МНОЖЕСТВЕННЫЙ ИНТЕРФЕЙС
MULTIPLE INTERFACE

Настоящее изобретение относится к быстросменному узлу (БСУ) для архитектуры интегрированной модульной авионики (авиационной электроники) (ИМА). Кроме того, к архитектуре ИМА, включающей в себя БСУ, и воздушному судну, включающему в себя БСУ или архитектуру ИМА.
Уровень техники
Современное воздушное судно обычно включает в себя большое количество датчиков, эффекторов (к примеру, механизмов управления) и т.д., подключенных к сети авионики, имеющей один или более центральных процессоров в отсеке авионики. Датчики, эффекторы и т.д. обычно сосредоточены в конкретных местоположениях воздушного судна, где установлены системы. С целью уменьшения протяженности проводов и в результате веса, для подключения нескольких датчиков, эффекторов и т.д. к центральным процессорам посредством шины передачи данных может быть использован дистанционный концентратор данных (ДКД).
ДКД и блоки отсека авионики являются примерами БСУ, часто встречающимися в архитектурах авионики. Для уменьшения проектировочных и производственных затрат и повышения эксплуатационной эффективности все БСУ могут быть стандартизованы. Например, ДКД на конкретном воздушном судне могут иметь типовое аппаратное обеспечение независимо от датчиков, эффекторов и т.д., к которым они подключены, и, таким образом, именоваться типовыми дистанционными концентраторами данных (ТДКД). ТДКД могут включать в себя конфигурируемое программное обеспечение. Стандартизация БСУ позволяет держать в запасе меньше запчастей, так что неисправный БСУ может быть легко заменен в ходе операций регулярного технического обслуживания, тем самым повышается эксплуатационная эффективность.
Каждая проводная линия в составе архитектуры авионики может нести маркировку линии, а правила обособления линий обычно применяются к разработке архитектуры. Маркировка линии может обозначать, например, борт воздушного судна и (или) уровень «важности». Проводные линии, как правило, объединены в пучки на каждом из бортов воздушного судна (первый борт или второй борт) так, чтобы отказ на одном борту не повлиял на другой. Необходимость является мерой критичности и надежности в архитектуре авионики. Правила обособления проводных линий могут, например, требовать обособления проводных линий на каждом из бортов воздушного судна и (или) проводных линий различного уровня необходимости. Правила обособления проводных линий могут требовать обособления вплоть до и включая соединительные разъемы, с помощью которых проводные линии подключены к БСУ.
В то время как обеспечение типовых БСУ внутри архитектуры авионики обеспечивает несколько преимуществ, таких как упомянутые выше, число проводных линий определенной маркировки может отличаться по всему воздушному судну. Это наряду с правилами обособления проводных линий затрудняет внедрение типовой конструкции БСУ, не обеспечивая БСУ с большим числом аппаратных средств интерфейса, чем имеется проводных линий, для подключения на большинстве участков. Неиспользуемые аппаратные средства интерфейса повышают стоимость комплектующих, вызывают избыточный вес и занимают лишнее место, что нежелательно, так как снижает эксплуатационную эффективность, к примеру, увеличивает расход топлива.
Один из существующих способов снижения количества неиспользуемых аппаратных средств в БСУ типовой конструкции предусматривает объединяющую плату между соединительными разъемами и БСУ. Объединяющая плата несет смешанные пучки проводных линий малой длины, чтобы увеличить число моментов времени, в которые используется большинство аппаратных средств интерфейса БСУ. Этот способ широко применяется в БСУ отсека авионики. Однако объединяющая плата увеличивает избыточный вес и занимает лишнее место.
Другой существующий способ состоит в том, чтобы снабдить БСУ типовой конструкции уменьшенным числом аппаратных интерфейсов и увеличивать число БСУ на определенных участках, где число доступных аппаратных интерфейсов несущественно, вместо того, чтобы оборудовать эти интенсивно используемые участки индивидуально спроектированными узлами. Удвоение БСУ увеличивает избыточный вес и занимаемое место.
