【LED照明技术应用于飞机外部照明的设计4900字（论文）】

LED照明技术应用于飞机外部照明的设计目录TOC\o"1-3"\h\u29690引言 4173491飞机外部照明系统的发展简介 4168102飞机外部照明系统的技术现状 5302382.1飞机传统外部照明灯 5131362.2飞机LED照明高效 6288062.3LED灯应用寿命长 654602.4响应速度快 7229813飞机外部照明作用介绍 756533.1防撞灯 7159503.2机头灯 9106503.3着陆灯 924324LED照明技术应用于飞机外部照明的设计 10233944.1LED使用灵活性 10195014.2客舱LED显色性 10217364.3驾驶舱LED效率高 1115887总结 1131364参考文献 13

引言飞机照明是航空照明技术的一个重要分支。飞机照明技术在一定程度上反映了各个时期照明技术的特点。光源是照明技术的核心，它推动了照明技术的发展。LED光源是冷光源、高效低压光源和低功率光源，有10-50%的LED灯、白炽灯和荧光灯。一个荧光灯泡需要10万小时，10次和100次。LED灯，而不是白炽灯。安全、可靠和维护设施。在中国，照明占总能源产量的12%。全球航空运输市场蓬勃发展，各大机场继续实现客运现代化。然而，与此同时，航空公司之间的竞争也在加剧，乘客舒适度逐渐成为航空公司选择的重要标准。虽然机上就餐会在一定程度上降低乘客的出行舒适度，但在利润率持续下降的情况下，航空公司必须采取其他创新手段提高品牌竞争力，以吸引更多乘客。目前，飞机外部照明对强度、抗振动、使用寿命长、可靠性高等性能要求很高。不同的光源实现不同的功能，对光分布有一定的要求。传统的外部照明光源已不能满足这些日益增长的技术要求。本发明具有亮度高、功耗低、使用寿命长等优点，有助于推动飞机外部照明技术的发展。LED照明技术是近年来出现的新型照明技术,它采用第四代光源———半导体电致发光光源(LightEmittingDiode,简称LED),具有低电压驱动、发光效率高、显色性好、色度可调、体积小便于集成、寿命长等优势,代表照明技术的发展方向,也是先进飞机照明技术的必然趋势。1飞机外部照明系统的发展简介飞机外部照明系统是用于在飞机上提供外部照明的照明系统的一部分。它是飞机照明的重要组成部分，确保飞机起飞、巡航和飞行着陆等操作阶段。在航空技术发展的早期，飞机外部照明系统仍然非常原始。为了保证飞机在不同气候条件下的正常飞行，飞机外部照明系统逐步完善。由于发动机、机翼和起落架与驾驶安全密切相关，它们总是首先出现在人们的脑海中。工程师们非常清楚，钉子和支架之间的差异可能意味着安全和灾难性事故之间的差异。空气照明也不例外。它们出现在飞机的外部、驾驶舱和驾驶舱中，每个设备都有其特定的用途。工程师面临的挑战是在不影响舒适性、实用性或安全性的情况下，将光学系统集成到各种设备中。为了减少物理实验，工程师们使用视觉模拟来设计照明系统，以满足航空公司、乘客和监管机构的期望。在1983年，最初拥有飞机外部照明系统概念的飞机在美国落成后，飞机厦的智能化成为了飞机外部照明系统发展的主流。发达国家在美国、日本、欧洲各国都在飞机外部照明系统中提出各自的工作计划和目标。要彻底开发和LED资源，并首先是对于飞机外部照明系统能源。美国从2000年开始投资5亿美元实施了“国家情报照明计划”。美国的能源部预测，到2010年左右，美国将有百分之五的LED和荧光灯取代传统照明，每年省电就达到350亿美元。韩国政府正在实施将路灯变更为飞机外部照明系统智能照明系统的计划。欧洲联盟从2009年9月1日开始，所有飞机外部照明系统。波士顿大学教授萨姆拉兹(音)说:“我们正在做的事情是抓住这个机会，将网络的功能嵌入到照明革命中”。希望用网络技术代替飞机外部照明系统和荧光灯的方式来嵌入网络技术。2飞机外部照明系统的技术现状2.1飞机传统外部照明灯1962年NickHolonyak发明了第一个发光二极管(LED),而后随着技术和工艺的进步,LED的发光效率也不断提高,但发光频率仅限于红外、红光等波段。