第4章飛行器機(jī)載設(shè)備

第4章飛行器機(jī)載設(shè)備§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)§4.2飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)§4.3飛行器飛行控制系統(tǒng)§4.4其他機(jī)載設(shè)備§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)飛行器通過傳感器測(cè)量各種直接參數(shù)，由機(jī)載計(jì)算機(jī)計(jì)算得到間接參數(shù)，經(jīng)系統(tǒng)處理轉(zhuǎn)變?yōu)榭娠@示的參數(shù)，由顯示系統(tǒng)以指針、數(shù)字或圖形方式顯示出來，或?qū)⑦@些參數(shù)傳輸給自動(dòng)控制系統(tǒng)，產(chǎn)生控制指令，直接操縱飛行器改變飛行狀態(tài)或?qū)ν獠渴录鞒龇磻?yīng)?！?.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)需要測(cè)量的飛行器狀態(tài)參數(shù)可歸結(jié)為以下幾類：

(1)飛行參數(shù)—飛行高度、速度、加速度、姿態(tài)角和姿態(tài)角速度等；

(2)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)—發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、溫度、燃油量、進(jìn)氣壓力、燃油壓力等；

(3)導(dǎo)航參數(shù)—位置、航向、高度、速度、距離等；

(4)生命保障系統(tǒng)參數(shù)—座艙溫度、濕度、氣壓、氧氣含量、氧氣儲(chǔ)備量等；

(5)飛行員生理參數(shù)—飛行員脈搏、血壓、睡醒狀態(tài)等；

(6)武器瞄準(zhǔn)系統(tǒng)參數(shù)—目標(biāo)的距離、速度、高度、雷達(dá)警告、攻擊警告等；

(7)其他系統(tǒng)參數(shù)—電源系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)備完好程度、結(jié)構(gòu)損壞程度等?！?.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)4.1.1飛行器參數(shù)測(cè)量的基本方法1．壓力傳感器（1）壓阻式§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)4.1.1飛行器參數(shù)測(cè)量的基本方法1．壓力傳感器（2）諧振式§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)4.1.1飛行器參數(shù)測(cè)量的基本方法2．溫度傳感器(1)電阻式溫度傳感器

金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度升高而增大；半導(dǎo)體的電阻有的隨溫度升高而增大，有的隨溫度升高而減小。電阻值與溫度都有確定的函數(shù)關(guān)系，因此測(cè)量其電阻值就可以測(cè)量溫度。前者稱為熱電阻，后者稱為熱敏電阻?！?.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)4.1.1飛行器參數(shù)測(cè)量的基本方法2.溫度傳感器(2)熱電偶式溫度傳感器熱電偶中溫度高的一端叫熱端(工作端)，另一端叫冷端(自由端)。熱電偶方式比較適合于高溫測(cè)量，例如活塞發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸頭溫度、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度等大都采用這種方式測(cè)量?！?.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)4.1.1飛行器參數(shù)測(cè)量的基本方法2.溫度傳感器(2)熱電偶式溫度傳感器§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)3．轉(zhuǎn)速傳感器磁敏電阻脈沖傳感器是一種非接觸式數(shù)字化傳感器，它是將機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的物體表面粘貼上磁敏條，通過檢測(cè)其移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的脈沖，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖電信號(hào)的基礎(chǔ)元器件?？捎糜跍y(cè)量轉(zhuǎn)速、位移、頻率、液面位置等參數(shù)，還可以作為接近開關(guān)應(yīng)用于鋼鐵部件的定位、限位和行程開關(guān)等方面。特別適合于像發(fā)動(dòng)機(jī)主軸等高速運(yùn)轉(zhuǎn)部件的非接觸式測(cè)量?！?.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)

4．加速度傳感器

擺式加速度計(jì)液浮式加速度機(jī)§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)5．迎角傳感器迎角傳感器是測(cè)量飛機(jī)軸線相對(duì)氣流的夾角的傳感器。