Раскрытие изобретения
Первый объект изобретения обеспечивает быстросменный узел (БСУ) для архитектуры интегрированной модульной авионики, причем БСУ содержит по меньшей мере один интерфейс ввода-вывода и множество соединительных разъемов, причем каждый соединительный разъем включает в себя по меньшей мере один контакт, и каждый соединительный разъем приспособлен для подключения к одному обособленному пучку проводных линий, и при этом аппаратные средства одного интерфейса электрически соединены внутри БСУ с одним или несколькими контактами каждого из по меньшей мере двух соединительных разъемов.
Преимущество изобретения состоит в том, что аппаратные средства интерфейса выборочно доступны для множественных соединительных разъемов. Интерфейс этого типа назван «множественным интерфейсом». Таким образом, число аппаратных средств интерфейса уменьшается на один для каждого момента времени, когда одно аппаратное средство интерфейса подключено к контакту или контактам другого соединительного разъема. Если доступный контакт первого соединительного разъема непригоден для определенной маркировки линии, так как другим контактам этого соединительного разъема уже была присвоена другая маркировка линии, но контакт второго соединительного разъема надлежащей маркировки линии также доступен и подключен к тем же аппаратным средствам интерфейса, тогда аппаратные средства могут быть подключены с помощью контакта второго соединительного разъема. Число аппаратных средств интерфейса в каждом БСУ, следовательно, может более точно соответствовать требованиям с большей гибкостью в отношении того, какие маркировки линий могут использовать аппаратные средства интерфейса, имеющие подключения к контакту или контактам множественных соединительных разъемов. Кроме того, изобретение упрощает проводку путем снижения количества смешанных линий, где они необходимы.
Каждый контакт может быть электрически соединен с не более чем одним аппаратным средством интерфейса внутри БСУ.
По меньшей мере некоторые из соединительных разъемов могут включать в себя множество контактов. Увеличение числа контактов на соединительный разъем увеличивает число проводных линий с данной маркировкой линии, которые могут быть подключены к БСУ.
Одно аппаратное средство интерфейса может быть электрически соединено с множеством контактов одного соединительного разъема. В этом примере интерфейс является так называемым многоконтактным интерфейсом.
Одно аппаратное средство интерфейса может быть электрически соединено с множеством контактов каждого из по меньшей мере двух соединительных разъемов. В этом примере многоконтактный интерфейс выборочно доступен для множественных соединительных разъемов, что образует многоконтактный множественный интерфейс.
БСУ может включать в себя множество интерфейсов ввода-вывода, каждый из которых электрически соединен с по меньшей мере одним контактом. Увеличение числа интерфейсов ввода-вывода на БСУ увеличивает число устройств, которые могут быть подключены к БСУ.
БСУ может быть, например, дистанционным концентратором данных (ДКД) или узлом отсека авионики.
Согласно другому объекту изобретения обеспечена архитектура интегрированной модульной авионики (ИМА), включающая в себя по меньшей мере один БСУ согласно изобретению.
Индивидуальные соединительные разъемы БСУ или каждого БСУ могут быть подключены к не более чем одному обособленному пучку проводных линий, а обособление проводных линий может поддерживаться вплоть до и включая соединительные разъемы. Эта конфигурация может использоваться для выполнения правил обособления линий, применяемых к разработке архитектуры авионики.
По меньшей мере один БСУ может иметь множество соединительных разъемов, каждый из которых подключен к одному и тому же пучку проводных линий. Внутри данной архитектуры возможно преобладание определенной маркировки линии, тогда как другие маркировки линии встречаются реже. Преобладающая маркировка линии, следовательно, может находиться на множестве соединительных разъемов, тогда как менее часто встречающиеся маркировки линии могут находиться только на одном из соединительных разъемов определенного БСУ или не находиться ни на одном из них.
Архитектура ИМА может включать в себя множество БСУ, каждый из которых имеет одинаковые аппаратные средства. Обеспечение типовой конструкции БСУ повсеместно или на большей части архитектуры авионики может обеспечить значительную экономию затрат на конструкторские работы, производственных и эксплуатационных затрат.
