой для большинства сменных модулей 4. Для обеспечения желательных функциональных возможностей соответствующая электронная печатная плата 16 введена в сменный модуль 4. Преимущественно, печатная плата 16 процессора имеет употребительный стандартный формат, так что любые электронные платы, от любого изготовителя, соответствующие этому стандарту, могут быть использованы в сменном модуле 4. В качестве примера можно указать, что электронные печатные платы в соответствии с настоящим изобретением соответствуют формату 3U-CompactPCI. По сравнению с другими электронными печатными платами, которые обычно используют в авиационном электронном оборудовании, печатные платы с использованием формата 3U-CompactPCI меньше по размерам, причем, например, плата 6U-CompactPCI в 2 раза шире.
Для загрузки различных входных и выходных данных 3U-CompactPCI электронные печатные платы обычно имеют клеммную колодку с несколькими штыревыми контактами. Несмотря на то, что клеммная колодка для плат CompactPCI стандартизована, эта стандартизация ограничена однако только формой клеммной колодки, промежутками между индивидуальными штыревыми контактами и распределением штыревых контактов в специфической области клеммной колодки. Распределение штыревых контактов в остальных областях клеммной колодки может свободно выбирать изготовитель электронной печатной платы.
Необходимо однако одинаковое распределение штыревых контактов всех сменных модулей, что вытекает из требования модульности и взаимозамены модулей. Для обеспечения использования всегда одинакового распределения штыревых контактов необходима адаптация распределения штыревых контактов платы CompactPCI, в зависимости от модели. Это осуществляют при помощи переходной печатной платы 18, соединительная колодка (разъем) 20 которой может быть соединена с розеточной колодкой (с розеткой) 22 электронной печатной платы 16. Переходная печатная плата позволяет произвести переход от распределений штыревых контактов, которые были свободно выбраны изготовителем, к розеточной колодке 24 переходной печатной платы, которая имеет распределение штыревых контактов, подходящее для всех сменных модулей. За счет такого решения любая желательная электронная печатная плата 16 может быть приспособлена для использования в сменном модуле 4.
На фиг.3 показан вид сзади и разрез сменного модуля 4 с печатными платами, введенными в кожух. Розеточная колодка 24 сменного модуля закрыта охватывающим кожухом 14 на задней стороне сменного модуля 4, причем задняя часть является концом сменного модуля 4, который введен в стойку 10. Электронная печатная плата 16 и переходная печатная плата 18 (которую на фиг.3 не видно) удерживаются в направляющих 26 печатной платы, которые служат не только для удержания печатных плат, но также и для совмещения клеммных колодок.
На фиг.4 показан вид сбоку в разрезе несущей системы 2 авиационного электронного оборудования, снабженной устройствами авиационной электроники и содержащей сменные модули 4, 6 и 8. В стойке 10 установлен показанный сменный модуль 4, который содержит электронную печатную плату 16 и переходную печатную плату 18. Снизу от стойки 10 расположена стойка 11, которую используют для установки жестких дисков 6, причем эта стойка 11 закреплена в кожухе 12 так, чтобы снизить вибрации.
К задней стороне сменных модулей 4 примыкает объединительная печатная плата 30, которая для каждого подключаемого сменного модуля 4 содержит соединительную колодку 32 (не показана на фиг.4), с которой стыкуется розеточная колодка 24, установленная на выходе сменного модуля 4.
Для обеспечения функциональных возможностей сменных модулей, расположенных в стойке 10, кроме наличия реальных устройств в сменных модулях, также требуется особая соединительная архитектура, при помощи которой, вне зависимости от любого предусмотренного назначения сменного модуля, становится возможным взаимодействие между сменным модулем и несущей системой авиационного электронного оборудования. На фиг.5 схематично показана такая соединительная архитектура.
Преимущественно, соединения между сменными модулями 4 реализованы при помощи общей объединительной печатной платы 30 в несущей системе авиационного электронного оборудования, причем указанная объединительная печатная плата 30 содержит соединительную колодку 32 для каждого отсека сменного модуля, причем с указанной соединительной колодкой 32 может быть соединена соответствующая розеточная колодка 24 сменных модулей 4. Объединительная печатная плата обеспечивает связь при помощи сети в виде соединения Ethernet и других возможных сигнальных линий. Это означает, что каждая соединительная колодка отсека сменного модуля содержит разводку сети Ethernet, при помощи которой соответствующий подключенный сменный модуль получает связь с сетью или подсетью. Для этого соответствующие штыревые контакты на клеммной колодке обычно используемых 3U-CompactPCI плат соединены с колодкой соединителя 32 соответствующего отсека сменного модуля на задней стороне печатной платы несущей системы авиационного электронного оборудования, при помощи соответствующей переходной печатной платы 18. Для подачи на плату CompactPCI необходимых рабочих напряжений дополнительные штыревые контакты клеммной колодки соединены с источниками 8 питания при помощи соответствующей переходной печатной платы 18 и колодки 32 соединителя объединительной печатной платы.
Для работы печатной платы CompactPCI не требуются дополнительные входные или выходные сигналы; однако, в возможном варианте, могут быть предусмотрены дополнительные сигнальные линии, которые, например, позволяют контролировать текущее состояние системы. Однако использование собственной шины PCI в несущей системе авиационного электронного оборудования 2, для применения платы CompactPCI не требуется. Более того, в том, что касается замены любых компонентов в ходе текущей работы системы, соединение с сетью Ethernet является предпочтительным. Для точной идентификации сменного модуля, расположенного в любом желательном отсеке, предусмотрены электронные и механические средства, так что может быть обеспечен известный прием (получение) для каждого адреса сети.
Более того, для управления сетевыми соединениями, например, для ограничения потока данных или настройки подсетей, в отсек сменных модулей вводят соответствующие устройства, которые затем выполняют задачи административного управления. На фиг.5 показан переключатель объединительной платы, который имеет связь со всеми соединительными колодками 32 объединительной печатной платы. При помощи сетевого распределителя, который может быть установлен в стойке 10, можно управлять потоком данных между сменными модулями 4 за счет переключателя объединительной платы. Это позволяет разделить средства связи друг от друга по группам устройств. Например, устройства для контроля функций кухни-буфета на самолете могут быть исключены из системы связи с системой развлечений в полете, несмотря на то, что указанные устройства подключены к той же самой объединительной печатной плате. Однако, при необходимости, независимая от подсистемы передача данных может быть осуществлена при помощи дополнительного устройства сетевого администрирования.
Жесткие диски 6 (см. фиг.1), установленные в стойке 11, соединены при помощи общей соединительной колодки 34 и, возможно, при помощи отдельной объединительной печатной платы со сменными модулями 4 в стойке 10. Преимущественно выбирают интерфейс, который позволяет производить замену жестких дисков во время работы, например, в случае последовательного АТА интерфейса (SATA).
При помощи дополнительной соединительной колодки 36, которая установлена на кожухе 12, укомплектованная несущая система авиационного электронного оборудования дополнительно соединена с соответствующей другой стойкой авиационного электронного оборудования. Таким образом, отсутствует требование разъединения кабелей в случае замены модулей.
Следует иметь в виду, что приведенные здесь выше области применения, схемы размещения устройств в кожухе 12 несущей системы авиационного электронного оборудования, а также вышеупомянутые форматы электронных печатных плат и соответствующие употребительные стандарты относятся просто к примерным вариантам настоящего изобретения и не имеют ограничительного характера, причем объем патентных притязаний определяется формулой изобретения.
Кроме того, следует иметь в виду, что позиционные обозначения в формуле изобретения также не имеют ограничительного характера.