直到1993年日本的Nichia公司率先制备出功率效率达10%的GaN基异质结蓝光LED,并利用蓝光LED+黄光荧光粉的封装形式于1997年首次得到了白光LED,发光效率约10lm/W,此后有关研究人员分别通过RGB三色LED组合及紫外LED+荧光粉的方式获得高显色性能的白光,照明光源的发展历程如图所示。图1照明光源的发展历程2.2飞机LED照明高效航行灯普遍采用的卤素灯发光效率只有20～33lm/W,着陆灯、滑行灯及跑道转弯灯常用的HID氙气灯发光效率也只有80～100lm/W。而大功率白光LED发光效率已经达到120lm/W以上,且发光效率理论上可以达到283lm/W,随着技术与工艺水平的提高仍有很大的提升空间。采用LED光源的外部照明系统将节省至少20%的电能,大大降低了电源系统的载荷。在传统控制下，飞机LED照明控制系统简单、高效、直接，但也依赖于人员控制能力、相对分散的管理控制，而不是有效的、实际的时间和自动化程度太低。这就是为什么LED照明自动化非常重要的原因。一采用飞机照明和推广控制系统，不仅起到很好的效果，还可以提高飞机照明的管理水平，并产生明显的经济效益。2.3LED灯应用寿命长常用的卤素灯的使用寿命在2000h以内,HID灯的使用寿命约3000h,而LED寿命可达到10万小时以上,采用LED光源的灯具的寿命可达2万小时以上,因此在飞机运营过程中更换较少,减少了维修次数,提高了签派可靠度。LED光源在各种恶劣环境下也能正常工作,不易损坏,相较于传统光源降低了故障发生率,从而提高了使用寿命,降低了运营成本。采用LED灯条的照明系统每米客舱长度就需要使用100只LED灯管，HelioJet系统却只需4只，这也是HelioJet所具备的明显优势。若使用传统LED灯条作为照明系统，宽体飞机的客舱需要的LED灯光为11000只左右，窄体飞机的客舱需要4000只左右。如果任何一支LED灯管出现了故障需要进行更换，制造商首先需要对其LED灯管备件按照累计工作时长和制造标准进行分类，从中挑选出与故障灯管状态一致的更换件，才能够保证灯光的一致性，不得不说这是一件非常繁琐且复杂的任务。2.4响应速度快LED光源的响应时间在纳秒量级,响应速度快,且在脉冲驱动下LED的寿命并不受影响,这个优点使得LED光源可以用脉宽调制(PWM)的方式驱动,实现亮度的方便控制,应用于显示、情景照明等场合。图2LED可实现的色域3飞机外部照明作用介绍最早使用全LED照明的客机是日本全日航空公司于2011年投入运营的一架波音787飞机。尽管空客A320neo、波音737MAX、波音777X等第四代机型将全部采用LED照明系统，但现有机队在进行客舱内饰改装时大多数都会选择在现有传统照明系统的基础上加装部分LED灯。但也有一些区域的LED加改装需求并不那么强烈，因为这些区域使用低电压服务灯的频率极低，并不值得耗费额外成本完成LED灯改装。3.1防撞灯图3红色防撞灯信标灯，英文为EACONLIGHT或BEACON，其分别安装在飞机的上、下和中部各一只。用途是防止航空器相撞。此灯根据机型适配的控制器不同，以一定地频率爆破闪烁。此灯在飞机推出及发动机运行时打开！只要飞机发动就必开。LED航行灯,图是该航行灯的光强分布图,图中灰色实线是FAR25规定的前航行灯需要满足的二面角光强分布,据设计结构仿真得到的光强分布,而黑色实线是实测的光强分布,可以看到使用LED光源的航行灯能很好地符合FAR25的相应规范,且基本上不存在掺入光强的问题。图4绿色(左)、红(右)色LED航行灯的光强分布3.2机头灯英文为NOSE，此灯安装在前起落架上，两个灯分别叫做起飞灯和滑行灯。将选择电门放在“T.O”位置时起飞灯和滑行灯都亮，放在“TAXI”时只有滑行灯亮。此灯用于滑行道及跑道的前方照明，飞机滑行时电门应放在“TAXI”位，进跑道后放在“T.O”位置。飞机起飞后关闭。前起落架收起时，自动关闭。图5机头灯3.3着陆灯英文为LANDINGLIGHT，此灯安装在两侧机翼翼根，左右各两只，用于起飞着陆时照亮跑道。此灯功率很大，使用时产热很高，因此需要高速气流进行冷却，故而在地面起飞滑跑前才能打开，离地后关闭。在落地时也是如此，临近地面时候打开，落地后就关闭了。