【LED照明技術應用于飛機外部照明的設計4900字（論文）】

LED照明技術應用于飛機外部照明的設計目錄TOC\o"1-3"\h\u29690引言 4173491飛機外部照明系統(tǒng)的發(fā)展簡介 4168102飛機外部照明系統(tǒng)的技術現(xiàn)狀 5302382.1飛機傳統(tǒng)外部照明燈 5131362.2飛機LED照明高效 6288062.3LED燈應用壽命長 654602.4響應速度快 7229813飛機外部照明作用介紹 756533.1防撞燈 7159503.2機頭燈 9106503.3著陸燈 924324LED照明技術應用于飛機外部照明的設計 10233944.1LED使用靈活性 10195014.2客艙LED顯色性 10217364.3駕駛艙LED效率高 1115887總結 1131364參考文獻 13

引言飛機照明是航空照明技術的一個重要分支。飛機照明技術在一定程度上反映了各個時期照明技術的特點。光源是照明技術的核心，它推動了照明技術的發(fā)展。LED光源是冷光源、高效低壓光源和低功率光源，有10-50%的LED燈、白熾燈和熒光燈。一個熒光燈泡需要10萬小時，10次和100次。LED燈，而不是白熾燈。安全、可靠和維護設施。在中國，照明占總能源產量的12%。全球航空運輸市場蓬勃發(fā)展，各大機場繼續(xù)實現(xiàn)客運現(xiàn)代化。然而，與此同時，航空公司之間的競爭也在加劇，乘客舒適度逐漸成為航空公司選擇的重要標準。雖然機上就餐會在一定程度上降低乘客的出行舒適度，但在利潤率持續(xù)下降的情況下，航空公司必須采取其他創(chuàng)新手段提高品牌競爭力，以吸引更多乘客。目前，飛機外部照明對強度、抗振動、使用壽命長、可靠性高等性能要求很高。不同的光源實現(xiàn)不同的功能，對光分布有一定的要求。傳統(tǒng)的外部照明光源已不能滿足這些日益增長的技術要求。本發(fā)明具有亮度高、功耗低、使用壽命長等優(yōu)點，有助于推動飛機外部照明技術的發(fā)展。LED照明技術是近年來出現(xiàn)的新型照明技術,它采用第四代光源———半導體電致發(fā)光光源(LightEmittingDiode,簡稱LED),具有低電壓驅動、發(fā)光效率高、顯色性好、色度可調、體積小便于集成、壽命長等優(yōu)勢,代表照明技術的發(fā)展方向,也是先進飛機照明技術的必然趨勢。1飛機外部照明系統(tǒng)的發(fā)展簡介飛機外部照明系統(tǒng)是用于在飛機上提供外部照明的照明系統(tǒng)的一部分。它是飛機照明的重要組成部分，確保飛機起飛、巡航和飛行著陸等操作階段。在航空技術發(fā)展的早期，飛機外部照明系統(tǒng)仍然非常原始。為了保證飛機在不同氣候條件下的正常飛行，飛機外部照明系統(tǒng)逐步完善。由于發(fā)動機、機翼和起落架與駕駛安全密切相關，它們總是首先出現(xiàn)在人們的腦海中。工程師們非常清楚，釘子和支架之間的差異可能意味著安全和災難性事故之間的差異?？諝庹彰饕膊焕?。它們出現(xiàn)在飛機的外部、駕駛艙和駕駛艙中，每個設備都有其特定的用途。工程師面臨的挑戰(zhàn)是在不影響舒適性、實用性或安全性的情況下，將光學系統(tǒng)集成到各種設備中。為了減少物理實驗，工程師們使用視覺模擬來設計照明系統(tǒng)，以滿足航空公司、乘客和監(jiān)管機構的期望。在1983年，最初擁有飛機外部照明系統(tǒng)概念的飛機在美國落成后，飛機廈的智能化成為了飛機外部照明系統(tǒng)發(fā)展的主流。發(fā)達國家在美國、日本、歐洲各國都在飛機外部照明系統(tǒng)中提出各自的工作計劃和目標。