民航概论-第2章5节

第二章民用航空器第五节飞机仪表电子装置第五节飞机仪表电子装置飞行器仪表的发展与飞行器的发展密切相关。莱特兄弟首次飞行时，飞机上只有一块秒表、一个风速计和一个转速表。1909年，法国L.布莱里奥第一次驾机飞越英吉利海峡时，机上仍没有任何专门的飞机仪表。那时人们主要靠肉眼观察，在能见度许可的情况下飞行。第五节飞机仪表电子装置第一次1916年英国期间飞机仪表有了较大的发展。的S.E.5型飞机的仪表板上已装有3种较为可靠的飞行仪表及4种发

仪表。，1927年，

C.A.林白驾机飞越除上述主要仪表外，他的飞机还装备了罗盘、倾侧和俯仰角指示器、转弯倾斜仪和时钟。1929年9月，

飞机驾驶员J.H.杜立特凭借仪表和无线电导航设备安全完成首次盲降。飞机仪表电子装置从30年始，空速表、高度表、陀螺地平仪、航向陀螺仪、升降速度表和转弯倾斜仪。30～50年代，出现了远读仪表、伺服仪表等新式仪表、机电型综合仪表，最有代表性的是指引地平仪、航道罗盘、大气数据计算机。60～70数字式大气数据计算机、捷联式惯性导航系统数字测量系统和以平视显示器为代表的电子综合显示仪的出现，标志着飞行器仪表进入一个新的发展阶段。飞机仪表电子装置分类：机械式仪表无线电仪表装置电子综合仪表自动驾驶和飞行控制系统飞行管理系统电传分类飞行器仪表分为飞行仪表（EFIS)——通过测量并指示出飞机的各种运动参数，帮助

驾驶飞机完成飞行。导航仪表(ECAM)——用于显示飞机的位置，起到定向和定位的作用。发

仪表（EWD)——用于指示发

工作系统中的各种参数。系统状态仪表（SD)——用于指示飞机的其他系统（如

、燃油、空调、起落架等）或设备的运行情况。◼飞行仪表指示飞行器在飞行中的运动参数（包括线运动和角运动）的仪表，驾驶员凭借这类仪表能够正确地驾驶飞机。这类仪表主要有：利用大气特性的各种气压式仪表、利用陀螺特性的各种陀螺仪表和利用物体惯性的加速度（过载）仪表等。导航仪表用于显示飞行器相对于地球或其他天体的位置，为

或飞行控制系统提供使飞行器按规定航线飞向预定目标所需要的信息。定位和定向是导航中的两大问题。导航仪表包括导航时钟、各种航向仪表和各类导航系统。导航仪表导航系统按工作原理分为：航位推算导航系统、无线电导航系统、天文导航系统、导航系统，组合导航系统（见飞机导航系统）。航位推算导航系统按原始信息的性质又分为：利用真实空速推算的自动领航仪、利用地速推算的多普勒导航系统利用加速度推算的惯性导航系统。发 （动力装置）仪表用于检查和指示发

工作状态的仪表。按被测参数区分，主要有转速表、压力表、温度表和流量表等。系统，用于指现代发

仪表还包括振动示发的结构不平衡性和预告潜在的故障。燃油是直接供发

使用的，故指示燃油油量的油量表通常也归属于发

仪表。按组成原理划分按照组成原理，飞行器仪表可分为：直读仪表远读仪表伺服仪表综合仪表。直读仪表很多早期的仪表都属此类，如气压式高度表、空速表、升降速度表、磁罗盘、航向陀螺仪等。直读仪表通常由敏感元件(直接感受被测物理构和指示装置组成，量的元件)、放大传如气压式仪表等。有的直读仪表则直接由敏感元件来带动指示装置，如磁罗盘和航向陀螺仪。这类仪表简单、可靠，不仅仍大量用于一些低空飞行的轻型飞机上，而且几乎在所有飞机上都还用它们作为应急仪表。远读仪表通常由传感器和指示器两部分组成。传感器远离仪表板指示器则在仪表板上。大多数发仪表均属此类，如发排气温度表用热电偶式感温头作为传感器，用毫伏表作为指示器。还有一些仪表利用远距同步传输系统来实现远读的功能。伺服仪表利用伺服系统原理构成的仪表，也称闭环仪表（具有反馈系统的性质）。采用伺服机构能减小摩擦力矩对敏感元件的影响，进行力矩放大，提高仪表测量和指示精度，输出多路信号供各系统使用。伺服仪表也具有远读的特点。综合仪表也称为组合仪表。仪表的综合化有两条平行的途径：一为传感器综合化，二为显示器综合化。传感器综合化又分为两种方式。