图6着陆灯图7LED着陆灯飞行角度照明LED着陆灯,将原来的6个滑行/着陆/滑行转弯灯用2个LED代替,从而简化了外部照明系统,降低了外部照明的功率消耗,并极大地提高了外部照明系统的可靠性。4LED照明技术应用于飞机外部照明的设计4.1LED使用灵活性飞机的外部照明系统LED改装工作可在过夜检修中完成，但正如在飞机客舱内部进行LED加改装一样，将飞机外部的卤素照明灯改装为LED灯也需要取得STC。由于如导航灯、防撞灯、起落架灯等外部组件对于飞行安全至关重要，所以申请STC的标准改装更为严格。4.2客舱LED显色性发光面积小是LED的重要特点,传统的白炽灯灯丝长,气体放电灯的气体放电区域很大,因此发光面积都比较大,大面积光源的照明光学设计非常复杂,缺乏有效的设计方法,而飞机外部照明系统对光分布的要求很高,采用大面积光源时灯具的光学结构复杂,光利用率很低。1W大功率LED发光芯片为1mm×1mm×0.1mm,封装后的LED发光面积也只有约1.5mm×1.5mm,发光面积非常小,近似点光源,在实际应用中,可以根据机外照明系统中各类灯的具体照明要求,通过成熟的非成像设计方法设计的透镜或反光碗的光学结构,将这类光学结构和LED光源相结合能得到高性能的照明灯具。清华大学集成光电子国家重点实验室罗毅教授领导的研究小组提出的三维自由曲面非成像光学设计方法,这一方法能有效解决给定三维照度的透镜设计。良好的节能效果和延长灯具寿命：最大的优点是节能、照明控制系统。传统飞机的照明会关掉白天的灯，晚上关掉灯。在飞机照明LED控制系统中，根据不同情况的移动状况，在不同的时间段，在一定程度上，可以关闭不必要的照明。同时，可以利用自然光自动调节飞机照明。照明操作系统的控制系统在不同的情况下，需要确保照明的照明，减少时间，节省不必要的能量，以延长使用寿命。改善工作环境，提高工作效率：良好的工作环境是提高工作效率的必要条件。选择光源与照明还有非常好的高性能的控制系统，能够提高照明质量。智能照明控制系统有交换机和两种控制方式。媒体的价值可以有效地改进照明，以改善照明。另外，系统基于不同的时间，根据不同的人的需求，自动地调整照明。提高管理水平：智能照明控制系统主要用来控制自动控制系统，即，对飞机的控制。在多数情况下，不需要的人参与、照明系统、自动调整的作用和调整，降低管理者的数量。4.3驾驶舱LED效率高由于可以通过调整荧光粉的成分改变发光光谱,白光LED可以做到很高的显色性能,在应用中还可以定制不同色度的LED以适应不同照明场合的需要。在使用RGB组合封装的LED模块中,分别改变各芯片的电流,调节RGB三类芯片的发光量,从而调节整个模块的发光色度,实现在光源层上的光色调节,理论上通过RGB可以实现的色度范围。因此,使用RGBLED可以方便地实现色坐标、色温等参数的调节,相对传统光源来说,这是一个很大的优势,高显色性能有效提高视觉的舒适性及视觉效率,给飞行员提供高效的视觉信息,同时,根据外部照明各部分的功能需要,可以配置不同色度的光,提高视觉效率,如对于防撞灯系统,采用红光LED可以直接实现高性能的航空红色,避免了红光灯罩带来的各种不利影响。总结与传统照明技术相比,LED照明技术具有其自身的技术优势,其光学设计、散热设计、驱动电路设计等关键技术都与传统照明技术截然不同,国内外的高校、研究所及公司对这些问题都已经有了深入的研究并取得了丰硕的成果,应用这些先进技术成果可以极大地提升飞机外部照明系统的性能。LED照明技术正处在飞速发展的时期,这次照明技术变革为提高我国照明产业的竞争力提供了契机。大型民用飞机项目作为提升产业结构的推进器,担负了提升产业领航者的使命,如何将LED照明技术应用于大型民用飞机项目是一个非常有意义的研究课题。理论和实践的重要性。只有理论不够，理论联系实际，我才知道，只有理论与实践相结合的理论，得出结论，才能真正提高自己的工作能力和独立思考能力，而在生产过程中也发现了自己的不足，缺乏深刻的认识。我们的毕业生不仅让我们认识最富有的人，而且让我们认识到与生活的密切关系。我们在社区也有一个完美的结局。我希望你自己的科学知识能应用到现实生活中，造福社会。

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