要徹底開發(fā)和LED資源，并首先是對于飛機外部照明系統(tǒng)能源。美國從2000年開始投資5億美元實施了“國家情報照明計劃”。美國的能源部預測，到2010年左右，美國將有百分之五的LED和熒光燈取代傳統(tǒng)照明，每年省電就達到350億美元。韓國政府正在實施將路燈變更為飛機外部照明系統(tǒng)智能照明系統(tǒng)的計劃。歐洲聯(lián)盟從2009年9月1日開始，所有飛機外部照明系統(tǒng)。波士頓大學教授薩姆拉茲(音)說:“我們正在做的事情是抓住這個機會，將網(wǎng)絡的功能嵌入到照明革命中”。希望用網(wǎng)絡技術代替飛機外部照明系統(tǒng)和熒光燈的方式來嵌入網(wǎng)絡技術。2飛機外部照明系統(tǒng)的技術現(xiàn)狀2.1飛機傳統(tǒng)外部照明燈1962年NickHolonyak發(fā)明了第一個發(fā)光二極管(LED),而后隨著技術和工藝的進步,LED的發(fā)光效率也不斷提高,但發(fā)光頻率僅限于紅外、紅光等波段。直到1993年日本的Nichia公司率先制備出功率效率達10%的GaN基異質結藍光LED,并利用藍光LED+黃光熒光粉的封裝形式于1997年首次得到了白光LED,發(fā)光效率約10lm/W,此后有關研究人員分別通過RGB三色LED組合及紫外LED+熒光粉的方式獲得高顯色性能的白光,照明光源的發(fā)展歷程如圖所示。圖1照明光源的發(fā)展歷程2.2飛機LED照明高效航行燈普遍采用的鹵素燈發(fā)光效率只有20～33lm/W,著陸燈、滑行燈及跑道轉彎燈常用的HID氙氣燈發(fā)光效率也只有80～100lm/W。而大功率白光LED發(fā)光效率已經達到120lm/W以上,且發(fā)光效率理論上可以達到283lm/W,隨著技術與工藝水平的提高仍有很大的提升空間。采用LED光源的外部照明系統(tǒng)將節(jié)省至少20%的電能,大大降低了電源系統(tǒng)的載荷。在傳統(tǒng)控制下，飛機LED照明控制系統(tǒng)簡單、高效、直接，但也依賴于人員控制能力、相對分散的管理控制，而不是有效的、實際的時間和自動化程度太低。這就是為什么LED照明自動化非常重要的原因。一采用飛機照明和推廣控制系統(tǒng)，不僅起到很好的效果，還可以提高飛機照明的管理水平，并產生明顯的經濟效益。2.3LED燈應用壽命長常用的鹵素燈的使用壽命在2000h以內,HID燈的使用壽命約3000h,而LED壽命可達到10萬小時以上,采用LED光源的燈具的壽命可達2萬小時以上,因此在飛機運營過程中更換較少,減少了維修次數(shù),提高了簽派可靠度。LED光源在各種惡劣環(huán)境下也能正常工作,不易損壞,相較于傳統(tǒng)光源降低了故障發(fā)生率,從而提高了使用壽命,降低了運營成本。采用LED燈條的照明系統(tǒng)每米客艙長度就需要使用100只LED燈管，HelioJet系統(tǒng)卻只需4只，這也是HelioJet所具備的明顯優(yōu)勢。若使用傳統(tǒng)LED燈條作為照明系統(tǒng)，寬體飛機的客艙需要的LED燈光為11000只左右，窄體飛機的客艙需要4000只左右。如果任何一支LED燈管出現(xiàn)了故障需要進行更換，制造商首先需要對其LED燈管備件按照累計工作時長和制造標準進行分類，從中挑選出與故障燈管狀態(tài)一致的更換件，才能夠保證燈光的一致性，不得不說這是一件非常繁瑣且復雜的任務。2.4響應速度快LED光源的響應時間在納秒量級,響應速度快,且在脈沖驅動下LED的壽命并不受影響,這個優(yōu)點使得LED光源可以用脈寬調制(PWM)的方式驅動,實現(xiàn)亮度的方便控制,應用于顯示、情景照明等場合。