式是把原理不同而功用类似的几个传感器组合在一起，以达到互相校正和提高仪表性能的目的。由磁罗盘和航向陀螺仪组成的陀螺磁罗盘是这种综合方式的典型例子。另式是把少量公用的原始信息传感器集中起来，通过计算机计算，输出为数众多的不同的信号。这方面的典型实例是大气数据计算机。显示器综合化是把有关的参数集中在一个显示器内显示。有效地减少仪表数量、减轻仪表板的拥挤程度、减轻

的目视负担；能得到用单一参数指示器所不能得到的有用信息。早期的组合式高度表、组合式航向仪表，后来的机电型指引地平仪、航道罗盘以及现代的电子综合显示仪都是显示综合化的实例。发展趋向80年代的航空仪表的特点是利用先进的数字电子技术，进一步向高度综合化和智能化方向发展；微型计算机和多路传输数据总线，把传感器、显示器、控制器与飞行控制系统、发控制系统、火力控制系统等有机地交联在一起；实现飞行器各系统之间的高度综合化。完善的自检和故障、故障告警，提高信息测量的精度和可靠性。机械式仪表①

气压式仪表气压式高度表速度表②

陀螺仪表陀螺地平仪协调转弯仪姿态指引仪③

航向仪表磁罗盘航向指示仪几种传统仪表气压式高度表速度表陀螺仪表标准大气是一种理想的大气状态,可以近似地描述实际大气的平均状况垂直分布特性。气压高度表是测定飞行高度的一种仪器,主要有机械和电子两种类型,测高原理大致相同。气压高度表实质上是一个空盒气压表,当飞行高度改变时,它的真空膜盒随时感应气压的变化,将膨胀或收缩,通过机械带动高度指针,在高度刻度盘上指示出飞行高度。这一过程是按照标准大气条件下的压高对应关系进行的。气压式高度表在气压高度表的高度刻度盘上有个气压窗,其

的气压刻度是飞机所选择的基准气压面的气压值(调节范围893

—1053hPa)。转动旋钮可以带动气压刻度盘、改变基准气压值,高度指示也随之改变。气压式高度表气压式高度表:拨正值窗口和指针。高度表拨正值窗口中显示高度基准面的气压值；高度表指针指示航空器相对于特定基准面的垂直距离；表盘上的调节旋钮用于调整高度表拨正值。新式高度表可以采用数字输入方式调整高度表拨正值。气压式高度表http:/2004jpk/hkhtgl/chapter4/chapter4-1-5.htm气压式高度表气压式高度表气压式高度表使用气压式高度表表示高时，必须使用场面气压作为高度表拨正值；场面气压（QFE）是指航空器着陆区域最高点的气压。使用气压式高度表表示高度时，必须使用修正海平面气压作为高度表拨正值；修正海平面气压（QNH）将观测到的场面气压，按照标准大气条件修正到平均海平面的气压。2014/10/13Page

28空通管理学院气压式高度表速度表用气压式仪表测定飞行速度是基于伯努力定律。空速管大气温度表它由装在机身侧方的温度探头和温度表组成，所测得的温度称为总温（TAT）。大气总温包括两部分，一部分是的空气温度，称为静温，另一部分是因为空气运动和空气冲击飞机受到压缩而升高的温度，称为动温。陀螺仪表陀螺仪表姿态仪表以陀螺为基础陀螺地平仪侧滑指示器姿态指引仪航向仪（1）陀螺绕一个支点高速转动的刚体称为陀螺(top)。对称陀螺：质量均匀分布、轴对称形状的刚体，其几何对称轴就是它的自转轴。在一定的初始条件和一定的外力矩在作用下，陀螺会在不停自转的同时，还绕着另一个固定的转轴不停地旋转，这就是陀螺的旋进

(precession)，又称为回转效应(gyroscopiceffect)。（1）陀螺利用陀螺的力学性质所制成的陀螺装置称为陀螺仪(gyroscope)。回转罗盘、定向指示仪、弹的翻转、陀螺的章动、地球在（月球）引力矩作用下的旋进（岁差）等。按用途来分，它可以分为传感陀螺仪和指示陀螺仪。传感陀螺仪用于飞行体运动的自动控制系统中，作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器。指示陀螺仪主要用于飞行状态的指示，作为驾驶和领航仪表使用。（1）陀螺陀螺仪的基本部件有：(1)

陀螺转子；(2)

内、外框架；(3)

