第二章 第三節

第三節飛機的機載設備及系統機載設備及系統是為完成各種飛行和任務而安裝的各種設備及系統的總稱，主要用作導彈、通信、目標探側、座艙顯示與環境控制、信息綜合與處理、電子對抗以及飛機發動機和武器系統的控制與管理等。由于電子技術特別是計算機技術的發展應用，飛機設備及系統發生了重大的革新。在現代飛機上，機載電子設備已成為決定飛機性能和效能的重要因素。一、飛機的電子儀表系統

飛機的電子儀表系統是飛機感知和處理外部情況并控制飛行狀態的核心，相當于人的大腦及神經系統，對保障飛行安全、改善飛行性能起著關鍵作用。飛機的電子儀表系統共分為四部分:飛行控制儀表、飛機綜合電子控制系統、導航系統和通信系統。1.飛行控制儀表

飛行控制系統的基本功能是控制飛機氣動操縱面改變飛機的布局，增加飛機的穩定性、改善操縱品質、優化飛行性能。其具體功能有保持飛機姿態和航向、控制空速及飛行軌跡、自動導航和自動著陸、地形跟隨及地形回避、編隊飛行以及配合自動空中交通管制等，目的是減輕飛行員工作負擔，做到安全飛行，提高完成任務的效率和經濟性。飛行控制系統一般由傳感器、計算機、伺服作動器（是電液伺服系統中的執行元件，通過對負載施加可控的推、拉等作用力，實現對負載的速度、方向、位移、力的控制）、控制顯示裝置、檢測裝置及能源部分組成。飛機的控制儀表系統提供飛機飛行中的各種信息和數據，使駕駛員及時了解飛行情況，對飛機進行控制，以順利完成飛行任務。早期的飛機飛得又低又慢，只裝有溫度計和氣壓計等簡單儀表，主要是靠飛行員的感覺獲得信息。現在的飛機則裝備了大量儀，并由計算機統一管理，用先進的顯示技術直接顯示出來，大大方便了駕駛員的工作。1)大氣數據儀表飛行控制儀表的第一類是大氣數據儀表，包括氣壓高度表、飛行速度表、大氣溫度表、大氣數據計算機等組成。為了飛機的飛行安全，飛機在不同的飛行階段，需要使用不同基準的高度。主要有：場壓高度海平面氣壓高度標準氣壓高度1、相對高度（場壓高度QFE）機場當地海拔高度的氣壓高度為零，飛機高度表上表示出來的高度就是機場上空的相對高度距離起飛和降落階段使用2、絕對高度（海平面氣壓高度QNH）以當地實際海平面的氣壓數據作為高度的基準面，飛機高度表上表示出來的高度就是飛機的實際海拔高度。想要得到飛機與下方地面間的真實高度，就用海平面氣壓高度減去由航圖上查到的這一位置的標高。爬升和下降階段使用3、標準氣壓高度（ISA）以國際標準大氣的基準面得到的高度稱為標準氣壓高度。（大氣壓力為760毫米汞柱高，溫度為15℃）巡航階段使用飛機上最常用的無線電測距裝置有無線電高度表和無線電測距機(DME)。利用飛機和地面測距臺之間的無線電波往返所用去的時間來測定飛機和測距臺之間的距離。測距測距機（DME）機載測距機發出頻率在1025~1150兆赫間的詢問脈沖，地面測距臺接收到這些脈沖信號后就發出應答脈沖，機載的測距器接收后比較詢問脈沖和應答脈沖之間的時間間隔，計算出飛機和地面測距臺之間的斜距。導航系統無線電高度表使用無線電波的反射回波測量飛機與大地表面之間的實際高度。民航飛機使用測高范圍在0~2500英尺或0~5000英尺的低高度無線電高度表，在起飛和進近著陸期間使用。使用頻率為4200~4400赫，工作原理和雷達相同，多數使用的是調頻的連續波。導航系統②飛行速度表飛行速度和飛行高度一樣、也有不同的定義。真空速：指飛機對于空氣的運動速度，也簡稱為空速。指示空速：是由測量空氣壓力的表上直接指示速度，也叫表速。升降速度：指飛機對地面運動的上升或下降的速度。地速：指飛機相對與地面物體的速度。馬赫數：是飛行速瓜和飛機所在高度聲速的比。用氣壓式儀表測定飛行速度是基于伯努利定律。空速表的構造和高度表相似，通過機械裝置帶動指針，指示出空速。這個速度稱為指示空速，它和飛機的真空速還有差別，因為測量到的動壓和速度之間的關系受到空氣密度的影響，空氣密度和溫度壓力有關，因而必須根據溫度和壓力來修正指示空速才能得到真空速。在空速表上加裝一個相應的機構，可以測到真空速。馬赫數表測量的是同一地點聲速和空速的比值，因而不需要溫度修正，只要根據靜壓得出當地的聲速和空速比較就能得出馬赫數，馬赫數表和空速表通常共用一個表頭，有轉換開關可使這塊表顯示馬赫數或空速。空速表上標有各種彩色弧線區，用來表示不同飛行階段的速度限制范圍，如襟翼操作速度范圍、正常操作速度范圍、平穩氣流中速度操作范圍(警戒范圍)及極限速度等，如圖2.39所示。2)飛行姿態指引儀表飛機控制儀表第二類是飛行姿態指引儀表，主要包括陀螺儀表。駕駛員必須知道飛機的飛行姿態才能正確地操縱飛機。飛行姿態是指飛機的三個軸對地平面所形成的角度和它的航向，靠飛行儀表來確定。姿態儀表是以陀螺為基礎的，包括陀螺地平儀、側滑指示器、姿態指引儀和陀螺航向儀。

