Planification de l'architecture du système avionique

Planification de l'architecture du système avionique : un guide de base pour les intégrateurs de systèmes et l'approvisionnement

L'architecture du système avionique d'un avion constitue l'épine dorsale numérique et électrique qui détermine ses capacités, sa sécurité et sa viabilité à long terme. Pour les responsables des achats B2B et les architectes système travaillant avec des distributeurs, des fabricants OEM/ODM et des intégrateurs, comprendre ce processus de planification est essentiel pour spécifier et trouver des composants qui fonctionneront de manière fiable pendant des décennies. Ce guide explore comment les composants essentiels tels que les contacteurs de l'aviation militaire , les relais d'aviation , les fusibles d'aviation , les capteurs et les compteurs s'intègrent dans les paradigmes architecturaux modernes, fournissant une feuille de route pour une prise de décision éclairée en matière de conception et d'approvisionnement de systèmes.

Paradigmes architecturaux de base et leur impact sur la sélection des composants

L'architecture avionique a évolué de systèmes fédérés et autonomes à des réseaux hautement intégrés. Le paradigme choisi dicte les exigences pour chaque composant de la chaîne.

1. Avionique modulaire fédérée ou intégrée (IMA)

Dans une architecture fédérée , chaque fonction (par exemple, contrôle de vol, navigation) possède son propre matériel dédié. Cela simplifie l'approvisionnement, car des composants tels que les relais et les fusibles d'aviation sont dédiés à des LRU (Line Replaceable Units) spécifiques. Cependant, cela entraîne des inefficacités en termes de poids, de puissance et d’espace. L'avionique modulaire intégrée (IMA) , la norme moderne, consolide plusieurs fonctions sur des ressources informatiques partagées dans une armoire commune. Cela déplace la complexité vers les logiciels et les réseaux de données, mais nécessite des composants de distribution d'énergie et d'acquisition de données ultra-fiables et à haute intégrité pour alimenter ces modules partagés.

2. Le rôle de l'architecture de distribution d'énergie (PDA)

Le PDA est une sous-architecture essentielle de la suite avionique. Il définit la manière dont l’énergie des générateurs et des batteries est distribuée, protégée et commutée. Un PDA bien planifié spécifie l'emplacement et le classement des contacteurs d'aviation militaire pour la commutation de puissance primaire, des relais d'aviation pour le contrôle de charge secondaire et des fusibles d'aviation ou des contrôleurs de puissance à semi-conducteurs (SSPC) pour la protection. La tendance est à la distribution d'énergie par zone , où l'énergie est convertie et distribuée localement dans des zones (par exemple, cockpit, aile, baie), réduisant ainsi le poids des longs câbles et améliorant l'isolation des défauts.

3. Topologie du réseau de données : ARINC 429, AFDX et réseau sensible au temps (TSN)

Le réseau de données est le système nerveux. Le point à point traditionnel (ARINC 429) cède la place à l'Ethernet commuté (AFDX - Avionics Full-Duplex Switched Ethernet) et aux normes TSN émergentes. Cette évolution impacte des composants comme les capteurs et compteurs aéronautiques , qui doivent désormais intégrer des interfaces réseau (souvent via des concentrateurs de données distants) plutôt que de fournir de simples sorties analogiques. L'architecture doit garantir une transmission déterministe des données pour les informations critiques pour le vol.

Les dernières dynamiques technologiques de l’industrie façonnent les architectures futures

L’avenir de l’avionique est défini par plusieurs changements technologiques convergents qui ont un impact direct sur la planification architecturale.

• Avions plus électriques (MEA) et courant continu haute tension : le passage des systèmes hydrauliques et pneumatiques aux systèmes électriques augmente la charge électrique totale. Les architectures intègrent une distribution primaire à tension continue de 270 V CC ou supérieure, ce qui nécessite une nouvelle génération de contacteurs pour l'aviation , de dispositifs de protection et d'unités de conversion de puissance.
• Avions connectés au cloud et IoT dans l'aviation : les architectures doivent désormais inclure des passerelles sécurisées pour la transmission des données opérationnelles (des capteurs et compteurs d'aviation) aux plates-formes d'analyse au sol pour la maintenance prédictive et l'optimisation de la flotte.
• Approche de systèmes ouverts modulaires (MOSA) : pilotée par des normes militaires telles que SOSA (Sensor Open Systems Architecture) et FACE (Future Airborne Capability Environment), elle impose des interfaces définies et ouvertes. Cela facilite l'actualisation de la technologie et a un impact sur la façon dont les fabricants OEM/ODM conçoivent les capteurs et les unités de traitement pour qu'ils soient « plug-and-play » au sein de l'architecture.
• Conception cyber-résiliente : la sécurité n'est plus un module complémentaire mais un principe architectural fondamental. Cela comprend des modules de sécurité matérielle, des modules de plate-forme de confiance et des réseaux séparés pour protéger les systèmes de contrôle de vol critiques contre les menaces provenant du Wi-Fi des passagers ou des ports de maintenance.

