第2章+第4节+航空电子系统

第二章民用航空器第一小节飞机的仪表装置飞机仪表装置提供飞机的各种信息和数据，使驾驶员及时了解飞行情况，对飞机进行控制，从而完成飞行任务。航空仪表的分类（1）飞行仪表（EFIS)——通过测量并指示出飞机的各种运动参数，帮助飞行员驾驶飞机完成飞行。（2）导航仪表(ECAM)——用于显示飞机的位置，起到定向和定位的作用。（3）发动机仪表（EWD)——用于指示发动机工作系统中的各种参数。（4）系统状态仪表（SD)——用于指示飞机的其他系统（如液压、燃油、空调、起落架等）或设备的运行情况。一、飞行仪表1.大气数据仪表（1）全/静压系统用于收集气流的全压和静压，并把它们输送到需要全压、静压的仪表和有关设备。（2）大气数据计算机将测量的全压、静压、总温等数据经过计算输出大量的大气数据信息。传感器测量装置全/静压管（探头）

气压式仪表（1）气压高度表2.主要大气数据仪表①高度飞机飞行的高度是指飞机在空中的位置和所选定的基准面之间的高度差值。气压变化1百帕=8.25米标准海平面气压：1013.2百帕1013.2百帕=760毫米汞柱高=29.92英寸汞柱高各种高度之间的关系机场标高测量原理：根据标准大气压中气压（静压）与高度对应关系，测量气压的大小，就可以表示出高度的高低。气压高度表原理②垂直（升降）速度表测量原理：高度的变化率（或称垂直速度）就是单位时间内飞机高度的变化量。飞机高度发生变化，气压也随着变化；气压变化快慢，可以表示飞机高度变化的快慢，即升降速度的大小。因此测量出气压变化的快慢，就能表示出飞机的升降速度。“0”——表示飞机平飞“0”以上——表示飞机爬升“0”以下——表示飞机下降③空速表测量原理：根据空速与动压的关系，利用开口膜盒测量动压，从而得到指示空速。④马赫－空速表结构与测量原理与空速表基本相同。2.陀螺仪表（1）陀螺原理①基本特性定轴性进动性①二自由度陀螺仪②三自由度①地平仪（三自由度陀螺）（2）陀螺仪表地坪仪的测量原理地坪仪地平仪②转弯协调仪（两自由度陀螺）转弯协调仪（两自由度陀螺）③姿态指引仪二、导航仪表1.磁罗盘通过感受地磁场来测量飞机的磁航向。2.航向指示器T型布局仪表的T型布局0现代飞机综合仪表四、综合电子仪表系统电子飞行仪表系统电子集成飞机监控系统PFD

T型布局EWDSD二、综合电子控制系统EFIS——ElectronicFlightInstrumentSystemPFD-PrimaryFlightDisplay（主飞行显示）ND-NavigationDisplay（导航显示）PFD-PrimaryFlightDisplay（主飞行显示）ND-NavigationDisplay（导航显示）EFIS——ElectronicFlightInstrumentSystemPFD-PrimaryFlightDisplay（主飞行显示）ND-NavigationDisplay（导航显示）EFIS——ElectronicFlightInstrumentSystemPFD-PrimaryFlightDisplay（主飞行显示）ND-NavigationDisplay（导航显示）ECAM——ElectronicCentralizedAircraftMonitoringEWD-EngineWarningDisplay（主飞行显示）SD-SystemDisplay（导航显示）一、交通警告避撞系统（TCAS）－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1)原理在二次雷达用应答机确定飞机的编号、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。2)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架以内飞机的动向和可能的危险接近,使驾驶员有25~40秒的时间采取措施。ATC应答机向二次监视雷达提供位置、识别和高度信息

