航空仪表遇上“黑科技”:飞机座舱里的“全息威廉网站首窗口”

  williamhill在线体育网址今年5月,国外一家航空仪表公司宣布,该公司研发出一款适用于多种机型的机载防撞系统。该系统能够有效检测到飞机周围环境变化情况,并通过航空仪表盘显示各种符号和颜色,帮助飞机用最佳方案规避危险。

  作为战机飞行状态信息的真实 “记录者”,仪表能够引导飞行员在各种飞行环境下做出正确的判断和操作,为安全飞行提供有力支撑。自一战以来,随着科技快速发展,航空仪表不断更新迭代,从最早的机械仪表一步步发展为电子综合显示仪表。

  航空仪表虽然个头不大,但设计制造要求极为精密,其关键核心技术考验着一个国家航空电子工业制造水平。站在世界维度看航空仪表发展,它有哪些核心功能?制造难点是什么?后期又该如何维修保养?请看本文为您一一解读。

  现代战机逐渐朝着高速度、高机动性和多任务性演变,飞行环境也愈发复杂。如何在复杂飞行条件下精确掌握战机的飞行状态,航空仪表的作用至关重要。

  早期,人类飞行还处于探索阶段,科学家并没有为战机设计专门的仪表。莱特兄弟首次飞行时,“飞行者一号”飞机上只有一块秒表、一个风速计和一个转速表,只能反馈出极其简单的飞行参数,需要飞行员结合自身经验判断飞行状态变化。

  战争催生新装备诞生。一战时,英国S.E.5型战机上安装了3种专门的飞行仪表和4种发动机仪表。但飞行员仍然主要依靠目视观察飞行环境,仪表仅作为一种功能非常有限的飞行辅助工具,并没有发挥太多实质性作用。

  这样的飞行方式没有持续太久,随着战机飞行速度、高度不断增加,科学家发现,仅依靠肉眼观察,飞行员很难在短时间内对飞行状态做出判断,遇到大雾、雷雨等恶劣天气时,甚至会因误判引发飞行事故。他们意识到,利用仪表飞行已经迫在眉睫。

  1929年,航空仪表终于迎来“高光”时刻。美国飞行员杜立特尔用帆布盖住座舱,在看不见外界飞行环境的情况下,完全根据仪表数据进行飞行试验。这段“盖罩”仪表飞行,堪称奇迹,成为航空科技发展史上一座新的里程碑。

  这一时期的仪表以机械式和电气式为主,受到技术能力限制,其灵敏度较低、指示误差较大、抗震稳定性差等问题逐渐暴露,倒逼着科学家绞尽脑汁开始了新一轮的创新工作。

  20世纪50年代,航空仪表发展到第二代,出现了各种机电式伺服航空仪表及传感器,故障率更小、精度更高、传输信号更强。

  不过,第二代航空仪表也暴露出一个致命问题——随着机载设备日益增多,仪表数量大幅增加,仪表板变得拥挤不堪,对飞行员读取数据造成了极大干扰。于是,将功能相关仪表巧妙组合在一起,成为航空仪表发展的必然趋势。

  “一表多用”理念很快应用到第三代仪表的研发工作中。没过多久,以综合罗盘指示器、组合地平仪为代表的机电式综合仪表成功问世,并一直沿用至20世纪60年代末。

  技术催生变革,航空仪表的科技化趋势于此时萌发。随着电子技术快速发展,液晶显示器、发光二极管等新型光电元件相继问世,航空仪表技术跨入。在第三代“一表多用”理念基础上,科学家通过信息数据集成研发出电子显示屏幕,并逐渐成为仪表盘上的新主角。例如,美军F-35战机首次采用整块大尺寸多功能的触摸式彩色液晶显示屏,各种关键信息飞行员可以实现“一目了然”。

  先进的屏显技术让航空仪表成为战机上最精密、造价最高的设备之一,也成为判断战机先进性的显著标志。

  随着战机性能迭代提升,飞行员需要掌握的飞行参数越来越多,这对航空仪表的输出功能提出更高要求。

  现代航空仪表“家族”庞大繁多,按照功用划分,可以分为4大类——指示战机飞行参数的飞行仪表、检测发动机工作状态的发动机仪表、指示飞机相对地球位置的导航仪表、指示战机操作和空调电源液压系统运行情况的状态仪表。

