飞行器机载设备课件PPT课件

1、飞行器机载设备 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统需要测量的飞行器状态参数可归结为以下几类： (1)飞行参数飞行高度、速度、加速度、姿态角和姿态角速度等； (2)动力系统参数发动机转速、温度、燃油量、进气压力、燃油压力等； (3)导航参数位置、航向、高度、速度、距离等； (4)生命保障系统参数座舱温度、湿度、气压、氧气含量、氧气储备量等； (5)飞行员生理参数飞行员脉搏、血压、睡醒状态等； (6)武器瞄准系统参数目标的距离、速度、高度、雷达警告、攻击警告等； (7)其他系统参数电源系统参数、设备完好程度、结构损坏程度等。 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统飞行器参数测量的基本方法1压力传感

2、器（1）压阻式 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统飞行器参数测量的基本方法1压力传感器（2）谐振式 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统飞行器参数测量的基本方法2温度传感器(1)电阻式温度传感器 金属导体的电阻随温度升高而增大；半导体的电阻有的随温度升高而增大，有的随温度升高而减小。电阻值与温度都有确定的函数关系，因此测量其电阻值就可以测量温度。前者称为热电阻，后者称为热敏电阻。 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统飞行器参数测量的基本方法2.温度传感器(2)热电偶式温度传感器热电偶中温度高的一端叫热端(工作端)，另一端叫冷端(自由端)。热电偶方式比较适合于高温测量，例如活塞发动机汽缸头温度

3、、喷气发动机排气温度等大都采用这种方式测量。 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统飞行器参数测量的基本方法2.温度传感器(2)热电偶式温度传感器 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统3转速传感器 磁敏电阻脉冲传感器是一种非接触式数字化传感器，它是将机械运动中的物体表面粘贴上磁敏条，通过检测其移动或转动产生的脉冲，并将其转变为脉冲电信号的基础元器件。可用于测量转速、位移、频率、液面位置等参数，还可以作为接近开关应用于钢铁部件的定位、限位和行程开关等方面。特别适合于像发动机主轴等高速运转部件的非接触式测量。 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统 4加速度传感器 摆式加速度计 液浮式加速度机 4.1

4、 传感器、飞行器仪表与显示系统5迎角传感器迎角传感器是测量飞机轴线相对气流的夹角的传感器。 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统主要飞行状态参数的测量1飞行高度的测量 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统主要飞行状态参数的测量1飞行高度的测量(1)气压式高度表 在地球重力场中，大气压力随高度的增加而减小，并且有确定的函数关系。这个函数关系由国际标准大气给定(见第二章)。气压测高法就是通过测量飞行器所在位置的大气压力，通过换算间接得到飞行高度的。 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统因此现代飞行器上都配有较好的座舱环境控制系统和气密座舱。1 传感器、飞行器仪表与显示系统1 传感器、飞行器仪表与显

5、示系统(2)热电偶式温度传感器近地警告系统只是在起飞或进近着陆阶段、且无线电高度低于750 m时才起作用。1 传感器、飞行器仪表与显示系统(1)气压式空速表3 飞行器飞行控制系统惯性测量组件（陀螺仪和加速度计） 惯导平台 计算机 显示器需要测量的飞行器状态参数可归结为以下几类：(1)气压式空速表通过同时对四颗星测得伪距（根据自身的时钟确定信号到达的时间和卫星发出的信号时间即可确定相对的距离），则可以求得用户的x, y, z坐标及时钟差(2)跟踪和截获目标，给导弹攻击指示目标；目前飞行员主要是通过视觉和触觉进行飞行，在听觉方面，除通讯对话外相对比较轻松。飞行器上的接收系统，接收来自导航台的信号后

6、，测量出基准相位信号与可变相位信号之间的相位差，就可以确定出飞行器位于地面导航台哪个方位上。413 大气数据系统大气数据系统就是提供一种综合的、高精度的大气数据信息系统。飞行器上的接收系统，接收来自导航台的信号后，测量出基准相位信号与可变相位信号之间的相位差，就可以确定出飞行器位于地面导航台哪个方位上。飞行器的飞行操纵系统可分为人工操纵和自动控制两类。1 传感器、飞行器仪表与显示系统它们的缺点是部件间存在的摩擦影响显示精度；如果把VOR台和DME应答器设置在同一个导航台，则飞行员可以根据机上设备的指示，以极坐标的方式确定飞行器相对于导航台的位置。 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统主要飞行状