Focus sur les achats : 5 préoccupations architecturales clés pour les programmes aérospatiaux russes et de la CEI

La planification de l'architecture des programmes en Russie et dans la CEI implique des exigences uniques motivées par la doctrine opérationnelle, les régimes de certification et la politique industrielle.

1. Conformité aux cadres nationaux de certification (AP, IAP, GOST RV) : l'ensemble de la conception architecturale, y compris la sélection des composants, doit être manifestement conforme aux règles de certification aéronautique de la Russie (Aviation Rules - AP) et aux normes militaires (GOST RV). Les fournisseurs qui comprennent ces cadres et peuvent fournir des données d’appui à la certification bénéficient d’un avantage significatif.
2. Résilience de l'architecture à la GE/EMI et renforcement physique : les systèmes doivent être architecturés pour des opérations dans des environnements denses de guerre électronique (GE). Cela influence des choix tels que le blindage des bus de données, l'utilisation de fibres optiques et la sélection de relais et contacteurs d'aviation militaire aux performances éprouvées sous des interférences électromagnétiques intenses.
3. Intégration avec les systèmes de navigation et de combat autochtones (GLONASS, etc.) : L'architecture doit avoir des interfaces définies et stables pour intégrer des systèmes spécifiques à la Russie comme la navigation GLONASS et les liaisons de données cryptées. Cela nécessite de la flexibilité dans les interfaces des capteurs et les protocoles de données.
4. Stratégie de prise en charge du cycle de vie et d'insertion technologique : étant donné les longs cycles de vie des plates-formes, l'architecture doit permettre des mises à jour technologiques périodiques sans refonte complète. Cela favorise les conceptions modulaires et les fournisseurs qui garantissent une disponibilité à long terme ( plus de 25 ans ) de composants clés tels que des fusibles spécifiques à l'aviation ou des modèles de capteurs.
5. Exigences de localisation et de compensation : les grands programmes nécessitent souvent un certain degré de production ou d'assemblage local. Les fournisseurs capables de concevoir des systèmes en utilisant un mélange de composants de base importés et de sous-ensembles d'origine locale/intégrés sont mieux placés. Cela a un impact sur la façon dont les systèmes sont partitionnés.

Le rôle de YM dans la prise en charge d'architectures avioniques robustes

YM agit non seulement en tant que fournisseur de composants mais aussi en tant que partenaire dans la mise en œuvre architecturale. Notre groupe d'ingénierie des systèmes avioniques travaille au sein de notre vaste installation qualifiée pour l'aérospatiale de 150 000 mètres carrés pour fournir des solutions qui s'intègrent parfaitement aux architectures modernes. Nous fabriquons des unités d'interface à distance conformes à l'IMA qui regroupent les données des capteurs d'aviation , produisons des compteurs d'aviation intelligents avec des sorties ARINC 429 ou AFDX et fournissons des panneaux de distribution d'énergie préconfigurés pour les architectures zonales. Notre R&D axé sur l'interopérabilité a conduit à des innovations brevetées telles que notre module d'interface de capteur universel , qui réduit la complexité du câblage en convertissant divers signaux de capteurs analogiques en un format numérique standard pour le réseau de gestion de la santé de l'avion.

Un cadre étape par étape pour l'intégration des composants dans l'architecture

Réussir à placer des composants dans une architecture nécessite une approche méthodique. Suivez cette séquence :