Соответствующие соединительные разъемы двух из БСУ могут быть либо подключены к разнотипным обособленным пучкам проводных линий, либо только один из соединительных разъемов может быть подключен к пучку проводных линий. Или же соответствующие соединительные разъемы двух из БСУ могут быть подключены к однотипным пускам проводных линий.
Каждая проводная линия может быть маркирована в соответствии с бортом воздушного судна и (или) уровнем необходимости, выбранным из группы, включающей, в том числе, следующие позиции: необходимая, существенная, второстепенная и второстепенная существенная.
Согласно еще одному объекту изобретения обеспечено воздушное судно, включающее в себя БСУ или архитектуру ИМА согласно изобретению.
Краткое описание чертежей
Теперь варианты осуществления изобретения будут описаны со ссылкой на приложенные чертежи:
Фиг.1 схематически изображает архитектуру авионики, установленную на воздушном судне, показывающую один из ДКД, подключенных ко множеству датчиков (эффекторов).
Фиг.2 схематически изображает существующий ДКД, в котором каждый интерфейс ввода-вывода включает в себя аппаратные средства, электрически соединенные с контактом только одного соединительного разъема.
Фиг.3 схематически изображает ДКД согласно первому варианту осуществления, в котором один интерфейс ввода-вывода включает в себя аппаратные средства, электрически соединенные с контактами двух различных соединительных разъемов.
Фиг.4 схематически изображает упрощенный ДКД согласно второму варианту осуществления, имеющий одиночный интерфейс ввода-вывода, включающий аппаратные средства, подключенные к соответствующему контакту двух различных соединительных разъемов.
Фиг.5 схематически изображает часть архитектуры авионики, имеющую пять типовых ДКД согласно второму варианту осуществления, показывающую различные возможности подключения к двум различным пучкам проводных линий.
Фиг.6 схематически изображает упрощенный ДКД согласно третьему варианту осуществления, имеющий одиночный интерфейс ввода-вывода, включающий аппаратные средства, подключенные к соответствующему контакту трех различных соединительных разъемов.
Фиг.7 схематически изображает упрощенный ДКД согласно четвертому варианту осуществления, имеющий одиночный интерфейс ввода-вывода, включающий аппаратные средства, подключенные к соответствующему контакту двух различных соединительных разъемов.
Фиг.8 изображает разъемную поверхность ДКД, приведенного в качестве примера, имеющего восемь соединительных разъемов, каждый из которых имеет по меньшей мере один контакт.
Подробное описание варианта (вариантов) осуществления изобретения
Фиг.1 схематически изображает вид сверху воздушного судна 1, имеющего фюзеляж 2, крылья 3, 4 и архитектуру 5 интегрированной модульной авионики. Архитектура 5 авионики включает в себя основной процессор 6, содержащий множество быстросменных узлов (БСУ) в отсеке 7 авионики. Основной процессор 6 подключен к множеству типовых дистанционных концентраторов данных (ТДКД) 8, расположенных на различных участках воздушного судна 1. ТДКД 8, кроме того, являются примерами БСУ. Расположение и группировка ТДКД 8 зависит от расположения различных датчиков, эффекторов и т.д., которые должны быть подключены внутри архитектуры 5 авионики. ТДКД 8 подключены посредством шин 9 передачи данных к основному процессору 6.
Для упрощения только один из ТДКД 8 (расположенный на левом борту фюзеляжа, спереди от отсека крыла) показан подключенным к различным датчикам, эффекторам и т.д. 10. Первый пучок 11 проводных линий имеет маркировку проводных линий «1М», что означает «первый борт воздушного судна, «необходимая» линия». Первый пучок 11 проводных линий подключает ТДКД 8 к датчикам, эффекторам и т.д. 10, имеющим ту же маркировку проводных линий «1М». Второй пучок 12 проводных линий имеет маркировку «11М», что означает «первый борт воздушного судна, «второстепенная» линия». Второй пучок 12 проводных линий подключает ТДКД 8 к датчикам, эффекторам и т.д. 10, имеющим ту же маркировку проводных линий «ИМ». Первый пучок 11 проводных линий подключает ТДКД 8 к датчикам, эффекторам и т.д. 10, имеющим ту же маркировку проводных линий «1М».