圖2LED可實現(xiàn)的色域3飛機外部照明作用介紹最早使用全LED照明的客機是日本全日航空公司于2011年投入運營的一架波音787飛機。盡管空客A320neo、波音737MAX、波音777X等第四代機型將全部采用LED照明系統(tǒng)，但現(xiàn)有機隊在進行客艙內飾改裝時大多數(shù)都會選擇在現(xiàn)有傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的基礎上加裝部分LED燈。但也有一些區(qū)域的LED加改裝需求并不那么強烈，因為這些區(qū)域使用低電壓服務燈的頻率極低，并不值得耗費額外成本完成LED燈改裝。3.1防撞燈圖3紅色防撞燈信標燈，英文為EACONLIGHT或BEACON，其分別安裝在飛機的上、下和中部各一只。用途是防止航空器相撞。此燈根據(jù)機型適配的控制器不同，以一定地頻率爆破閃爍。此燈在飛機推出及發(fā)動機運行時打開！只要飛機發(fā)動就必開。LED航行燈,圖是該航行燈的光強分布圖,圖中灰色實線是FAR25規(guī)定的前航行燈需要滿足的二面角光強分布,據(jù)設計結構仿真得到的光強分布,而黑色實線是實測的光強分布,可以看到使用LED光源的航行燈能很好地符合FAR25的相應規(guī)范,且基本上不存在摻入光強的問題。圖4綠色(左)、紅(右)色LED航行燈的光強分布3.2機頭燈英文為NOSE，此燈安裝在前起落架上，兩個燈分別叫做起飛燈和滑行燈。將選擇電門放在“T.O”位置時起飛燈和滑行燈都亮，放在“TAXI”時只有滑行燈亮。此燈用于滑行道及跑道的前方照明，飛機滑行時電門應放在“TAXI”位，進跑道后放在“T.O”位置。飛機起飛后關閉。前起落架收起時，自動關閉。圖5機頭燈3.3著陸燈英文為LANDINGLIGHT，此燈安裝在兩側機翼翼根，左右各兩只，用于起飛著陸時照亮跑道。此燈功率很大，使用時產熱很高，因此需要高速氣流進行冷卻，故而在地面起飛滑跑前才能打開，離地后關閉。在落地時也是如此，臨近地面時候打開，落地后就關閉了。圖6著陸燈圖7LED著陸燈飛行角度照明LED著陸燈,將原來的6個滑行/著陸/滑行轉彎燈用2個LED代替,從而簡化了外部照明系統(tǒng),降低了外部照明的功率消耗,并極大地提高了外部照明系統(tǒng)的可靠性。4LED照明技術應用于飛機外部照明的設計4.1LED使用靈活性飛機的外部照明系統(tǒng)LED改裝工作可在過夜檢修中完成，但正如在飛機客艙內部進行LED加改裝一樣，將飛機外部的鹵素照明燈改裝為LED燈也需要取得STC。由于如導航燈、防撞燈、起落架燈等外部組件對于飛行安全至關重要，所以申請STC的標準改裝更為嚴格。4.2客艙LED顯色性發(fā)光面積小是LED的重要特點,傳統(tǒng)的白熾燈燈絲長,氣體放電燈的氣體放電區(qū)域很大,因此發(fā)光面積都比較大,大面積光源的照明光學設計非常復雜,缺乏有效的設計方法,而飛機外部照明系統(tǒng)對光分布的要求很高,采用大面積光源時燈具的光學結構復雜,光利用率很低。1W大功率LED發(fā)光芯片為1mm×1mm×0.1mm,封裝后的LED發(fā)光面積也只有約1.5mm×1.5mm,發(fā)光面積非常小,近似點光源,在實際應用中,可以根據(jù)機外照明系統(tǒng)中各類燈的具體照明要求,通過成熟的非成像設計方法設計的透鏡或反光碗的光學結構,將這類光學結構和LED光源相結合能得到高性能的照明燈具。清華大學集成光電子國家重點實驗室羅毅教授領導的研究小組提出的三維自由曲面非成像光學設計方法,這一方法能有效解決給定三維照度的透鏡設計。良好的節(jié)能效果和延長燈具壽命：最大的優(yōu)點是節(jié)能、照明控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)飛機的照明會關掉白天的燈，晚上關掉燈。