7、态参数的测量1飞行高度的测量(2)无线电高度表 飞行器通过天线向地面发射无线电波，到达地面后会产生反射，飞行器上的接收机接收反射波，通过计算就可以确定高度了。 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统主要飞行状态参数的测量2.飞行速度的测量 (1)气压式空速表 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统气压式空速表原理图 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统组合式空速表原理图 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统气压式升降速度表 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统 413 大气数据系统 现代飞行器的飞行控制系统、发动机控制系统、导航系统和仪表显示系统等需要准确的静压、动压、温度、密度、高度、高度变化率

8、、指示空速、真实空速等信息，而上述这些参数只是空气总压、静压、总温的函数，如果像采用气压式空速表等单个的传感器和仪表系统各自提供这些信息，不仅增加体积、重量和成本，而且不便维护，同时影响这些信息的测量精度。 大气数据系统就是提供一种综合的、高精度的大气数据信息系统。它由核心部件大气数据计算机、压力和温度传感器，迎角和侧滑角传感器以及输入、输出接口和显示器等几部分组成。 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统414 飞行姿态角度的测量 1陀螺仪 (1)机械陀螺 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统414 飞行姿态角度的测量 1陀螺仪 (2)静电陀螺 4.1 传

9、感器、飞行器仪表与显示系统414 飞行姿态角度的测量 1陀螺仪 (3)激光陀螺 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统414 飞行姿态角度的测量 2磁罗盘真航向、磁航角和磁偏角 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统414 飞行姿态角度的测量 3陀螺地平仪 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统飞行器显示系统 1机械仪表 飞行器上的机械式、电气式和电动式机械仪表，均是利用显示部件间的相对运动来显示被测参数值，如指针一刻度盘、指标一刻度带、标记、图形显示、机械式计数器等。这类显示器的优点是结构相对简单，显示清晰。指针一刻度盘和指标刻度带的显示过程能反映被测参数的变化趋势。它们的缺点是部件间存在的摩擦影

10、响显示精度；寿命短、易受振动、冲击的影响；在低亮度环境中需要照明；不易实现综合 显示。 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统飞行器显示系统 2.电子显示系统表优点是： (1)显示灵活多样，形象逼真，显示形式有字符、图形、表格等，并可以用彩色显示； (2)容易实现综合显示，所以减少了仪表数量，使仪表板布局简洁，便于观察； (3)由于消除了机械仪表因摩擦、振动等引起的附加误差，显示精度显著提高； (4)采用固态器件，寿命长，可靠性高；(5)随着集成化程度的提高，重量不断减轻，价格不 断下降。 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统飞行器显示系统 2.电子显示系统表 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系

11、统飞行器显示系统 3.头盔显示系统主要功用有： (1)控制直升机活动炮塔武器进行瞄准射击； (2)跟踪和截获目标，给导弹攻击指示目标； (3)传递目标数据(这里是指飞机之间、空地之间进行目标信息的非语言通讯联络)； (4)目视启动控制装置，例如飞行员的视线对准一个开关，这个开关便会显亮，加上左手按压专门的触发按钮，便可启动这个开关； 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统 4.1 传感器、飞行器仪表与显示系统飞行器显示系统 4.显示系统发展趋势随着语音技术，触摸屏技术的成熟，显示器将发展为大屏幕全景显示器。它将整个仪表板集成为一块大的触摸显示屏，飞行员只需触及屏幕某一位置，就可以相应地改变显示格

12、式，调出更多的数据信息，也可以发出指令使系统执行任务。目前飞行员主要是通过视觉和触觉进行飞行，在听觉方面，除通讯对话外相对比较轻松。今后，显示系统可以通过语言来通报显示信息，飞行员也可以通过语音进行指令控制，用以调动飞行员的听觉，减轻视觉负担。 4.2 飞行器导航系统无线电导航系统(Radio Navigation System) 惯性导航系统(Inertial Navigation System)卫星导航系统(Satellite Navigation System)图像匹配导航系统(Image Matching Navigation System) 天文导航系统(CelestiaI Navi

