第2章+第4節(jié)+航空電子系統(tǒng)

第二章民用航空器第一小節(jié)飛機(jī)的儀表裝置飛機(jī)儀表裝置提供飛機(jī)的各種信息和數(shù)據(jù)，使駕駛員及時了解飛行情況，對飛機(jī)進(jìn)行控制，從而完成飛行任務(wù)。航空儀表的分類（1）飛行儀表（EFIS)——通過測量并指示出飛機(jī)的各種運動參數(shù)，幫助飛行員駕駛飛機(jī)完成飛行。（2）導(dǎo)航儀表(ECAM)——用于顯示飛機(jī)的位置，起到定向和定位的作用。（3）發(fā)動機(jī)儀表（EWD)——用于指示發(fā)動機(jī)工作系統(tǒng)中的各種參數(shù)。（4）系統(tǒng)狀態(tài)儀表（SD)——用于指示飛機(jī)的其他系統(tǒng)（如液壓、燃油、空調(diào)、起落架等）或設(shè)備的運行情況。一、飛行儀表1.大氣數(shù)據(jù)儀表（1）全/靜壓系統(tǒng)用于收集氣流的全壓和靜壓，并把它們輸送到需要全壓、靜壓的儀表和有關(guān)設(shè)備。（2）大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)將測量的全壓、靜壓、總溫等數(shù)據(jù)經(jīng)過計算輸出大量的大氣數(shù)據(jù)信息。傳感器測量裝置全/靜壓管（探頭）

氣壓式儀表（1）氣壓高度表2.主要大氣數(shù)據(jù)儀表①高度飛機(jī)飛行的高度是指飛機(jī)在空中的位置和所選定的基準(zhǔn)面之間的高度差值。氣壓變化1百帕=8.25米標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓：1013.2百帕1013.2百帕=760毫米汞柱高=29.92英寸汞柱高各種高度之間的關(guān)系機(jī)場標(biāo)高測量原理：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓中氣壓（靜壓）與高度對應(yīng)關(guān)系，測量氣壓的大小，就可以表示出高度的高低。氣壓高度表原理②垂直（升降）速度表測量原理：高度的變化率（或稱垂直速度）就是單位時間內(nèi)飛機(jī)高度的變化量。飛機(jī)高度發(fā)生變化，氣壓也隨著變化；氣壓變化快慢，可以表示飛機(jī)高度變化的快慢，即升降速度的大小。因此測量出氣壓變化的快慢，就能表示出飛機(jī)的升降速度。“0”——表示飛機(jī)平飛“0”以上——表示飛機(jī)爬升“0”以下——表示飛機(jī)下降③空速表測量原理：根據(jù)空速與動壓的關(guān)系，利用開口膜盒測量動壓，從而得到指示空速。④馬赫－空速表結(jié)構(gòu)與測量原理與空速表基本相同。2.陀螺儀表（1）陀螺原理①基本特性定軸性進(jìn)動性①二自由度陀螺儀②三自由度①地平儀（三自由度陀螺）（2）陀螺儀表地坪儀的測量原理地坪儀地平儀②轉(zhuǎn)彎協(xié)調(diào)儀（兩自由度陀螺）轉(zhuǎn)彎協(xié)調(diào)儀（兩自由度陀螺）③姿態(tài)指引儀二、導(dǎo)航儀表1.磁羅盤通過感受地磁場來測量飛機(jī)的磁航向。2.航向指示器T型布局儀表的T型布局0現(xiàn)代飛機(jī)綜合儀表四、綜合電子儀表系統(tǒng)電子飛行儀表系統(tǒng)電子集成飛機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)PFD

T型布局EWDSD二、綜合電子控制系統(tǒng)EFIS——ElectronicFlightInstrumentSystemPFD-PrimaryFlightDisplay（主飛行顯示）ND-NavigationDisplay（導(dǎo)航顯示）PFD-PrimaryFlightDisplay（主飛行顯示）ND-NavigationDisplay（導(dǎo)航顯示）EFIS——ElectronicFlightInstrumentSystemPFD-PrimaryFlightDisplay（主飛行顯示）ND-NavigationDisplay（導(dǎo)航顯示）EFIS——ElectronicFlightInstrumentSystemPFD-PrimaryFlightDisplay（主飛行顯示）ND-NavigationDisplay（導(dǎo)航顯示）ECAM——ElectronicCentralizedAircraftMonitoringEWD-EngineWarningDisplay（主飛行顯示）SD-SystemDisplay（導(dǎo)航顯示）一、交通警告避撞系統(tǒng)（TCAS）－監(jiān)測周圍是否有裝有應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)－顯示潛在的或預(yù)計的相撞目標(biāo)－發(fā)出垂直避讓指令1)原理在二次雷達(dá)用應(yīng)答機(jī)確定飛機(jī)的編號、航向和高度的原理上,把詢問裝置裝在飛機(jī)上,使飛機(jī)之間可以顯示相互之間的距離間隔,從而使駕駛員知道在一定范圍內(nèi)飛行的航空器之間的相互間隔及時采取措施,避免碰撞。2)功能可以提供語言建議警告,計算機(jī)可以計算出監(jiān)視區(qū)內(nèi)30架以內(nèi)飛機(jī)的動向和可能的危險接近,使駕駛員有25~40秒的時間采取措施。ATC應(yīng)答機(jī)向二次監(jiān)視雷達(dá)提供位置、識別和高度信息