①陀螺測量物體相對慣性空間轉角或角速度的裝置叫做陀螺。自轉軸具有兩個轉動自由度的陀螺稱為兩自由度陀螺。兩自由度陀螺具有內框和外框，它們為轉子軸提供了兩個轉動自由度。內框和外框組成的框架又叫萬向支架。自轉軸只具有一個轉動自由度的陀螺稱為單自由度陀螺。單自由度陀螺只具有內李軸提供了一個轉動自由度。兩自由度陀螺具有兩個基本特性:穩定性和進動性。穩定性是指陀螺一旦高速旋轉起來，就會表現出抵抗干擾力矩，力圖保持其白轉軸對慣性空間方向不變的特性，如圖2.40所示。任意轉動陀螺的底座，其自轉軸總是指向一個方向。在激光技術發展之后，20世紀70年代出現了激光陀螺，激光陀螺的原理是通過激

光干涉條紋的位移，測算平面的轉動的角速度。它的精度大大高于機械式陀螺，誤差很小，可靠性高，使用壽命長。它的缺點是體積比陀螺大。激光陀螺和計算裝置及顯示儀表的成本加在一起比機械陀螺高出很多，因而在小型飛機上，今后很長一個時期仍將使用機械式陀螺，在大中型飛機上激光陀螺已經取代了機械式陀螺。②地平儀也叫姿態指示器，用來指示飛機與地平面之間的相對關系，即指示飛機的俯仰和傾斜角度。表上有一條人工地平線，由于云、能見度降低或黑暗使自然地平線被遮擋時，它能提供極大的幫助。地平儀是唯一能夠既提供俯仰數據又提供傾斜數據的飛行儀表。