地面的管制雷达要求有能力辨别飞机的识别代码和气压高度,这种管制雷达称为二次雷达。二次雷达向飞机发出询问信号,机上的应答机就被触发，应答机根据地面询问的模式自动产生应答脉冲信号，向地面雷达报告飞机的编码或飞行高度，这样在雷达屏幕上的飞机光点就会显示出飞机的编码和高度。二、自动驾驶飞行仪表眼、脑、手驾驶杆舵面飞机气动力人工操纵回路感应元件舵面飞机气动力自动驾驶仪操纵回路执行元件变换放大元件飞机驾驶自动化的进一步发展,要求把飞机的信号基准系统(大气数据系统、惯性基准系统)、自动驾驶系统(自动飞行控制系统、推力管理系统等)和显示系统(电子飞行仪表系统、发动机显示与机组警告系统)统一综合管理,使飞机在整个航线实现最佳性能的自动驾驶飞行。这个任务由飞行管理计算机系统完成。三、飞行管理计算机系统(FMCS)1、飞行管理计算机系统(FMCS)1）控制显示组件(CDU)它的作用是帮驾驶员在起飞前把飞行计划和指令输入到系统中,输入的数据包括航路、航段、离港/进港、爬升、巡航等待下降等,同时按驾驶员的要求显示和整个航路有关的资料和数据,它上面的显示屏是为了驾驶员输入整个飞行计划时显示而用。2）飞行管理计算机它是一个功能强大的计算机系统,储存着有关飞机性能和航路的大量信息,从传感系统接收和监控飞行中的动态信息数据,计算和处理后,在显示系统上显示数据,并发出指令到飞行控制系统去执行。飞行管理系统FCUIRSFMC#2DMECDUAUTOTHROTTLECREWCLOCKFUELFLOWRECORDERSAUTOPILOTDISPLAYSADCVORILSTOTALFUELFMS2、飞行信息记录系统飞行信息记录系统包括两个部分：一个是驾驶舱话音记录器,把驾驶舱内发生的声音和飞行的各种性能数据记录在磁带上，只记录飞行的最后2小时内的信号；另一个是飞行数据记录器，可记录25个小时的60多种数据,其中有16种是必录数据(主要是加速度、姿态、空速、时间、推力及各操纵面的位置)。这些磁带记录器储存在一个耐热抗震的金属容器中，这就是通常所说的黑匣子。容器要求能承受1000g的过载冲击,30分钟1100℃高温,海水中浸泡30天而不进水,并带有自动信号发生器和水下超大型定位标,在失落后30天内发射信号,以便搜寻人员寻找。它一般装在垂尾下方的机身后段。飞行记录器的用途包括:事故分析：记录的数据在飞机失事后再现,用模拟器模拟,是分析事故原因最直接可靠的方法,国际民航组织规定民航机必须安装飞行记录器;机务维修：从这些记录上可以发现出现的故障,从而适时进行维修;用于飞行试验。四、黑匣子驾驶舱语音记录器飞行数据记录器数据总线向驾驶员提供飞机以不安全的方式或速度靠近地面的警告,防止发生因疏忽或计算不周而发生的触地事故。系统核心是近地警告计算机,计算机由仪表着陆系统、无线电高度表、大气数据系统、惯性基准系统、襟翼收放、起落架收放位置传感器接收信息。在处理后,一旦发现不安全状态就通过灯光和声音通知驾驶员,直到驾驶员采取措施脱离不安全状态时信号终止。五、近地警告系统(GPWS)近地警告系统（GPWS）（1）过大下降率警告；（2）过大接近率警告；（3）起飞或复飞掉高度过大警告；（4）不安全离地高度警告；（5）低于下滑道过大警告；（6）低于决断高度警告；（7）风切变警告。大气数据传感器空气动力力和力矩电信号操纵面位置指令动作筒位置反馈动作筒操纵面飞机气动力飞机运动运动传感器驾驶杆电信号传送六、电传操纵（Fly-by-Wire）自动驾驶的合乎逻辑的进展就是把操纵系统中的机械传输部分全部用电信号代替,于是就产生了电传操纵。电传操纵时,驾驶员操纵驾驶杆把指令信号直接输入飞行控制计算机中去,飞行控制计算机把指令信号和各传感系统来的信号相比较,把相差的部分通过计算送人操纵面回路,控制操纵面运动。电传操纵的优点:①操纵的灵敏性大大提高,省去了机械系统的摩擦,时间延迟,使反应速度提高。②自动驾驶系统的功能完整统一,各种飞行指令由飞行控制计算机统一输出,避免了驾驶员手操纵和自动操纵之间的不协调。③飞机的机动性能提高,由于电传操纵的操纵性能的提高,飞机的稳定性要求可以降低,对现有飞机可以在以前某些不允许的飞行状态下飞行,对新设计的飞机就可以降低飞机的稳定度改变飞机外形,从而降低飞机结构重量,提高飞行性能。④由于机械系统的减少,减少了重量,提高了可靠性,例如驾驶盘就用很小的驾驶杆来代替了。电传操纵带来的问题:①由于电操纵是个新事物,因而对机组人员有一个重新培训和学习的过程,要经历一个不适应的时期。②电传操纵的可靠性曾是人们担心的一个主要问题,机械系统的故障通常是在表面的、可见的,并且已经积累了大量维修经验。电传操纵的故障一般说来是隐蔽的、突发的,一旦空中出现故障就会导致重大事故。目前电传操纵采用了四余度,即有4套相同的系统,它的事故率为2.5×10-8即飞行1千万小时只有1次,这样就保证了系统在全寿命中的可靠性。三、导航系统1.罗盘飞机上的罗盘有两种:磁罗盘无线电罗盘，称为自动定向机(ADF)。100~2000kHz。罗盘系统是用于飞机定向仪表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自动定向机(ADF)