13、gation System)组合导航技术(Combined Navigation System) 4.2 飞行器导航系统无线电导航系统1测向无线电导航系统(1)自动测向器(Automatic Direction Finder简称ADF)自动测向器是在飞行器上用方向性天线接收来自地面导航台发射的无线电波，并确定电波来向相对于飞行器纵轴线的夹角的导航设备。 4.2 飞行器导航系统按压专门的触发按钮，便可启动这个开关；通过同时对四颗星测得伪距（根据自身的时钟确定信号到达的时间和卫星发出的信号时间即可确定相对的距离），则可以求得用户的x, y, z坐标及时钟差1 传感器、飞行器仪表与显示系统热电偶方式

14、比较适合于高温测量，例如活塞发动机汽缸头温度、喷气发动机排气温度等大都采用这种方式测量。近地警告系统只是在起飞或进近着陆阶段、且无线电高度低于750 m时才起作用。1 传感器、飞行器仪表与显示系统天文导航系统(CelestiaI Navigation System)显示系统与仪表着陆系统的类似。1 传感器、飞行器仪表与显示系统424 图像匹配导航系统1 传感器、飞行器仪表与显示系统自动驾驶仪控制飞机的过程1 传感器、飞行器仪表与显示系统电传操纵系统主要包括微型驾驶杆、杆力(或杆位移)传感器、信号放大器、信号综合处理和余度管理计算机、飞行参数传感器(如高度、速度等)、执行机构、助力器等部件。热电

15、偶方式比较适合于高温测量，例如活塞发动机汽缸头温度、喷气发动机排气温度等大都采用这种方式测量。1 传感器、飞行器仪表与显示系统预先将飞行器经过的地域，通过大地测量、航空摄影、卫星摄影或已有的地形图等方法将地形数据(主要是地形位置和高度数据)制做成数字化地图，存储在飞行器的计算机中，这种地图称为原图。主要飞行状态参数的测量需要测量的飞行器状态参数可归结为以下几类：需要测量的飞行器状态参数可归结为以下几类：1 传感器、飞行器仪表与显示系统询问器的接收机接收应答脉冲，测量出从发出询问脉冲到应答脉冲之间的时间间隔，即可换算出飞行器到地面导航台的斜距。 4.2 飞行器导航系统无线电导航系统1测向无线电导

16、航系统(2)全向信标系统(VHF Omnidirectional Range 简称VOR）由全向信标台和机上接收系统组成。地面全向信标台发射的电波幅度是变化的(称为调幅)，幅度的变化规律受两个低频余弦信号控制。其一称为基准相位信号，在所有方向上都同时达到最大值；而另一个称为可变相位信号，在正北方与基准相位信号同时达到最大值(相位差为0)，而在其他方向，它与基准相位信号的相位差与所在的方位角相一致。飞行器上的接收系统，接收来自导航台的信号后，测量出基准相位信号与可变相位信号之间的相位差，就可以确定出飞行器位于地面导航台哪个方位上。 4.2 飞行器导航系统 4.2 飞行器导航系统无线电导航系统2.

17、测距无线电导航系统DME系统工作在9621213MH之间。飞行器上的询问器以某一频率每隔1150 S 到124 S发射一次信号(即重复频率为24 Hz到150 Hz之间)。发射电波的时间很短，而休止时间相对很长，这样的信号称为脉冲信号询问脉冲。地面导航台接收到询问器发出的信号，检验后以另一个频率发射脉冲应答脉冲。询问器的接收机接收应答脉冲，测量出从发出询问脉冲到应答脉冲之间的时间间隔，即可换算出飞行器到地面导航台的斜距。如果把VOR台和DME应答器设置在同一个导航台，则飞行员可以根据机上设备的指示，以极坐标的方式确定飞行器相对于导航台的位置。 4.2 飞行器导航系统无线电导航系统3测距差无线电

18、导航系统 4.2 飞行器导航系统惯性导航系统惯性导航是通过测量飞行器的加速度，经运算处理得到飞行器当时的速度和位置的一种综合性导航技术。它的主要功能是：自动测量飞行器各种导航参数及飞行控制参数，供飞行员使用或与其他控制系统配合，完成对飞行器的自动控制(驾驶)。 4.2 飞行器导航系统惯性导航系统 1惯性导航的组成和工作原理由牛顿第二定律可知，当物体受外力作同时，将会沿外力作用方向产生加速度，若已知的初始位置，初始速度和运动中的加速度，则通过两次积分可以求得任一时刻的速度和位置。2特点 惯性导航系统是由惯性器件构成的自主式导航设备；无需地面或空间其它任何辅助设备可自行获得飞行导航参数 由于存在测