地面的管制雷達(dá)要求有能力辨別飛機(jī)的識別代碼和氣壓高度,這種管制雷達(dá)稱為二次雷達(dá)。二次雷達(dá)向飛機(jī)發(fā)出詢問信號,機(jī)上的應(yīng)答機(jī)就被觸發(fā)，應(yīng)答機(jī)根據(jù)地面詢問的模式自動產(chǎn)生應(yīng)答脈沖信號，向地面雷達(dá)報告飛機(jī)的編碼或飛行高度，這樣在雷達(dá)屏幕上的飛機(jī)光點就會顯示出飛機(jī)的編碼和高度。二、自動駕駛飛行儀表眼、腦、手駕駛桿舵面飛機(jī)氣動力人工操縱回路感應(yīng)元件舵面飛機(jī)氣動力自動駕駛儀操縱回路執(zhí)行元件變換放大元件飛機(jī)駕駛自動化的進(jìn)一步發(fā)展,要求把飛機(jī)的信號基準(zhǔn)系統(tǒng)(大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)、慣性基準(zhǔn)系統(tǒng))、自動駕駛系統(tǒng)(自動飛行控制系統(tǒng)、推力管理系統(tǒng)等)和顯示系統(tǒng)(電子飛行儀表系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)顯示與機(jī)組警告系統(tǒng))統(tǒng)一綜合管理,使飛機(jī)在整個航線實現(xiàn)最佳性能的自動駕駛飛行。這個任務(wù)由飛行管理計算機(jī)系統(tǒng)完成。三、飛行管理計算機(jī)系統(tǒng)(FMCS)1、飛行管理計算機(jī)系統(tǒng)(FMCS)1）控制顯示組件(CDU)它的作用是幫駕駛員在起飛前把飛行計劃和指令輸入到系統(tǒng)中,輸入的數(shù)據(jù)包括航路、航段、離港/進(jìn)港、爬升、巡航等待下降等,同時按駕駛員的要求顯示和整個航路有關(guān)的資料和數(shù)據(jù),它上面的顯示屏是為了駕駛員輸入整個飛行計劃時顯示而用。2）飛行管理計算機(jī)它是一個功能強(qiáng)大的計算機(jī)系統(tǒng),儲存著有關(guān)飛機(jī)性能和航路的大量信息,從傳感系統(tǒng)接收和監(jiān)控飛行中的動態(tài)信息數(shù)據(jù),計算和處理后,在顯示系統(tǒng)上顯示數(shù)據(jù),并發(fā)出指令到飛行控制系統(tǒng)去執(zhí)行。飛行管理系統(tǒng)FCUIRSFMC#2DMECDUAUTOTHROTTLECREWCLOCKFUELFLOWRECORDERSAUTOPILOTDISPLAYSADCVORILSTOTALFUELFMS2、飛行信息記錄系統(tǒng)飛行信息記錄系統(tǒng)包括兩個部分：一個是駕駛艙話音記錄器,把駕駛艙內(nèi)發(fā)生的聲音和飛行的各種性能數(shù)據(jù)記錄在磁帶上，只記錄飛行的最后2小時內(nèi)的信號；另一個是飛行數(shù)據(jù)記錄器，可記錄25個小時的60多種數(shù)據(jù),其中有16種是必錄數(shù)據(jù)(主要是加速度、姿態(tài)、空速、時間、推力及各操縱面的位置)。這些磁帶記錄器儲存在一個耐熱抗震的金屬容器中，這就是通常所說的黑匣子。容器要求能承受1000g的過載沖擊,30分鐘1100℃高溫,海水中浸泡30天而不進(jìn)水,并帶有自動信號發(fā)生器和水下超大型定位標(biāo),在失落后30天內(nèi)發(fā)射信號,以便搜尋人員尋找。它一般裝在垂尾下方的機(jī)身后段。飛行記錄器的用途包括:事故分析：記錄的數(shù)據(jù)在飛機(jī)失事后再現(xiàn),用模擬器模擬,是分析事故原因最直接可靠的方法,國際民航組織規(guī)定民航機(jī)必須安裝飛行記錄器;機(jī)務(wù)維修：從這些記錄上可以發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的故障,從而適時進(jìn)行維修;用于飛行試驗。