§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)4.1.2主要飛行狀態(tài)參數(shù)的測(cè)量1．飛行高度的測(cè)量§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)4.1.2主要飛行狀態(tài)參數(shù)的測(cè)量1．飛行高度的測(cè)量(1)氣壓式高度表在地球重力場(chǎng)中，大氣壓力隨高度的增加而減小，并且有確定的函數(shù)關(guān)系。這個(gè)函數(shù)關(guān)系由國際標(biāo)準(zhǔn)大氣給定(見第二章)。氣壓測(cè)高法就是通過測(cè)量飛行器所在位置的大氣壓力，通過換算間接得到飛行高度的?！?.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)4.1.2主要飛行狀態(tài)參數(shù)的測(cè)量1．飛行高度的測(cè)量(2)無線電高度表

飛行器通過天線向地面發(fā)射無線電波，到達(dá)地面后會(huì)產(chǎn)生反射，飛行器上的接收機(jī)接收反射波，通過計(jì)算就可以確定高度了。

§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)4.1.2主要飛行狀態(tài)參數(shù)的測(cè)量2.飛行速度的測(cè)量

(1)氣壓式空速表

§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)氣壓式空速表原理圖§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)組合式空速表原理圖§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)氣壓式升降速度表§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)

4．1．3大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)

現(xiàn)代飛行器的飛行控制系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)和儀表顯示系統(tǒng)等需要準(zhǔn)確的靜壓、動(dòng)壓、溫度、密度、高度、高度變化率、指示空速、真實(shí)空速等信息，而上述這些參數(shù)只是空氣總壓、靜壓、總溫的函數(shù)，如果像采用氣壓式空速表等單個(gè)的傳感器和儀表系統(tǒng)各自提供這些信息，不僅增加體積、重量和成本，而且不便維護(hù)，同時(shí)影響這些信息的測(cè)量精度。大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)就是提供一種綜合的、高精度的大氣數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)。它由核心部件大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)、壓力和溫度傳感器，迎角和側(cè)滑角傳感器以及輸入、輸出接口和顯示器等幾部分組成?！?.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)4．1．4飛行姿態(tài)角度的測(cè)量

1．陀螺儀

(1)機(jī)械陀螺§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)4．1．4飛行姿態(tài)角度的測(cè)量

1．陀螺儀

(2)靜電陀螺§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)4．1．4飛行姿態(tài)角度的測(cè)量

1．陀螺儀

(3)激光陀螺§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)4．1．4飛行姿態(tài)角度的測(cè)量

2．磁羅盤真航向、磁航角和磁偏角§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)4．1．4飛行姿態(tài)角度的測(cè)量

3．陀螺地平儀§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)4.1.5飛行器顯示系統(tǒng)

1．機(jī)械儀表飛行器上的機(jī)械式、電氣式和電動(dòng)式機(jī)械儀表，均是利用顯示部件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來顯示被測(cè)參數(shù)值，如指針一刻度盤、指標(biāo)一刻度帶、標(biāo)記、圖形顯示、機(jī)械式計(jì)數(shù)器等。這類顯示器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，顯示清晰。指針一刻度盤和指標(biāo)—刻度帶的顯示過程能反映被測(cè)參數(shù)的變化趨勢(shì)。它們的缺點(diǎn)是部件間存在的摩擦影響顯示精度；壽命短、易受振動(dòng)、沖擊的影響；在低亮度環(huán)境中需要照明；不易實(shí)現(xiàn)綜合顯示。

§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)4.1.5飛行器顯示系統(tǒng)

2.電子顯示系統(tǒng)表優(yōu)點(diǎn)是：

(1)顯示靈活多樣，形象逼真，顯示形式有字符、圖形、表格等，并可以用彩色顯示；

(2)容易實(shí)現(xiàn)綜合顯示，所以減少了儀表數(shù)量，使儀表板布局簡(jiǎn)潔，便于觀察；

(3)由于消除了機(jī)械儀表因摩擦、振動(dòng)等引起的附加誤差，顯示精度顯著提高；

(4)采用固態(tài)器件，壽命長，可靠性高；(5)隨著集成化程度的提高，重量不斷減輕，價(jià)格不斷下降?！?.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)4.1.5飛行器顯示系統(tǒng)

2.電子顯示系統(tǒng)表§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)4.1.5飛行器顯示系統(tǒng)