附件(是指力矩马达、信号传感器等)。（1）陀螺①二度②三度陀螺的定轴性和进动性进动性进动性是三

度陀螺仪的基本特性之一。当绕内框架轴作用外力矩时，将使高速旋转的转子自转轴产生绕外框架轴的进动而绕外框架轴作用外力矩时，将使转子轴产生绕内框架轴的进动。◼定轴性定轴性是三度陀螺仪的另一基本特性。无论基座绕陀螺仪自转轴转动，还是绕内框架轴或外框架轴方向转动，都不会直接带动陀螺转子一起转动(指转子自转之外的转动)。由内、外框架所组成的框架装置，将基座的转动与陀螺转子开来。这样，如果陀螺仪自转轴稳定在惯性空间的某个方位上，当基座转动时，它仍然稳定在原来的方位上。陀螺的定轴性和进动性定轴性进动性（2）地平仪也叫姿态指示器，用来指示飞机与地平面之间的相对关系，即指示飞机的俯仰和倾斜角度。地平仪（3）协调转弯仪协调转弯仪就是为驾驶员指示侧倾和偏航的协调而设计的。飞机标志和陀螺组成转弯仪，指示转弯坡度；表盘下部为侧滑仪。转弯协调仪（4）姿态指引仪3.航向仪表(1)磁罗盘南北磁极与地理上的南北极有一定的偏差，磁针指示定位的方向称之为磁方向，加上磁差才能得到真实的地理方向(真方向)。磁罗盘除受到地磁作用外还受到机舱内钢铁构件的磁性干扰，因而出现了罗盘偏差，称为罗差，实用时还要修正罗差影响。磁罗盘真航向、磁航向、罗航向(2)航向指示仪表盘

的飞机标志固定，而刻度盘则随机身的偏航而转动，由此指示飞机的航向。航向指示器(3)水平状态指示器4.飞机仪表板的安排仪表的T型布局现代仪表现代飞机综合仪表电子飞行仪表系统电子集成飞机系统PFDT型布局EWDSD三、无线电仪表装置通信设备系统导航设备系统系统飞机无线电通信系统甚高频通信系统高频通信系统选择呼叫系统音频综合系统飞行内话系统勤务内话系统客舱广播及系统呼唤系统甚高频通信系统它的作用范围只在目视范围之内，主要用于飞机在起飞、降落时或通过控制区域时机组与地面

的双向语音通信。甚高频所使用的频率范围按照国际

组织的规定在

118.000-135.975MHz

。

其中，121.500MHz为全球遇难呼叫频率。高频通信系统是远距离通信系统，通信距离可达数千公里，用于飞行中保持与和远方航站的联络。频率范围是2-30MHz。电离层大地(a)选择呼叫系统它的作用是用于当地面呼叫一架飞机时，飞机上的选择呼叫系统以灯光和音响通知机组有人呼叫，从而进行联络，避免了驾驶员长时间等待呼叫或由于疏漏而不能接通联系。每架飞机有一个特定的四字代码。音频综合系统系统飞行内话系统勤务内话系统客舱广播及呼唤系统1）飞行内话系统（FLT

INT）驾驶员使用音频选择器，把话筒连接到所选择的通信系统，向外发射信号扬声器中也可以用这个系统选择收听从各种导航设备来的音频信号或利用相连的线路进行机组成员之间的通话。

勤务内话是飞机上各个服务站位，包括驾驶舱、客舱或货舱乘务员站位，地面服务维修站位上安装的话筒或插孔组成的系统,机组之间和机组与地面服务

之间利用它进行联络。2）勤务内话系统（

SERV

INT）3）客舱广播及

系统

（PA）

是机内向旅客广播通知和放送音乐的系统。各种客机的旅客系统区别较大,最通用的是旅客用的放送多通道的音乐广播设备和

设备。PA使用具有不同的优先等级。◼飞机的电子仪表装置4）呼唤系统

与内话系统相配合，呼唤系统由各站位上的呼唤灯和谐音器及呼唤按钮组成，各内话站位上的

按下要通话的站位按钮,那个站位的扬声器发出声音或接通指示灯，以呼唤对方接通。

呼唤系统还包括旅客座椅上呼唤乘务员的按钮和乘务员舱位的指示灯。导航设备系统无线电导航仪表导航是指飞机按照预定的航线，准确到达预定位置，完成航行任务的方法。在

飞机上广义的导航设备包括：罗盘系统、甚高频全向信标系统、仪表着陆系统、无线电高度表、测距机等。ADF罗盘系统罗盘是用来为飞机定向的仪表。一种是磁罗盘，它是用磁针指示出地球上的磁南极和磁北极的仪表。另一种是无线电罗盘，

