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(shí)了解飛行情況，對(duì)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(cè)量并指示出飛機(jī)的各種運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)儀表（EWD)——用于指示發(fā)動(dòng)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(yùn)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(jì)算機(jī)將測(cè)量的全壓、靜壓、總溫等數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算輸出大量的大氣數(shù)據(jù)信息。傳感器測(cè)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(chǎng)標(biāo)高測(cè)量原理：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓中氣壓（靜壓）與高度對(duì)應(yīng)關(guān)系，測(cè)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(cè)量原理：高度的變化率（或稱垂直速度）就是單位時(shí)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(cè)量出氣壓變化的快慢，就能表示出飛機(jī)的升降速度?！?”——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(cè)量原理：根據(jù)空速與動(dòng)壓的關(guān)系，利用開口膜盒測(cè)量動(dòng)壓，從而得到指示空速。④馬赫－空速表結(jié)構(gòu)與測(cè)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(dòng)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(cè)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(chǎng)來測(cè)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(cè)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(jì)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(hào)、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(shí)采取措施,避免碰撞。2)功能可以提供語言建議警告,計(jì)算機(jī)可以計(jì)算出監(jiān)視區(qū)內(nèi)30架以內(nèi)飛機(jī)的動(dòng)向和可能的危險(xiǎn)接近,使駕駛員有25~40秒的時(shí)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(shí)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(shí)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(hào),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(dòng)產(chǎn)生應(yīng)答脈沖信號(hào)，向地面雷達(dá)報(bào)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(diǎn)就會(huì)顯示出飛機(jī)的編碼和高度。二、自動(dòng)駕駛飛行儀表眼、腦、手駕駛桿舵面飛機(jī)氣動(dòng)力人工操縱回路感應(yīng)元件舵面飛機(jī)氣動(dòng)力自動(dòng)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(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展,要求把飛機(jī)的信號(hào)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(dòng)駕駛系統(tǒng)(自動(dòng)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(dòng)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(gè)航線實(shí)現(xiàn)最佳性能的自動(dòng)駕駛飛行。這個(gè)任務(wù)由飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成。三、飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(FMCS)1、飛行管理計(jì)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(jì)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(shí)按駕駛員的要求顯示和整個(gè)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(gè)飛行計(jì)劃時(shí)顯示而用。2）飛行管理計(jì)算機(jī)它是一個(gè)功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),儲(chǔ)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(dòng)態(tài)信息數(shù)據(jù),計(jì)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(gè)部分：一個(gè)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(shí)內(nèi)的信號(hào)；另一個(gè)是飛行數(shù)據(jù)記錄器，可記錄25個(gè)小時(shí)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(shí)間、推力及各操縱面的位置)。這些磁帶記錄器儲(chǔ)存在一個(gè)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(dòng)信號(hào)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(hào),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(guó)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(shí)進(jìn)行維修;用于飛行試驗(yàn)。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(jì)算不周而發(fā)生的觸地事故。系統(tǒng)核心是近地警告計(jì)算機(jī),計(jì)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(shí)信號(hào)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(dòng)力力和力矩電信號(hào)操縱面位置指令動(dòng)作筒位置反饋動(dòng)作筒操縱面飛機(jī)氣動(dòng)力飛機(jī)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)傳感器駕駛桿電信號(hào)傳送六、電傳操縱（Fly-by-Wire）自動(dòng)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(hào)代替,于是就產(chǎn)生了電傳操縱。電傳操縱時(shí),駕駛員操縱駕駛桿把指令信號(hào)直接輸入飛行控制計(jì)算機(jī)中去,飛行控制計(jì)算機(jī)把指令信號(hào)和各傳感系統(tǒng)來的信號(hào)相比較,把相差的部分通過計(jì)算送人操縱面回路,控制操縱面運(yùn)動(dòng)。電傳操縱的優(yōu)點(diǎn):①操縱的靈敏性大大提高,省去了機(jī)械系統(tǒng)的摩擦,時(shí)間延遲,使反應(yīng)速度提高。②自動(dòng)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(jì)算機(jī)統(tǒng)一輸出,避免了駕駛員手操縱和自動(dòng)操縱之間的不協(xié)調(diào)。③飛機(jī)的機(jī)動(dòng)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(duì)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(duì)新設(shè)計(jì)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(gè)新事物,因而對(duì)機(jī)組人員有一個(gè)重新培訓(xùn)和學(xué)習(xí)的過程,要經(jīng)歷一個(gè)不適應(yīng)的時(shí)期。②電傳操縱的可靠性曾是人們擔(dān)心的一個(gè)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(yàn)。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(huì)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(shí)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(dòng)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(cè)定飛機(jī)縱軸與地面導(dǎo)航臺(tái)的相對(duì)方位角，從而引導(dǎo)飛機(jī)按一定方向飛行自動(dòng)定向機(jī)(ADF)

NDB臺(tái)ADF水平狀態(tài)指示器HSIHorizontalSituationIndicator2.測(cè)距機(jī)（DME）DME（DistanceMeasuringEquipment)，通過無線電磁波測(cè)量飛機(jī)與地面DME臺(tái)之間的距離（斜距）。（3）無線電高度表測(cè)量飛機(jī)相對(duì)地面的真實(shí)高度。測(cè)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(cè)量飛機(jī)的方位和距離定位的無線電測(cè)角測(cè)距系統(tǒng)。（1）VOR/DME合裝臺(tái)（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(diǎn)信標(biāo)（MB,markerbeacon）每個(gè)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(hào)建立一條標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)近著陸下滑道。駕駛員或自動(dòng)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(tái)天線下滑臺(tái)天線五、氣象雷達(dá)可以探測(cè)雷雨、湍流、風(fēng)切變等危險(xiǎn)區(qū)，探測(cè)前下方的地形；探測(cè)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(shí)，不能接通雷達(dá)。飛機(jī)在機(jī)庫或朝著大的建筑物時(shí)，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(gè)加速度計(jì)測(cè)出飛機(jī)在3個(gè)軸向上的線加速度,利用對(duì)應(yīng)于3個(gè)軸的陀螺測(cè)出飛機(jī)在3個(gè)軸上的角加速度距離3個(gè)加速度計(jì)測(cè)出飛機(jī)在3個(gè)軸向上的線加速度,利用對(duì)應(yīng)于3個(gè)軸的陀螺測(cè)出飛機(jī)在3個(gè)軸上的角加速度距離3個(gè)加速度計(jì)測(cè)出飛機(jī)在3個(gè)軸向上的線加速度,利用對(duì)應(yīng)于3個(gè)軸的陀螺測(cè)出飛機(jī)在3個(gè)軸上的角加速度保證三個(gè)軸指向恒定，計(jì)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(gè)三軸陀螺平臺(tái),加速度計(jì)置于這個(gè)平臺(tái)上,利用高速旋轉(zhuǎn)的陀螺的方向穩(wěn)定性,平臺(tái)的3個(gè)軸不隨著飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)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(tái)由于精度要求高,陀螺部件高速轉(zhuǎn)動(dòng),因而它的造價(jià)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(tái),不僅降低了造價(jià),而且提高了可靠性和精度,它的關(guān)鍵在于計(jì)算機(jī)能精確完成復(fù)雜的計(jì)算并實(shí)時(shí)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(tái)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(shí)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(shí)距離為74公里。高度為6000米時(shí)，通信距離在350km左右。用途：主要用于飛機(jī)在起飛、降落時(shí)或通過控制空域時(shí)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(shí),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(zhǎng)時(shí)間等候呼叫