3.頭盔顯示系統(tǒng)主要功用有：

(1)控制直升機(jī)活動(dòng)炮塔武器進(jìn)行瞄準(zhǔn)射擊；

(2)跟蹤和截獲目標(biāo)，給導(dǎo)彈攻擊指示目標(biāo)；

(3)傳遞目標(biāo)數(shù)據(jù)(這里是指飛機(jī)之間、空地之間進(jìn)行目標(biāo)信息的非語言通訊聯(lián)絡(luò))；

(4)目視啟動(dòng)控制裝置，例如飛行員的視線對(duì)準(zhǔn)一個(gè)開關(guān)，這個(gè)開關(guān)便會(huì)顯亮，加上左手按壓專門的觸發(fā)按鈕，便可啟動(dòng)這個(gè)開關(guān)；§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)§4.1傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng)4.1.5飛行器顯示系統(tǒng)

4.顯示系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)隨著語音技術(shù)，觸摸屏技術(shù)的成熟，顯示器將發(fā)展為大屏幕全景顯示器。它將整個(gè)儀表板集成為一塊大的觸摸顯示屏，飛行員只需觸及屏幕某一位置，就可以相應(yīng)地改變顯示格式，調(diào)出更多的數(shù)據(jù)信息，也可以發(fā)出指令使系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)。目前飛行員主要是通過視覺和觸覺進(jìn)行飛行，在聽覺方面，除通訊對(duì)話外相對(duì)比較輕松。今后，顯示系統(tǒng)可以通過語言來通報(bào)顯示信息，飛行員也可以通過語音進(jìn)行指令控制，用以調(diào)動(dòng)飛行員的聽覺，減輕視覺負(fù)擔(dān)?！?.2飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)4.2.1無線電導(dǎo)航系統(tǒng)(RadioNavigationSystem)4.2.2慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(InertialNavigationSystem)4.2.3衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(SatelliteNavigationSystem)4.2.4圖像匹配導(dǎo)航系統(tǒng)(ImageMatchingNavigationSystem)4.2.5天文導(dǎo)航系統(tǒng)(CelestiaINavigationSystem)4.2.6組合導(dǎo)航技術(shù)(CombinedNavigationSystem)

§4.2飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)4.2.1無線電導(dǎo)航系統(tǒng)1．測(cè)向無線電導(dǎo)航系統(tǒng)(1)自動(dòng)測(cè)向器(AutomaticDirectionFinder簡(jiǎn)稱ADF)自動(dòng)測(cè)向器是在飛行器上用方向性天線接收來自地面導(dǎo)航臺(tái)發(fā)射的無線電波，并確定電波來向相對(duì)于飛行器縱軸線的夾角的導(dǎo)航設(shè)備。

§4.2飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)§4.2飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)4.2.1無線電導(dǎo)航系統(tǒng)1．測(cè)向無線電導(dǎo)航系統(tǒng)(2)全向信標(biāo)系統(tǒng)(VHFOmnidirectionalRange簡(jiǎn)稱VOR）由全向信標(biāo)臺(tái)和機(jī)上接收系統(tǒng)組成。地面全向信標(biāo)臺(tái)發(fā)射的電波幅度是變化的(稱為調(diào)幅)，幅度的變化規(guī)律受兩個(gè)低頻余弦信號(hào)控制。其一稱為基準(zhǔn)相位信號(hào)，在所有方向上都同時(shí)達(dá)到最大值；而另一個(gè)稱為可變相位信號(hào)，在正北方與基準(zhǔn)相位信號(hào)同時(shí)達(dá)到最大值(相位差為0°)，而在其他方向，它與基準(zhǔn)相位信號(hào)的相位差與所在的方位角相一致。飛行器上的接收系統(tǒng)，接收來自導(dǎo)航臺(tái)的信號(hào)后，測(cè)量出基準(zhǔn)相位信號(hào)與可變相位信號(hào)之間的相位差，就可以確定出飛行器位于地面導(dǎo)航臺(tái)哪個(gè)方位上。