Все ТДКД 8, показанные на Фиг.1, аналогичным образом подключены к различным датчикам, эффекторам на воздушном судне с помощью проводных линий, маркированных в соответствии с бортом воздушного судна (т.е. первый борт или второй борт) и их уровнем необходимости, который является мерой критичности и надежности каждой части архитектуры. Проводные линии могут быть маркированы следующим образом: «необходимая» (М), существенная (S), «второстепенная» (1М), «второстепенная существенная» (1S), с префиксом «I» или «2», обозначающим первый борт или второй борт, используя установленную номенклатуру.
Правила обособления проводных линий обычно накладываются на разработку архитектуры авионики для снижения вероятности распространения отказа между различно маркированными проводными линиями, чтобы архитектура авионики была устойчива к любым отказам внутри архитектуры. Соответственно, правила обособления проводных линий могут требовать, чтобы разнотипные проводные линии были обособлены вплоть до и включая физические соединительные разъемы ТДКД 8.
Фиг.2 изображает существующий ДКД 800, который в этом примере имеет три соединительных разъема 801а, 801b, 801с. ДКД 800 включает в себя восемь интерфейсов 803 ввода-вывода. Каждый интерфейс 803 включает в себя аппаратные средства 804 интерфейса, электрически соединенные с одиночным контактом 805 одного из соединительных разъемов 801а-801с. В этом примере соединительные разъемы 801а и 801b имеют три контакта 805, а соединительный разъем 801с имеет два контакта 805. Два контакта 805 соединительного разъема 801 подключены к соответствующим датчикам (эффекторам) 100 с помощью проводных линий 110, маркированных «1М». Оба контакта 805 соединительного разъема 801с, кроме того, подключены к соответствующим датчикам (эффекторам) 100 с помощью проводных линий 110, маркированных «1М». На участке внутри архитектуры авионики этого конкретного ДКД 800, кроме того, необходимо подключить к датчику (эффектору) 100 посредством проводной линии 120, маркированной «11М». Хотя соединительный разъем 801а имеет резервный третий контакт 805, правила обособления проводных линий не позволяют подключать проводную линию 120, маркированную «11М», к резервному контакту 805 соединительного разъема 801а, поскольку тот же соединительный разъем 801а уже имеет два контакта 805, подключенные к проводным линиям 110, маркированным «1М». Следовательно, аппаратные средства 804' интерфейса, окруженные пунктирной линией, не могут быть использованы.
До подключения контактов 805 соединительного разъема 801b к проводной линии с любой маркировкой любой контакт соединительного разъема 801b может принять любую маркировку проводной линии. Следовательно, проводная линия 120, маркированная «11М», может быть подключена к одному из контактов 805 соединительного разъема 801b. Затем соединительный разъем 801b приобретает маркировку «11М» и, таким образом, к двум оставшимся контактам 805 соединительного разъема 801b с этого момента могут быть подключены только проводные линии с такой же маркировкой «11M».
Поскольку число проводных линий конкретной маркировки проводных линий на воздушном судне существенно варьирует, может быть трудно сконструировать типовой ДКД (ТДКД), который можно использовать везде, где должны быть помещены ДКД, чтобы внутри каждого подключенного ТДКД не было значительного числа неиспользуемых аппаратных средств интерфейса. Когда считается, что только внутри ДКД на определенном типе воздушных судов могут быть сотни неиспользуемых аппаратных средств интерфейса, эти неиспользуемые аппаратные средства интерфейса сообщают значительный избыточный вес воздушному судну в целом.
ДКД согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения схематически изображен на Фиг.3. ДКД 80, показанный на Фиг.3, имеет столько же соединительных разъемов 81 и столько же контактов 85, что и описанный выше ДКД 800. Однако число интерфейсов 83 ввода-вывода снижено с восьми до семи таким образом, что внутри ДКД 80 имеются только семь наборов аппаратных средств 84. Подключения к контактам 85 такие же, как описаны выше со ссылкой на Фиг.2, поскольку соединительный разъем 81а имеет два контакта 85, подключенных к проводным линиям 11, маркированным «1М», соединительный разъем 81b имеет один контакт 85, подключенный к проводной линии [12], маркированной «1М», а соединительный разъем 81с имеет оба контакта 85, подключенных к проводным линиям 11, маркированным «1М». Проводные линии 11, 12 подключены к различным датчикам, эффекторам и т.д. 10.