  仪表之间配合默契,能够提供庞大的飞行数据。“超级大黄蜂”战机的显示器上能够呈现出62种画面、600余种不同符号,排列组合起来超过1000多种信息,为战机飞行安全提供重要保障。

  作为战机飞行数据的真实“记录者”,仪表最重要的性能之一是要保证显示参数的准确性。现代航空仪表集合了传感技术、量子力学技术、智能化技术等一系列“黑科技”,成为战机最核心的系统之一。

  以陀螺仪为例,它是战机上最精密、科技含量最高的仪表之一,能够为飞行员提供战机精确的方位、俯仰、位置、速度等一系列信息,其重要性不言而喻。自陀螺仪诞生以来,其研发制造工艺一直是尖端核心技术。目前,世界上只有少数国家具备陀螺仪的研发和生产制造能力。

  早期陀螺仪多为机械式,之后发展为光学陀螺仪,为满足航空装备性能监测需要,各种先进技术被应用于陀螺仪研发工作中。经过科学家多年研究,一种名为微电子机械系统(MEMS)的陀螺仪成功诞生。

  顾名思义,“微”系统内部将传感器、信号处理和电路等一系列部件,集成在一个小型系统中,具备智能化、微型化、集成化等诸多方面优势,非常适用于大批量生产,很快受到各工企业的青睐。

  以国外某MEMS陀螺仪为例,与多数人想象中的“陀螺”形状不同,它将先进的微电子技术和微加工技术相结合,采用半导体生产中的成熟工艺,通过制作电路、键合、退火等一系列工序,将机械装置和电子线路集成在几乎只有指甲大小的硅质芯片上;再经信号测试校准等一系列严格测试后,才能正式投入使用。

  此外,为了防止内部高温湿热和一些高速飞行的污染物进入,设计师通常会选择密封圈、橡胶管等材料,通过封胶、焊接等工艺,对产品进行密封,延长其使用寿命、防止材料腐蚀。

  MEMS陀螺仪不仅在战机等军事领域大显身手,而且在智能手机、智能驾驶、无人机等民用领域得到广泛应用。随着人类对智能电子设备需求不断增大,MEMS陀螺仪逐渐成为引领时代的“潮品”。

  航空仪表作为飞行员的“得力助手”,在战争中扮演着极为重要角色。然而,航空仪表的功用远不止于此。回到地面,仪表又摇身一变,成为战机维修人员调试战机的重要工具。可以说,它是战机健康的“晴雨表”。

  在大修厂,当一架战机进入总装调试阶段,“战机医生”常常依据仪表显示参数,对异常指标进行调试修理。一架战机想要重返蓝天,必须经过仪表“同意”,才能够办理“出院”手续。

  显然,无论飞行员还是维修人员,都要依据航空仪表反馈数据来判断战机性能状态。如果航空仪表自身“带病上岗”,就会提供错误参数,按照错误的参数调试和操纵飞机,极易引发重大事故。

  在这种情况下,确保航空仪表“健康”就变得尤为重要。现代航空仪表结构复杂、电路精密,极易因部件老化、运输颠簸等原因发生故障,区别于机械系统,电路信号看不见、摸不着,“病灶”发生位置判断极为不易,这给检修工作带来不小挑战。

  在实际应用过程中,科研人员与维修人员对航空仪表检修方法的探索从未停止,在长期实践与摸索中,逐渐形成了系统检修方法,并归纳为以下三步:

  第一步重现故障。当航空仪表出现故障后,为了快速精准地识别故障信息,维修人员通常会模拟电子仪表的正常工作环境,还原故障发生的场景,寻找“病情原因”,防止“误诊”情况发生。

  第二步隔离故障。对“病情原因”初步判断分析后,维修人员会将疑似问题进行标识和隔离,切断与其他元器件的联系,避免局部故障造成更大面积的“并发症”。在隔离区域内,维修人员将逐步排查,进一步缩小“病情”范围。

  第三步排除故障。“病情”范围缩小后,根据仪表的工艺特点、内部结构、故障表现进行地毯式排查,维修人员将通过更换元器件、检查电路焊点等方式,将“疑似”变为“确诊”,采取针对性“治疗”,直到故障彻底消除。

  为了确保万无一失,在战机起飞前,维修人员、飞行员还要对仪表和设备再次检测和调试,逐项排查各种隐患,经过一系列“复诊”,所有指标检测合格后,战机才能顺利出厂。