也称为自动定向机（ADF），它用来测定飞机纵轴与地面导航台的相对方位角，从而引导飞机按一定方向飞行。ADF测距机（DME）测距机是利用飞机和地面测距台之间的无线电波往返所用去的时间来测定飞机和测距台之间的距离。值得注意的是，此距离为飞机至测距台之间的斜距。测距机（DME）无线电高度表无线电高度表是使用无线电波的反射回波测量飞机与大地表面之间的实际高度，

飞机使用的是低高度表。一般在起飞和进近着陆期间使用。无线电高度表甚高频全向信标系统（VOR）工作频段为108.00-117.95

MHz。VOR发射机发送两个信号：一个是相位固定的基准信号；另一个是相位随着围绕信标台圆周角度连续变化的可变信号，也就是说各个角度发射的信号的相位都是不同的。飞行器上的VOR

根据所收到的两个信号的相位差就可以计算出自身与信标台之间的方位角。甚高频全向信标系统（VOR）VOR通常与测距仪 (DME)同址安装，在提供给飞行器方向信息的同时，还能提供飞行器到导航台的距离信息，这样飞行器的位置就可以被唯一的确定下来。它的作用距离为200海里（370km）

，受到地面曲率的影响，飞机飞行的高度越低，能接收到VOR台的距离越近。甚高频全向信标系统（VOR）VOR的信号仪表着陆系统仪表着陆系统分为航向台（Localizer）、下滑道（Glide

Slope）和指点标（MarkerBeacon）。的任务是引导飞机对准跑道航向台（LOC）的中心线。航向台在跑道中心线的延长线上，发射出一个垂直于跑道平面、沿跑道中心线向外延伸的引导平面，飞机收到此信号就沿着此信号平面准确地降落在跑道中心线上。仪表着陆系统仪表着陆系统下滑道（GS）设在跑道一侧，发射一个与跑道平面成3°的下滑引导平面，飞机沿着这个平面下降，就可以避免降落时因下滑角太大或太小而出现的事故。指点标（Marker

Beacons

）由3个指点信标组成，分别是外指点标（OM）、中指点标（MM）和内指点标（IM）。仪表着陆系统指点信标台装在跑道中心线的延长线上，在飞机来向的跑道延长线上相隔一定距离安装有三个垂直向上发射信号的电台，当飞机在信标上空通过时，就接收到信号，可据此判断飞机与跑道的大致相对位置。仪表着陆系统系统气象二次空中警告及避撞系统气象它的作用是探测飞机前方一个区域内的气象情况。新一代的气象雷达不仅能探测到雷雨、冰雹可以探测到大气中的湍流。可以在屏幕上显示前面地形和障碍物情况。二次二次由地面询问

和机载应答机组成。地面询问

发射询问信号，飞机上的应答机在收到询问信号后发出回答信号，经过处理在显示屏上显示出飞机、飞行高度、飞行速度、方位和距离。ATC应答机向二次监视提供位置、识别和高度信息交通警告避撞系统（TCAS）TCAS——Traffic

Alert

CollinsionAvoidence

System－监测周围是否有装有应答机的飞机－显示潜在的或预计的相撞目标－发出垂直避让指令原理在二次

用应答机确定飞机的

、航向和高度的原理上,把询问装置装在飞机上,使飞机之间可以显示相互之间的距离间隔,从而使驾驶员知道在一定范围内飞行的航空器之间的相互间隔及时采取措施,避免碰撞。功能可以提供语言建议警告,计算机可以计算出监视区内30架以内飞机的

和可能的

接近,使驾驶员有25~40秒的时间采取措施。空中警告及避撞系统TCAS——Traffic

Alert

Collinsion

AvoidenceSystem应用二次原理，把询问装置和应答机都装在飞机上，在装有TCAS的飞机之间就组成个探测系统，通过询问和应答飞机之间可以相互显示它们的间隔，这样驾驶员就可及时得到警告，采取措施防止空中相撞。电子综合仪表传感部分电子飞行仪表系统发

指示和机组警告系统传感部分传统仪表的大气压力和气温探测部分发展成为大气数据计算机。传统仪表的陀螺系统发展成为惯性基准系统。电子综合仪表的传感部分EXTERALSENSORSUSERSADIRS