Единственное различие между ДКД 80 по Фиг.3 и ДКД 800 по Фиг.2 состоит в том, что один из интерфейсов включает в себя аппаратные средства 84' (окруженные пунктирной линией), электрически соединенные с контактом 85 соединительного разъема 81а, и, кроме того, электрически соединен с контактом 85 соединительного разъема 81b. Следовательно, ДКД 80 включает в себя один «множественный интерфейс», что означает, что одиночные аппаратные средства 84' интерфейса электрически соединены с одним или несколькими контактами каждого из по меньшей мере двух различных соединительных разъемов 81а, 81b. Преимущество этого множественного интерфейса состоит в том, что аппаратные средства 84' могут быть выборочно использованы на маркировке линии «1М» или маркировке линии «11М», в зависимости от того, подключен контакт 85 соединительного разъема 81а или контакт 85 соединительного разъема 81b. Резервный контакт 85 соединительного разъема 81а не может быть использован дл проводных линий, маркированных «11М», поскольку два других контакта 85 соединительного разъема 81 уже подключены к проводным линиям с другой маркировкой «1М».
Как можно видеть, число аппаратных средств 84 интерфейса внутри ДКД 80 уменьшено с помощью внедрения множественного интерфейса по сравнению с существующим ДКД 800 без потери числа доступных подключений к ДКД 80. Следовательно, вес ДКД 80 снижен по сравнению с ДКД 800.
Фиг.4 схематически изображает упрощенный ДКД согласно второму варианту осуществления. Этот ДКД 810 включает в себя два соединительных разъема 811а и 811b. ДКД 810 имеет два интерфейса 813, один из которых является множественным интерфейсом. Одиночные аппаратные средства 814 интерфейса электрически подключены к контакту 815 соединительного разъема 811а. Аппаратные средства 814' множественного интерфейса электрически подключены к контакту 815 соединительного разъема 811а, а также к контакту 815 соединительного разъема 811b.
Фиг.5 изображает, как ДКД 810 по второму варианту осуществления может быть использован в качестве типового ДКД (ТДКД) внутри архитектуры авионики. Каждый ТДКД 810 имеет одинаковые аппаратные средства. Пять ТДКД 810 помечены на Фиг.5 литерами (а)-(е). Два соединительных разъема 811а и 811b, показанные на Фиг.4, названы в нижеследующем описании «первым» и «вторым» соединительными разъемами, соответственно.
Первый соединительный разъем ТДКД 810(а) подключен к пучку 11 проводных линий, маркированному «1М». Поскольку в любой данный момент невозможно подключить более одного контакта множественного интерфейса, второй соединительный разъем ТДКД 810(а) не подключен. Первый соединительный разъем ТДКД 810(b) подключен к пучку 12 проводных линий, маркированному «11М», и второй соединительный разъем опять не подключен. Сравнение ТДКД 810(а) и 810(b) показывает, как первый разъем может быть выборочно использован для подключения либо к линии, маркированной «1М», либо к линии, маркированной «11М» в зависимости от расположения ТДКД внутри архитектуры. Хотя одиночный интерфейс (который также использует первый соединительный разъем) на ТДКД 810(а) и 810(b) показан не подключенным, желательно, чтобы этот одиночный интерфейс мог быть подключен к проводной линии той же маркировки («1М» или «11М», соответственно), что и множественный интерфейс, который уже использует первый соединительный разъем.