19、量误差，而使定位误差随时间积累，制造精度要求高。 3惯性导航系统的组成惯性测量组件（陀螺仪和加速度计） 惯导平台 计算机 显示器 4.2 飞行器导航系统惯性导航系统 4.2 飞行器导航系统惯性导航系统 2两类惯性导航系统平台式惯性导航系统。特点：有惯导平台，利用惯导平台可以保证加速度计永处于惯性空间水平面内，并有确定的指向，不受地球重力加速度影响，但构造复杂，造价昂贵。 捷联式惯性导航系统。特点：没有机电式惯性平台，将加速度计直接安装在飞行器上，测得轴直接与飞机机体轴一致。平台的功能通过计算机计算来实现。形成“软件平台”。结构简单是最大优点。但对计算机要求较高。 4.2 飞行器导航系统卫星导航

20、系统1.卫星导航系统的组成导航卫星：24个卫星分布在对赤道倾角为55的六个轨道平面上，每个轨道上有四个星，在任何时间至少有四颗星在地平线仰角7.5以上，可供使用 。地面站：监控站、主控站和上行注入站 用户设备：GPS接收机 4.2 飞行器导航系统卫星导航系统 4.2 飞行器导航系统卫星导航系统2.导航原理：通过同时对四颗星测得伪距（根据自身的时钟确定信号到达的时间和卫星发出的信号时间即可确定相对的距离），则可以求得用户的x, y, z坐标及时钟差 4.2 飞行器导航系统卫星导航系统 4.2 飞行器导航系统图像匹配导航系统 1导航原理预先将飞行器经过的地域，通过大地测量、航空摄影、卫星摄影或已有

21、的地形图等方法将地形数据(主要是地形位置和高度数据)制做成数字化地图，存储在飞行器的计算机中，这种地图称为原图。飞行器在飞越已经数字化的预定空域时，其上的探测设备再次对该区域进行测量(录取)，取得实际的地表特征图像，将实时图与预先存储的原图进行比较。由此可以确定飞行器实际飞行的地理位置与标准位置的偏差，用以对飞行器进行导航。 4.2 飞行器导航系统424 图像匹配导航系统 图像匹配导航可分为地形匹配导航和景象匹配导航两种。 4.2 飞行器导航系统 原图 实时图 4.2 飞行器导航系统2数字地图 4.2 飞行器导航系统424 图像匹配导航系统3. 地形匹配导航 一维匹配，适合于山区，用雷达高度表

22、作为测量装置。 4.2 飞行器导航系统424 图像匹配导航系统4.景象匹配制导 二维控制，适合于平坦地区，用图像成像装置录取目标附近和飞行轨迹的地貌。 4.2 飞行器导航系统天文导航系统天文导航是通过观测天体来确定飞行器的位置和航向的导航技术。天文学上为区分天体的亮度和强弱，采用“星等”来表示天体的相对亮度，例如北极星为2.1星等。 4.2 飞行器导航系统天文导航系统 4.2 飞行器导航系统组合导航技术 常见的组合导航方式有：惯性无线电导航系统、惯性卫星导航系统、惯性天文导航系统、惯性图像匹配导航系统、惯性天文无线电导航系统等。4.3 飞行器飞行控制系统飞行器的飞行操纵系统可分为人工操纵和自动

23、控制两类。人工操纵是指驾驶员通过操纵装置操纵气动舵面、发动机油门杆或阀门开关等方式控制飞行器的飞行。自动控制是指通过飞行自动控制系统、自动完成对气动舵面和发动机油门杆的操纵，驾驶员只进行监控4.3 飞行器飞行控制系统飞行器飞行操纵系统 1机械和助力操纵系统 2电传操纵系统电传操纵系统是将飞行员的操纵动作通过微型操纵杆转变为电指令信号，由电缆传输到信号处理系统处理后，再控制执行机构(如液压舵机)输出力和位移，操纵气动舵面来驾驶飞行器。电传操纵系统主要是由电子器件构成，因此属于机载设备范畴。电传操纵系统主要包括微型驾驶杆、杆力(或杆位移)传感器、信号放大器、信号综合处理和余度管理计算机、飞行参数传感器(如高度、速度等)、执行机构、助力器等部件。4.3 飞行器飞行控制系统 2电传操纵系统4.3 飞行器飞行控制系统飞行器自动控制系统 1自动驾驶仪飞行员驾驶飞机的过程4.3 飞行器飞行控制系统自动驾驶仪操