CDUADIRUAIR

DATA

REFERENCE(

ADR)INERTIAL

REFERENCE(

IR

)电子飞行仪表系统（EFIS）EFIS包括：电子姿态指引仪（EADl）电子水平状态显示仪（EHSI

，ND）符号发生器控制板电子飞行仪表系统PFDNDECAM电子姿态指引仪（EADl）EADl电子姿态指引仪（EADl）又被称为主飞行显示器（PFD）。电子水平状态显示仪（EHSI）飞行计划模式：在屏幕上显示出飞行计划中所规定的各航路点及航路、航向等，使驾驶员对航路有明确的概念。地图模式：显示了飞机在航路图上的位置，同时指示了航向、时间及到下个航路点的距离，驾驶员通过这种模式可以了解飞行前方所需要的各种信息。电子水平状态显示仪（EHSI）VOR模式：显示飞机的航路与VOR导航台之间的方向和DME台的距离。仪表着陆模式：用于指示飞机在仪表着陆时与跑道、下滑导航波束的偏离。电子飞行仪表系统PFDND电子飞行仪表系统（EFIS）控制板的作用是调整两个显示表上的亮度、量程或选择工作方式。符号发生器用于接收其它系统的数据，经处理后产生

信息送往EADI和EHSI上显示。发

指示和机组警告系统（EICAS）也被称为电子式飞机

系统（ECAM）电子仪表板的安排PFDNDECAM电子综合仪表主要优点：①

把多种数据综合在一个显示屏幕上，从而大大减少了仪表数量。②

不仅给出综合信息，而且对趋势分析，给出指引信号或建议驾驶员按最佳方式飞机。③

驾驶员在飞行的大部分时间内只执行和管理，降低了驾驶员的工作负荷，使飞行安全有很大提高。自动驾驶和飞行控制系统眼脑手舵面飞机气动力人工

回路飞机气动力自动驾驶仪

回路感应元件变换放大元件执行元件舵面自动驾驶和飞行控制系统自动驾驶仪取代驾驶员的工作，由三部分组成：①传感元件：取代人眼的功能，这部分用来感受飞机的姿态和参数变化。②变换放大元件：取代人脑的作用，在这里首先把传感元件来的信号放大，然后和给定的标准比较，再把差值变成执行令信号输送到执行元件上去。自动驾驶和飞行控制系统③执行元件：取代人手的工作，根据变换放大元件来

令改变舵面的位置。这三个部分取代了驾驶员的功能，组成了飞机和驾驶仪的闭环回路。现代飞机的各种飞行控制系统自动驾驶仪指引系统（AFDS）推力管理系统偏航阻尼系统自动安定面配平系统电子飞行仪表系统自动驾驶飞行仪表眼、脑、手驾驶杆舵面飞机气动力人工

回路飞机气动力自动驾驶仪

回路感应元件变换放大元件执行元件舵面自动驾驶Radio

NavsensorsInertialsensorsSpecificsensors(accel.,

rate

gyros,thrust,

...)Air

Data

sensorsAutopilotFlight

directorHead-updisplayAutothrottleQAircraftPitchRollYawThrust自动驾驶Controls(set,

select)AnnunciationWarningsSensinganemo.(AD)Inertiaradio…...Computing

control

lawsoperational

logicsmonitoringmaintenanceActuation(or

engine)surfaces自动驾驶自动驾驶仪的工作方式：驾驶员操作模式驾驶员指令模式全自动模式自动驾驶和飞行控制的子系统推力管理系统偏航阻尼系统自动安定面配平系统备用手动和电动配平自动配平马赫数配平速度配平黑匣子（飞行信息记录系统）驾驶舱语音记录器飞行数据记录器数据总线飞行信息记录系统包括两套仪器：一个是驾驶舱话音记录器，实际上就是一个磁带机。从飞行开始后，它就不停地把驾驶舱内的各种声音，例如谈话、发报及其他各种声音响动全部录下来。但它只能保留停止

前30分钟内

。第二部分是飞行数据记录器，它把飞机上的各种数据即时记录在磁带上。早期的记录器只能记录20多种数据，现在记录的数据已可达到60种以上。其中有l6种是重要的必录数据，如飞机的加速度、姿态、推力、油量、面的位置等等。记录的时间范围是最近的25小时。25小时以前的记录就被抹掉。黑匣子（飞行信息记录系统）“黑匣子”安装在飞机尾翼下方的机尾，是飞机上最安全的地方。黑匣子被放进一个(或两个)特殊钢材制造的耐热抗震的容器中，它能承受自身重力1000倍的冲击、经受11000℃的高温30分钟而不被破坏，在海水中浸泡30天而不进水。国际

组织规定此容器要漆成醒目的桔红色而不是黑色或其他颜色。在它的

装有自动信号发生器能发射无线电信号，以便于空中搜索；还装有超声波水下定位信标，当黑匣子落入水中后可以自动连续30天发出超声波信号。黑匣子（飞行信息记录系统）