ТДКД 810(с) на Фиг.5 обведен, так как это единственный из пяти показанных ТДКД 810, который использует второй соединительный разъем. Как видно, первый соединительный разъем имеет маркировку линии «1М», поскольку контакт одиночного интерфейса подключен к пучку 11 проводных линий, имеющему маркировку линии «1М». Следовательно, аппаратные средства 814' множественного интерфейса не могут быть подключены к пучку 12 проводных линий, имеющему маркировку «11М», с помощью первого соединительного разъема. Вместо этого аппаратные средства 814' множественного интерфейса подключены к пучку 12 проводных линий, имеющему маркировку «11M», посредством контакта второго соединительного разъема.
ТДКД 810(d) имеет такое же устройство подключения, как ТДКД 810(а), и ТДКД 810(е) не подключен ни к проводной линии «1М», ни к проводной линии «11М» (но, конечно, может быть подключен к проводным линиям других маркировок). Как видно, даже весьма упрощенный пример ТДКД с множественным интерфейсом очень гибок в отношении подключений к проводным линиям различных маркировок.
Фиг.6 изображает ДКД согласно четвертому варианту осуществления. ДКД 820 имеет три соединительных разъема 821а, 821b и 821с и одиночный интерфейс ввода-вывода 823. Интерфейс 823 включает в себя аппаратные средства 824' множественного интерфейса, электрически соединенные с контактом 825 каждого из трех соединительных разъемов 821а-821с. При сравнении ДКД 80 по Фиг.5 с ДКД 810 по Фиг.4 видно, что множественный интерфейс по настоящему изобретению не ограничен осуществлением подключений только к двум соединительным разъемам, но может быть приспособлен для подключения к трем (или более) соединительным разъемам. Увеличение числа контактов на различных соединительных разъемах, к которым подключены те же аппаратные средства интерфейса, потенциально увеличивает число различных маркировок проводных линий, которые могут получить доступ к аппаратным средствам интерфейса. Таким образом, еще больше увеличивается гибкость конструкции ТДКД. Однако число резервных контактов также снижается, и, таким образом, достигается соответствующий компромисс с требованиями к размерам.
Фиг.7 изображает ДКД согласно четвертому варианту осуществления. Этот ДКД 830 включает в себя многоконтактный множественный интерфейс 833. Многоконтактные интерфейсы включают в себя аппаратные средства, электрически соединенные с множественными контактами одного и того же соединительного разъема. Схема, показанная на Фиг.7, иллюстрирует, как многоконтактный интерфейс может быть подключен к соответствующим контактам множества различных соединительных разъемов так, чтобы обеспечить многоконтактный множественный интерфейс. Как показано на Фиг.7, многоконтактный множественный интерфейс 833 включает в себя аппаратные средства 834' интерфейса, электрически соединенные с каждым из четырех контактов 835 соединительного разъема 831а, и кроме того, соединен с соответствующим набором из четырех контактов 835 соединительного разъема 831b. Таким образом, соединительные разъемы 831a и 831b могут иметь различную маркировку линий, могут быть осуществлены подключения к многоконтактному множественному интерфейсу 833 выборочно от проводных линий различной маркировки.
Фиг.8 изображает разъемную поверхность 86 ДКД, приведенного в качестве примера, имеющего восемь соединительных разъемов, помеченных 841a-841h. Как видно, каждый из соединительных разъемов 841a-841h имеет комбинацию контактов, сконструированную для обеспечения требуемого числа контактных подключений для различных маркировок проводных линий, чтобы на всем воздушном судне можно было использовать типовой ДКД, имеющий разъемную поверхность 86. Комбинации контактов каждого из восьми соединительных разъемов 841a-841h могут различаться.
Хотя в примерах, описанных выше, ДКД используются для того, чтобы показать, как множественный интерфейс согласно этому изобретению может быть применен к БСУ, понятно, что изобретение может также применяться к другим БСУ, например, таким как узлы отсека авионики. Преимущество использования множественных интерфейсов внутри ТДКД особенно выгодно, поскольку потенциально на воздушном судне присутствует большое число одинаковых узлов.
Хотя изобретение было описано выше со ссылкой на один или несколько предпочтительных вариантов осуществления, понятно, что могут быть осуществлены различные изменения или модификации, не отходящие от объема изобретения, определенного в приложенной формуле изобретения.