§4.2飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)§4.2飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)4.2.1無線電導(dǎo)航系統(tǒng)2.測(cè)距無線電導(dǎo)航系統(tǒng)DME系統(tǒng)工作在962～1213MH之間。飛行器上的詢問器以某一頻率每隔1／150S到1／24S發(fā)射一次信號(hào)(即重復(fù)頻率為24Hz到150Hz之間)。發(fā)射電波的時(shí)間很短，而休止時(shí)間相對(duì)很長，這樣的信號(hào)稱為脈沖信號(hào)——詢問脈沖。地面導(dǎo)航臺(tái)接收到詢問器發(fā)出的信號(hào)，檢驗(yàn)后以另一個(gè)頻率發(fā)射脈沖——應(yīng)答脈沖。詢問器的接收機(jī)接收應(yīng)答脈沖，測(cè)量出從發(fā)出詢問脈沖到應(yīng)答脈沖之間的時(shí)間間隔，即可換算出飛行器到地面導(dǎo)航臺(tái)的斜距。如果把VOR臺(tái)和DME應(yīng)答器設(shè)置在同一個(gè)導(dǎo)航臺(tái)，則飛行員可以根據(jù)機(jī)上設(shè)備的指示，以極坐標(biāo)的方式確定飛行器相對(duì)于導(dǎo)航臺(tái)的位置。§4.2飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)4.2.1無線電導(dǎo)航系統(tǒng)3．測(cè)距差無線電導(dǎo)航系統(tǒng)§4.2飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)4.2.2慣性導(dǎo)航系統(tǒng)慣性導(dǎo)航是通過測(cè)量飛行器的加速度，經(jīng)運(yùn)算處理得到飛行器當(dāng)時(shí)的速度和位置的一種綜合性導(dǎo)航技術(shù)。它的主要功能是：自動(dòng)測(cè)量飛行器各種導(dǎo)航參數(shù)及飛行控制參數(shù)，供飛行員使用或與其他控制系統(tǒng)配合，完成對(duì)飛行器的自動(dòng)控制(駕駛)?！?.2飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)4.2.2慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

1．慣性導(dǎo)航的組成和工作原理由牛頓第二定律可知，當(dāng)物體受外力作同時(shí)，將會(huì)沿外力作用方向產(chǎn)生加速度，若已知的初始位置，初始速度和運(yùn)動(dòng)中的加速度，則通過兩次積分可以求得任一時(shí)刻的速度和位置。2．特點(diǎn)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是由慣性器件構(gòu)成的自主式導(dǎo)航設(shè)備；無需地面或空間其它任何輔助設(shè)備可自行獲得飛行導(dǎo)航參數(shù)由于存在測(cè)量誤差，而使定位誤差隨時(shí)間積累，制造精度要求高。3．慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的組成慣性測(cè)量組件（陀螺儀和加速度計(jì)）慣導(dǎo)平臺(tái)計(jì)算機(jī)顯示器§4.2飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)4.2.2慣性導(dǎo)航系統(tǒng)§4.2飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)4.2.2慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

2．兩類慣性導(dǎo)航系統(tǒng)平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。特點(diǎn)：有慣導(dǎo)平臺(tái)，利用慣導(dǎo)平臺(tái)可以保證加速度計(jì)永處于慣性空間水平面內(nèi)，并有確定的指向，不受地球重力加速度影響，但構(gòu)造復(fù)雜，造價(jià)昂貴。

捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。特點(diǎn)：沒有機(jī)電式慣性平臺(tái)，將加速度計(jì)直接安裝在飛行器上，測(cè)得軸直接與飛機(jī)機(jī)體軸一致。平臺(tái)的功能通過計(jì)算機(jī)計(jì)算來實(shí)現(xiàn)。形成“軟件平臺(tái)”。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單是最大優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)計(jì)算機(jī)要求較高?！?.2飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)4.2.3衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)1.衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的組成導(dǎo)航衛(wèi)星：24個(gè)衛(wèi)星分布在對(duì)赤道傾角為55°的六個(gè)軌道平面上，每個(gè)軌道上有四個(gè)星，在任何時(shí)間至少有四顆星在地平線仰角7.5°以上，可供使用。地面站：監(jiān)控站、主控站和上行注入站用戶設(shè)備：GPS接收機(jī)§4.2飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)4.2.3