地平儀準確性極高，微小的俯仰和傾斜變化都能測出來，如圖2.41所示。③協調轉彎儀駕駛員要使飛機同時側傾和偏航才能完成協調轉彎，協調轉彎儀就是為駕駛員指示側傾和偏航的協調而設計的，它的構造如圖2.42所示，它由兩個部分組成，表盤上部的飛機標志和陀螺組成轉彎儀，表盤下部的側滑儀由一個盛有液體的密封彎管構成，固定在表上，液體中浮著一個小球。當飛機平飛時，小球處于彎管中央的最低位置;當飛機進行沒有側滑的盤旋時，小球受到的重力和離心力的作用方向與飛機的立軸方向一致，小球仍處于中央位置;只有當飛機出現側滑時，小球的受力偏離了立軸，小球從中央移向側滑的一側，這樣就使駕駛員能根據它的指示完成協調的轉彎。協調轉彎儀表盤上部的飛機標志用來指示轉彎快慢程度，下部的側滑儀是用來指示協調飛行情況。飛機傾斜進人轉彎或脫離轉彎時，小飛機會向同一方向傾斜。快轉時小飛機傾斜度大，慢轉時小飛機傾斜度小，如圖2.43所示。飛行員可使用轉彎儀利用將小飛機翼尖對準轉彎標線的方法來建立和保持標準轉彎，即表示飛機以標準角速度(3°/秒)轉彎。此時飛機轉360°需2分鐘時間。④姿態指引儀

老式真空驅動的和新式電力驅動的姿態指示儀通常被稱為人工地平線，它們都使用小飛機和地平線標尺來反映飛機的真空姿態，如圖2.44所示。小飛機和地平線標尺之間的關系與真實的飛機和地平線之間的關系相同。即使飛機有非常小的姿態變化，儀表都會給出即時的指示。⑤磁羅盤磁羅盤是由兩個固定在浮子上的鋼質的磁化指針和圍繞著浮子的一個羅盤刻度盤組成。兩個指針平行，并且北極都指向同一方同。羅盤刻度盤上用字母標出主要的航向，每30°間隔用一個數字標出，省略了數字末尾的“0"。例如30°用“3”表示，360°用“30”表示。在這些數字之間以每5°為一個刻度單位。浮子安放在一個裝滿非酸性白色煤油的碗狀容器中。液體的目的是為了羅盤刻度盤減震和通過浮力緩解浮子對支架的重力。寶石軸承用來將浮子裝置安放在軸承座的頂部。儀表的玻璃窗口后面安放了一條線(被稱為航向標準線)，作為校準羅盤刻度盤上的航向的參考。磁羅盤除受到地磁作用外還受到機艙內鋼鐵構件的磁性干擾，因而出現了羅盤偏差，稱為羅差，在實用時還要把羅差減掉。此外在飛機非勻速飛行或轉彎時，磁棒受到飛機加速度的影響，會使指示方向偏離，因而磁羅盤只適用于飛機巡航平飛時。目前磁羅盤在大、中型飛機中只作為備用儀表。

⑥航向指示儀

由于磁羅盤在飛機變速和轉彎時不能準確指示方向，人們就把陀螺的定軸性和磁針的指向性結合起來制成航向指示儀來解決這一問題。航向指示儀也稱為航向陀螺儀，它的陀螺指向在起始狀態，飛機靜止時或平飛時要調整得和磁針指向一致，表盤中央的飛機標志固定，而表上的羅盤刻度盤則隨著機身的偏航而轉動，如圖2.46所示，由此指示出飛機的航向。⑦飛機儀表板的安排飛機儀表板上儀表的布局關系到駕駛員操縱飛機的反應時間，也關乎飛行安全。根據各種儀表的重要性和與其他儀表的相關程度，使用機電式儀表的儀表板基本上是按圖2.47的標準形式布局，這種布局稱為基準T型布局，駕駛員的中央正前方是姿態儀表(地平儀或姿態指示儀)，它的左側是空速表，右側是高度表，姿態儀表的正下方是航向指示器，這四塊主要儀表構成了T型，這是操縱飛機的基本儀表，在左下角的協調轉彎儀和右下角的升降速度表都是姿態儀表的輔助儀表，駕駛員根據它們的指示能更好地控制飛機的俯仰和轉彎。3)慣性基準系統