四、黑匣子駕駛艙語音記錄器飛行數(shù)據(jù)記錄器數(shù)據(jù)總線向駕駛員提供飛機(jī)以不安全的方式或速度靠近地面的警告,防止發(fā)生因疏忽或計算不周而發(fā)生的觸地事故。系統(tǒng)核心是近地警告計算機(jī),計算機(jī)由儀表著陸系統(tǒng)、無線電高度表、大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)、慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)、襟翼收放、起落架收放位置傳感器接收信息。在處理后,一旦發(fā)現(xiàn)不安全狀態(tài)就通過燈光和聲音通知駕駛員,直到駕駛員采取措施脫離不安全狀態(tài)時信號終止。五、近地警告系統(tǒng)(GPWS)近地警告系統(tǒng)（GPWS）（1）過大下降率警告；（2）過大接近率警告；（3）起飛或復(fù)飛掉高度過大警告；（4）不安全離地高度警告；（5）低于下滑道過大警告；（6）低于決斷高度警告；（7）風(fēng)切變警告。大氣數(shù)據(jù)傳感器空氣動力力和力矩電信號操縱面位置指令動作筒位置反饋動作筒操縱面飛機(jī)氣動力飛機(jī)運動運動傳感器駕駛桿電信號傳送六、電傳操縱（Fly-by-Wire）自動駕駛的合乎邏輯的進(jìn)展就是把操縱系統(tǒng)中的機(jī)械傳輸部分全部用電信號代替,于是就產(chǎn)生了電傳操縱。電傳操縱時,駕駛員操縱駕駛桿把指令信號直接輸入飛行控制計算機(jī)中去,飛行控制計算機(jī)把指令信號和各傳感系統(tǒng)來的信號相比較,把相差的部分通過計算送人操縱面回路,控制操縱面運動。電傳操縱的優(yōu)點:①操縱的靈敏性大大提高,省去了機(jī)械系統(tǒng)的摩擦,時間延遲,使反應(yīng)速度提高。②自動駕駛系統(tǒng)的功能完整統(tǒng)一,各種飛行指令由飛行控制計算機(jī)統(tǒng)一輸出,避免了駕駛員手操縱和自動操縱之間的不協(xié)調(diào)。③飛機(jī)的機(jī)動性能提高,由于電傳操縱的操縱性能的提高,飛機(jī)的穩(wěn)定性要求可以降低,對現(xiàn)有飛機(jī)可以在以前某些不允許的飛行狀態(tài)下飛行,對新設(shè)計的飛機(jī)就可以降低飛機(jī)的穩(wěn)定度改變飛機(jī)外形,從而降低飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量,提高飛行性能。④由于機(jī)械系統(tǒng)的減少,減少了重量,提高了可靠性,例如駕駛盤就用很小的駕駛桿來代替了。電傳操縱帶來的問題:①由于電操縱是個新事物,因而對機(jī)組人員有一個重新培訓(xùn)和學(xué)習(xí)的過程,要經(jīng)歷一個不適應(yīng)的時期。②電傳操縱的可靠性曾是人們擔(dān)心的一個主要問題,機(jī)械系統(tǒng)的故障通常是在表面的、可見的,并且已經(jīng)積累了大量維修經(jīng)驗。電傳操縱的故障一般說來是隱蔽的、突發(fā)的,一旦空中出現(xiàn)故障就會導(dǎo)致重大事故。目前電傳操縱采用了四余度,即有4套相同的系統(tǒng),它的事故率為2.5×10-8即飛行1千萬小時只有1次,這樣就保證了系統(tǒng)在全壽命中的可靠性。三、導(dǎo)航系統(tǒng)1.羅盤飛機(jī)上的羅盤有兩種:磁羅盤無線電羅盤，稱為自動定向機(jī)(ADF)。100~2000kHz。羅盤系統(tǒng)是用于飛機(jī)定向儀表用來測定飛機(jī)縱軸與地面導(dǎo)航臺的相對方位角，從而引導(dǎo)飛機(jī)按一定方向飛行自動定向機(jī)(ADF)