NDB台ADF水平状态指示器HSIHorizontalSituationIndicator2.测距机（DME）DME（DistanceMeasuringEquipment)，通过无线电磁波测量飞机与地面DME台之间的距离（斜距）。（3）无线电高度表测量飞机相对地面的真实高度。测高范围在0-2500英尺或0-5000英尺的低高度主要用于在进近和着陆过程中，配合近地警告系统（EGPWS）保证飞行安全。

（4）甚高频全向信标系统（VOR）通过测量飞机的方位和距离定位的无线电测角测距系统。（1）VOR/DME合装台（2）VORTAC（VORandTACAN）无线电磁指示仪（RMI)RadioMagneticIndicator（5）仪表着陆系统航向信标（LOC,localizer）下滑信标（GS,glideslope）指点信标（MB,markerbeacon）每个分系统又由地面发射设备和机载设备组成。为驾驶员提供进近和着陆引导。ILS利用无线电信号建立一条标准进近着陆下滑道。驾驶员或自动驾驶仪保持飞机沿此路线进近即可安全着陆。ILS使飞机可以在夜间和能见度很低的坏天气下降落,大大提高了民航飞机的使用性能。航向台天线下滑台天线五、气象雷达可以探测雷雨、湍流、风切变等危险区，探测前下方的地形；探测航路上的山峰等空中障碍物。

飞机在加油或有其他飞机在加油时，不能接通雷达。飞机在机库或朝着大的建筑物时，不能接通雷达。六、惯性基准系统距离速度加速度3个加速度计测出飞机在3个轴向上的线加速度,利用对应于3个轴的陀螺测出飞机在3个轴上的角加速度距离3个加速度计测出飞机在3个轴向上的线加速度,利用对应于3个轴的陀螺测出飞机在3个轴上的角加速度距离3个加速度计测出飞机在3个轴向上的线加速度,利用对应于3个轴的陀螺测出飞机在3个轴上的角加速度保证三个轴指向恒定，计算出来的坐标位置是我们所需要的经、纬度和高度坐标。早期的惯性导航系统使用一个三轴陀螺平台,加速度计置于这个平台上,利用高速旋转的陀螺的方向稳定性,平台的3个轴不随着飞机的运动而变化,它始终指向随经纬度变化的地垂线和经度线,这样就得到了所需的坐标。这种导航平台由于精度要求高,陀螺部件高速转动,因而它的造价极高,维修也很不容易。捷联式的惯导系统省去了复杂的机电式的惯导平台,不仅降低了造价,而且提高了可靠性和精度,它的关键在于计算机能精确完成复杂的计算并实时显示出来。目前先进的大型民航机上,捷联式惯性基准系统已经成了基本设备,平台式的已经很少使用了。八、卫星导航系统卫星导航系统三维空间定位精度已经达到10米以内,三维速度精度优于2cm/s，时间精度为20～30ns。四、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娱乐系统呼唤系统1.甚高频通信系统(VHFCOMM)作用范围：目视范围之内，作用距离随高度变化，在高度为300米时距离为74公里。高度为6000米时，通信距离在350km左右。用途：主要用于飞机在起飞、降落时或通过控制空域时机组人员和地面人员的双向语音通信。飞机上一般都装有一套以上的备用系统。

2、高频通信系统(HF)飞机的电子仪表装置它使用了和短波广播的频率范围相同的电磁波,它利用电离层的反射,因而通信距离可达数千公里。3、选择呼叫系统(SELCAL)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候呼叫