在飛機照明LED控制系統(tǒng)中，根據(jù)不同情況的移動狀況，在不同的時間段，在一定程度上，可以關閉不必要的照明。同時，可以利用自然光自動調節(jié)飛機照明。照明操作系統(tǒng)的控制系統(tǒng)在不同的情況下，需要確保照明的照明，減少時間，節(jié)省不必要的能量，以延長使用壽命。改善工作環(huán)境，提高工作效率：良好的工作環(huán)境是提高工作效率的必要條件。選擇光源與照明還有非常好的高性能的控制系統(tǒng)，能夠提高照明質量。智能照明控制系統(tǒng)有交換機和兩種控制方式。媒體的價值可以有效地改進照明，以改善照明。另外，系統(tǒng)基于不同的時間，根據(jù)不同的人的需求，自動地調整照明。提高管理水平：智能照明控制系統(tǒng)主要用來控制自動控制系統(tǒng)，即，對飛機的控制。在多數(shù)情況下，不需要的人參與、照明系統(tǒng)、自動調整的作用和調整，降低管理者的數(shù)量。4.3駕駛艙LED效率高由于可以通過調整熒光粉的成分改變發(fā)光光譜,白光LED可以做到很高的顯色性能,在應用中還可以定制不同色度的LED以適應不同照明場合的需要。在使用RGB組合封裝的LED模塊中,分別改變各芯片的電流,調節(jié)RGB三類芯片的發(fā)光量,從而調節(jié)整個模塊的發(fā)光色度,實現(xiàn)在光源層上的光色調節(jié),理論上通過RGB可以實現(xiàn)的色度范圍。因此,使用RGBLED可以方便地實現(xiàn)色坐標、色溫等參數(shù)的調節(jié),相對傳統(tǒng)光源來說,這是一個很大的優(yōu)勢,高顯色性能有效提高視覺的舒適性及視覺效率,給飛行員提供高效的視覺信息,同時,根據(jù)外部照明各部分的功能需要,可以配置不同色度的光,提高視覺效率,如對于防撞燈系統(tǒng),采用紅光LED可以直接實現(xiàn)高性能的航空紅色,避免了紅光燈罩帶來的各種不利影響?？偨Y與傳統(tǒng)照明技術相比,LED照明技術具有其自身的技術優(yōu)勢,其光學設計、散熱設計、驅動電路設計等關鍵技術都與傳統(tǒng)照明技術截然不同,國內外的高校、研究所及公司對這些問題都已經有了深入的研究并取得了豐碩的成果,應用這些先進技術成果可以極大地提升飛機外部照明系統(tǒng)的性能。LED照明技術正處在飛速發(fā)展的時期,這次照明技術變革為提高我國照明產業(yè)的競爭力提供了契機。大型民用飛機項目作為提升產業(yè)結構的推進器,擔負了提升產業(yè)領航者的使命,如何將LED照明技術應用于大型民用飛機項目是一個非常有意義的研究課題。理論和實踐的重要性。只有理論不夠，理論聯(lián)系實際，我才知道，只有理論與實踐相結合的理論，得出結論，才能真正提高自己的工作能力和獨立思考能力，而在生產過程中也發(fā)現(xiàn)了自己的不足，缺乏深刻的認識。我們的畢業(yè)生不僅讓我們認識最富有的人，而且讓我們認識到與生活的密切關系。我們在社區(qū)也有一個完美的結局。我希望你自己的科學知識能應用到現(xiàn)實生活中，造福社會。

參考文獻[1]宋賽春.LED控制系統(tǒng)在夜景照明中的應用分析[J].光源與照明,2021(6):3.[2]于珊,鐘瑩,王國華,等.LED照明產品在公共機構照明改造中的節(jié)能性能分析[J].建筑節(jié)能(中英文),2021,49(12):5.[3]簡宏勇.風光互補LED路燈照明系統(tǒng)的應用研究[J].電子世界,2021(17):2.[4]龔紅梅.智能照明控制技術應用于城市夜景照明工程中的思考[