1. Définir les exigences du système et les objectifs de sécurité :
   • Établir les exigences fonctionnelles, les objectifs de sécurité (conformément à ARP4754/ARP4761) et définir les niveaux d'assurance de conception (DAL) pour chaque fonction.
   • Celui-ci détermine la criticité et donc la fiabilité requise des composants associés ( contacteurs, relais, capteurs ).
2. Développer l'architecture de haut niveau (HLA) :
   • Choisissez le paradigme de base (Fédéré, IMA, Hybride).
   • Définissez la topologie du réseau, le schéma de distribution d’énergie et les principales limites LRU.
   • Créez des documents de contrôle d'interface (ICD) pour tous les principaux sous-systèmes.
3. Sélection et spécifications des composants :
   • Sur la base du HLA, générez des spécifications détaillées pour chaque composant. Par exemple:
     • Contacteur d'aviation : tension de bobine, courant continu/interruption, besoins de suppression d'arc, retour d'état requis.
     • Capteur aéronautique : plage de mesure, précision, type de sortie (analogique, ARINC 429, numérique), alimentation.
     • Fusible d'aviation : courant nominal, caractéristique temps-courant, facteur de forme physique, numéro de pièce MIL ou GOST.
   • Évaluez les fournisseurs en fonction de leur conformité à ces spécifications, du support de certification et des engagements liés au cycle de vie.
4. Conception détaillée et planification de l'intégration :
   • Créez des schémas de câblage détaillés, des définitions de faisceaux et des dessins d'installation.
   • Planifiez l'intégration physique : montage, refroidissement, accès aux connecteurs et maintenabilité.
   • Définir les configurations logicielles pour les composants intelligents.
5. Vérification et validation (V&V) :
   • Testez les composants individuellement selon leurs spécifications.
   • Effectuer des tests d'intégration au niveau du sous-système et du système.
   • Vérifiez que le système intégré répond à toutes les exigences et objectifs de sécurité d’origine.

Gouvernance par des normes et processus spécifiques à l’aviation

L'architecture avionique n'est pas un art ; il s'agit d'un processus d'ingénierie discipliné régi par des normes internationales.

• ARP4754A / ED-79A : Lignes directrices pour le développement d'avions et de systèmes civils. La norme de processus globale pour l’ingénierie des systèmes, y compris le développement d’architecture.
• DO-178C / ED-12C : Considérations logicielles dans la certification des systèmes et équipements aéroportés. Régit le logiciel exécuté sur l’architecture.
• DO-254 / ED-80 : Guide d'assurance de conception pour le matériel électronique aéroporté. Couvre le matériel électronique complexe comme les ASIC personnalisés ou les FPGA au sein de l'architecture.
• DO-160 : Norme de test environnemental à laquelle chaque composant physique de l'architecture doit répondre pour son emplacement d'installation.
• AS9100 et protocoles spécifiques à l'industrie : l'ensemble du processus de développement et de fabrication de YM est structuré dans le cadre AS9100. Notre connaissance approfondie de ces normes garantit que les composants que nous fournissons sont conçus pour la certification dès le départ, facilitant ainsi le processus d'intégration et d'approbation des systèmes de surveillance de moteurs d'aviation de haute qualité ou des postes de pilotage complets de nos clients.

Foire aux questions (FAQ)

Q1 : Quels sont les principaux compromis entre une architecture fédérée et une architecture IMA pour une nouvelle plate-forme ?

R : Le choix dépend des objectifs du programme :
• Fédéré : Avantages : Certification plus simple (les fonctions sont isolées), plus facile à rechercher et à mettre à niveau les LRU individuelles, risque de développement réduit. Inconvénients : poids, volume, consommation d'énergie et besoins de refroidissement plus élevés ; câblage plus complexe.
• IMA : Avantages : Gains significatifs de poids/puissance/espace, plus grande intégration fonctionnelle et flexibilité, câblage réduit. Inconvénients : complexité de conception du système et d'intégration logicielle beaucoup plus élevée, certification plus difficile en raison du partage des ressources, dépendance plus élevée à l'égard de quelques unités informatiques de base.

Q2 : Quel est l'impact du passage au « plus électrique » sur l'architecture de distribution d'énergie avionique ?

R : Cela le transforme fondamentalement. Les AME exigent :
• Capacité de puissance supérieure : générateurs plus gros, câblage de distribution plus lourd et contacteurs aéronautiques plus robustes.
• Nouveaux niveaux de tension : introduction de bus 270 V CC ou CA à fréquence variable.
• Protection avancée : les SSPC deviennent plus attrayants que les fusibles et relais traditionnels en raison de leur programmabilité et de leurs capacités de diagnostic.
• Gestion thermique : rejeter davantage de chaleur électrique résiduelle devient une considération architecturale majeure, ayant un impact sur la conception du système de refroidissement.

Q3 : En tant qu'OEM, comment YM peut-il nous aider à réduire les risques liés à la phase de planification et d'intégration de l'architecture ?

R : YM fournit une assistance à plusieurs niveaux :
• Au niveau des composants : fourniture de composants éprouvés et certifiés tels que des relais et des capteurs pour l'aviation militaire avec des packages de données complets.