飛行控制儀表的第三類是慣性基準系統，本系統可提供一套精確的飛機姿態數據，如位置、傾斜、航向、速度和加速度等，實現了飛機導航、控制及顯示一體化。

本系統分為兩大組成部分，一種是電子飛行儀表系統(包括電子水平狀態指示器、電子姿態指引儀、符號發生器及方式控制面板、信號儀表選擇板等)，另一種是發動機指示與機組警告系統，可以顯示發動機的參數并對其進行白動監控，如出現工作異常情況會發出警告并記錄一下故障時的系統參數。2.飛機綜合電子控制系統1)飛行管理計算機系統飛機駕駛自動化的進一步發展，要求把飛機的信號基準系統啟動駕駛系統和顯示系統統一綜合管理，使飛機在整個航線實現最佳性能的自動駕駛飛行，這個任務即由飛行管理計算機系統完成。2)飛行信息記錄系統

它包括兩個部分，一個是駕駛艙話音記錄器，把駕駛艙內發生的聲音和飛行的各種性能數據記錄在磁帶上;另一個部分是數字飛行數據記錄器，記錄飛行時的各種參數，可記錄25個小時中的60多種數據。這些記錄被放在一個耐熱抗震的金屬容器中，即俗稱的“黑匣子”，其主要用途是進行事故分析和維修飛機。3)飛機自動駕駛系統飛機自動駕駛功能早就出現了，只是它所能控制的范圍太小，一開始是利用陀螺儀控制和糾正飛機的飛行姿態;20世紀30年代發展成可控制和保持飛機的高度、速度和航跡的自動駕駛儀;50年代時又出現導航系統、儀表著陸系統相配合的自動駕駛儀，實現飛機長距離自動飛行、起飛和著陸;而到70年代中期，因為計算機的應用，自動駕駛儀實現了更高程度的自動化。在現代化大中型民航飛機中，飛機自動駕駛系統由四個部分組成:自動駕駛儀指引系統、推力管理系統、偏航阻導系統和自動安定面配平系統。4)電傳操縱系統

簡單地說，就是把傳統的對飛機的機械操縱全部改為電信號代替，從而形成了電傳操縱，其好處是減少了機械系統的摩擦和時間延遲，反應速度更快，操縱靈敏性更高;它也避免了原來的手動操縱與自動操縱間轉換時的不協調，并減少了機械系統的裝置及重量，飛機駕駛更為方便省力;更重要的是，它提高了飛機的機動性。在民航飛機中，最先采用電傳操縱的是空中客車320，至20世紀90年代，各飛機生產商所生產的大型客機都改為了電傳操縱。5)近地警告系統此系統是20世紀70年代后開始裝備飛機的，功能是通過燈光和聲音通知駕駛員飛機正在以不安全的方式或速度靠近地面，警告駕駛員預防因疏忽或計算不周而發生的觸地事故。6)空中警告及避撞系統根據二次雷達用應答機確定飛機編號、航向和高度的原理，把詢問裝置裝在飛機上，使飛機之間可以顯示相互之間的距離間隔，幫助駕駛員采取相應的措施，防止空中碰撞。3、導航系統飛機導航系統是用來確定飛機位置、速度和航向，并引導飛機按預定航線飛行的整套設備。在軍用飛機上，導航系統還兼有為武器投放、偵察、巡邏、反潛和救援等任務提供基準的功能。根據工作原理，導航系統可分為他備式導航和自備式導航。根據作用距離不同，機載導航系統可分為遠程、中近程、區域和進場著陸幾種。1)遠程導航系統通常把作用距離達幾千千米以的歸為遠程導航系統，10000千米以上的為超遠程導航系統。羅蘭一C是一種典型的遠程導航系統，定位精度為0.925一5.55千米;奧米加是典型的超遠導航系統，定位精度為1.85一3.7千米;全球定位系統(GPS)屬于測距型衛星導航系統，工作范圍可覆蓋全球大部分地區，目前絕大部分飛機的無線電導航系統己被GPS取代。2)中近程導航系統典型的有無線電羅盤、臺卡近（中程低頻相位雙曲線無線電導航系統）、伏爾（伏爾導航系統伏爾導航系統(VOR)是空中導航用的甚高頻全向信標）和塔康等。塔康即戰術空中導航系統，能同時完成測距和測向任務（TACAN是戰術空中導航系統的簡稱，由美國于1955年研制成功，后被法國、德國、英國、加拿大、日本、韓國等廣泛使用）。3)區域導航系統由各導向設備(如VOR,測距儀DME、大氣數據計算機等)、計算機、控制顯示器等組成，是航空導航的一種新發展。4)進場著陸系統