NDB臺ADF水平狀態(tài)指示器HSIHorizontalSituationIndicator2.測距機(jī)（DME）DME（DistanceMeasuringEquipment)，通過無線電磁波測量飛機(jī)與地面DME臺之間的距離（斜距）。（3）無線電高度表測量飛機(jī)相對地面的真實高度。測高范圍在0-2500英尺或0-5000英尺的低高度主要用于在進(jìn)近和著陸過程中，配合近地警告系統(tǒng)（EGPWS）保證飛行安全。

（4）甚高頻全向信標(biāo)系統(tǒng)（VOR）通過測量飛機(jī)的方位和距離定位的無線電測角測距系統(tǒng)。（1）VOR/DME合裝臺（2）VORTAC（VORandTACAN）無線電磁指示儀（RMI)RadioMagneticIndicator（5）儀表著陸系統(tǒng)航向信標(biāo)（LOC,localizer）下滑信標(biāo)（GS,glideslope）指點信標(biāo)（MB,markerbeacon）每個分系統(tǒng)又由地面發(fā)射設(shè)備和機(jī)載設(shè)備組成。為駕駛員提供進(jìn)近和著陸引導(dǎo)。ILS利用無線電信號建立一條標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)近著陸下滑道。駕駛員或自動駕駛儀保持飛機(jī)沿此路線進(jìn)近即可安全著陸。ILS使飛機(jī)可以在夜間和能見度很低的壞天氣下降落,大大提高了民航飛機(jī)的使用性能。航向臺天線下滑臺天線五、氣象雷達(dá)可以探測雷雨、湍流、風(fēng)切變等危險區(qū)，探測前下方的地形；探測航路上的山峰等空中障礙物。

飛機(jī)在加油或有其他飛機(jī)在加油時，不能接通雷達(dá)。飛機(jī)在機(jī)庫或朝著大的建筑物時，不能接通雷達(dá)。六、慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)距離速度加速度3個加速度計測出飛機(jī)在3個軸向上的線加速度,利用對應(yīng)于3個軸的陀螺測出飛機(jī)在3個軸上的角加速度距離3個加速度計測出飛機(jī)在3個軸向上的線加速度,利用對應(yīng)于3個軸的陀螺測出飛機(jī)在3個軸上的角加速度距離3個加速度計測出飛機(jī)在3個軸向上的線加速度,利用對應(yīng)于3個軸的陀螺測出飛機(jī)在3個軸上的角加速度保證三個軸指向恒定，計算出來的坐標(biāo)位置是我們所需要的經(jīng)、緯度和高度坐標(biāo)。早期的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)使用一個三軸陀螺平臺,加速度計置于這個平臺上,利用高速旋轉(zhuǎn)的陀螺的方向穩(wěn)定性,平臺的3個軸不隨著飛機(jī)的運動而變化,它始終指向隨經(jīng)緯度變化的地垂線和經(jīng)度線,這樣就得到了所需的坐標(biāo)。這種導(dǎo)航平臺由于精度要求高,陀螺部件高速轉(zhuǎn)動,因而它的造價極高,維修也很不容易。捷聯(lián)式的慣導(dǎo)系統(tǒng)省去了復(fù)雜的機(jī)電式的慣導(dǎo)平臺,不僅降低了造價,而且提高了可靠性和精度,它的關(guān)鍵在于計算機(jī)能精確完成復(fù)雜的計算并實時顯示出來。目前先進(jìn)的大型民航機(jī)上,捷聯(lián)式慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)已經(jīng)成了基本設(shè)備,平臺式的已經(jīng)很少使用了。八、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)三維空間定位精度已經(jīng)達(dá)到10米以內(nèi),三維速度精度優(yōu)于2cm/s，時間精度為20～30ns。四、飛機(jī)無線電通信系統(tǒng)甚高頻通信系統(tǒng)高頻通信系統(tǒng)選擇呼叫系統(tǒng)音頻綜合系統(tǒng)飛行內(nèi)話系統(tǒng)勤務(wù)內(nèi)話系統(tǒng)客艙廣播及娛樂系統(tǒng)呼喚系統(tǒng)1.甚高頻通信系統(tǒng)(VHFCOMM)作用范圍：目視范圍之內(nèi)，作用距離隨高度變化，在高度為300米時距離為74公里。高度為6000米時，通信距離在350km左右。用途：主要用于飛機(jī)在起飛、降落時或通過控制空域時機(jī)組人員和地面人員的雙向語音通信。飛機(jī)上一般都裝有一套以上的備用系統(tǒng)。

2、高頻通信系統(tǒng)(HF)飛機(jī)的電子儀表裝置它使用了和短波廣播的頻率范圍相同的電磁波,它利用電離層的反射,因而通信距離可達(dá)數(shù)千公里。3、選擇呼叫系統(tǒng)(SELCAL)它的作用是用于當(dāng)?shù)孛婧艚幸患茱w機(jī)時,飛機(jī)上的選擇呼叫系統(tǒng)以燈光和音響通知機(jī)組有人呼叫,從而進(jìn)行聯(lián)絡(luò),避免了駕駛員長時間等候呼叫