進場著陸是飛機航行的最后一個重要階段。飛機沿下滑線從30一50千米處，一直降至跑道延長線上空20-30千米高度處，這一階段稱為進場;飛機在垂直平面內，由曲線飛行至觸地，并沿跑道滑行至完全停止，這一階段稱為著陸。儀表著陸系統(ILS)是國際上廣泛采用的標準無線電進場著陸系統;微波著陸系統(MLS)則是著陸系統的新發展，其主要優點是精度高，可滿足III類著陸要求。儀表著陸系統（ILS）儀表著陸指的是飛機僅憑飛行儀表進行著陸。或引導飛機沿著正確的航道下滑、著陸。儀表著陸系統(ILS)是一種引導飛機進行著陸的設備，由地面設備和機載設備相互配合工作。地面導航設備指儀表著陸系統中在地面發射導航信息的設備，也稱盲降設備。導航系統儀表著陸系統（ILS）地面部分分為航向信標系統、下滑信標系統和指點信標系統。航向系統引導飛機對準跑道的中心線。下滑系統引導飛機按一定下滑角著陸。指點信標系統發出信號，檢查飛機通過信標臺時的高度和速度，并指示飛機離跑道入口端的距離。儀表著陸系統（ILS）按精度分為三個等級：I類的能見度在540米以上時可以使用；II類為360米；III類分為IIIa，IIIb，IIIc，對應的能見度是210米、45米和0米。機載的儀表著陸設備必須高于和對應于機場上設施的類別才能在相應的天氣下著陸。導航系統

此外還有空中交通管制系統(ATC)和空中防撞系統，用以確保飛行安全和提高飛行效率。近年來由于計算機和通信衛星技術的迅速發展，空中交通管制系統由人工管制系統逐步向半自動化和自動化的空中交通管理系統發展。4、通信系統通信系統是完成通信過程的全部設備和傳輸媒介，實現飛機與飛機之間，飛機與地面（水上）之間信息的傳輸。通信系統由發射機、接收機、發射天線、接收天線、話筒、耳機或揚。機載通信系統主要由機載通信設備、機內通話設備、通信終端設備和數據傳輸引導等設備組成。其中機載通信設備主要包括高頻（HF）、甚高頻（VHF）、超高頻（UHF）和甚高頻（VHF）/超高頻（UHF）通信設備，衛星通信設備及救生通信電臺等。無線電通信系統無線電通信系統頻段劃分低頻(LF)30千赫～300千赫中頻(MF)300千赫～3000千赫高頻(HF)3000千赫～30兆赫甚高頻(VHF)30兆赫～300兆赫超高頻(UHF)300兆赫～3000兆赫極高頻(SHF)3000兆赫～30000兆赫無線電通信系統機載通信設備主要負擔指揮、聯絡和內部通信等三個方面的任務。它具有三種通信形式：近距離通信、遠距離通信和機內通信。甚高頻通信系統（VHF）作用范圍只在目視范圍之內；作用距離隨高度變化，在高度為300米時距離為74公里；主要用于飛機在起飛、降落時或通過控制空域時機組人員和地面人員的雙向語音通信。必須保證甚高頻通信的高度可靠。甚高頻通信系統（VHF）甚高頻天線為刀形，一般安裝在機腹。使用頻率范圍按照國際民航組織的統一規定