航空電子儀表的發(fā)展與應用

摘 要：通過介紹航空電子儀表的發(fā)展現(xiàn)狀，指出了現(xiàn)代航空電子儀表的主要發(fā)展趨勢，并對航空儀表的各個發(fā)展階段的應用進行了詳細的說明，最后對優(yōu)化我國航空電子儀表和測試的發(fā)展和應用提出了可行性建議。這對加強航空電子儀表的國內(nèi)外的技術交流與合作等相關研究與應用有一定的參考作用。

關鍵詞：航空；電子儀表；發(fā)展；應用

中圖分類號：TH89 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）02-0028-02

伴隨著儀表等技術的快速發(fā)展，航空電子儀表的發(fā)展與應用不斷出現(xiàn)新的變化。本文從航空電子儀表的發(fā)展與應用的層面出發(fā)對航空電子儀表進行研究。

1 航空電子儀表的現(xiàn)狀

航空電子儀表從現(xiàn)有的應用情況來看，由于其自身受計算機技術、通信技術和ASIC芯片技術的影響較大，因而導致在傳感器與執(zhí)行器等設備上添加智能接口已經(jīng)成為航空電子儀表的應用現(xiàn)實。也就是說，目前已經(jīng)進入了智能化儀表的應用階段。在這一時期，帶有微處理器芯片的儀表開始不斷擴大其應用范圍。此類航空電子儀表在應用過程中，實現(xiàn)了傳輸信號的數(shù)字化，進而為現(xiàn)場總線的出現(xiàn)提供了基礎。以飛機為例，20世紀70年代航空儀表多數(shù)還是隸屬于機械系統(tǒng)，但是從20世紀70年代末期開始，航空電子開始成為飛機設計中相對獨立的一個部門。在航空電子儀表市場需求與技術發(fā)展兩者的推動下，現(xiàn)場總線在20世紀80年代開始出現(xiàn)，它又被稱作開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡。其應用的本質就是將微處理器置入到傳統(tǒng)儀表，讓自控系統(tǒng)和設備之間存在通信能力。通過現(xiàn)場總線的應用，能夠有效地連接成網(wǎng)絡系統(tǒng)，進而加入到信息網(wǎng)絡中。以飛機為例，為飛行員或者飛行控制系統(tǒng)提供以規(guī)定航線飛向預定目標而需要的導航信息，進而修正因為長時間飛行所導致的航線誤差。

2 現(xiàn)代航空電子儀表的發(fā)展趨勢

2.1 開放式控制的發(fā)展方向

伴隨著與航空電子儀表相關技術的發(fā)展，尤其是自動化技術的快速發(fā)展，航空電子儀表自動控制系統(tǒng)的可信軟件已經(jīng)開始在航空中得到廣泛應用。通過開放式控制的應用，在航空中實現(xiàn)了完整的網(wǎng)絡連接，進而實現(xiàn)了過程控制、智能化控制等。

2.2 智能化的發(fā)展方向

科技的發(fā)展促使人們對航空電子儀表提出了更高的要求。實現(xiàn)航空電子儀表的智能化控制也是現(xiàn)代航空電子儀表的發(fā)展趨勢之一，其目的是能夠在航空中實現(xiàn)智能的操作和控制。從航空電子儀表在智能化發(fā)展方向的應用核心來看，主要是現(xiàn)場總線技術——航空電子儀表的進一步研發(fā)，總線技術在其中有著重要的地位，因為它對于航空電子儀表控制系統(tǒng)的優(yōu)化有著重要的作用。簡而言之，在航空電子儀表的發(fā)展趨勢中，智能化的主要作用是將各類技術較好地融合，進而促進航空電子儀表的快速發(fā)展。

2.3 網(wǎng)絡化的發(fā)展方向

伴隨著網(wǎng)絡技術的應用發(fā)展，在航空電子儀表中實現(xiàn)了計算機的數(shù)字化和網(wǎng)絡化控制，這就使得自動控制系統(tǒng)和設備兩者之間能夠有效連接，極大地得到了信息數(shù)據(jù)采集問題的解決效果，這就促使航空電子儀表的應用能夠實現(xiàn)與自動化之間的完美結合。

2.4 DCS 系統(tǒng)應用的發(fā)展方向

在航空電子儀表的發(fā)展中，逐漸開始實現(xiàn)全數(shù)字式、開放式的 DCS 系統(tǒng)應用，這是因為計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展推動了DCS體系結構的不斷優(yōu)化，進而使得數(shù)字通信技術能夠延伸應用到現(xiàn)場。傳統(tǒng)的4～20 mA直流模擬信號制會被雙向數(shù)字通信的現(xiàn)場總線替代，進而通過智能變送器與智能執(zhí)行器的應用，實現(xiàn)量程的擴展和精度的優(yōu)化，同時有效地提高可用性與可靠性。

3 航空電子儀表的應用

3.1 簡單機械式儀表的應用

在沒用應用儀表以前，飛機只在白天能夠目視的情況下才飛行。引入了簡單的機械膜盒式儀表后，機械膜盒式儀表通過對外界氣壓的感知，把壓力值轉化成高度數(shù)值和速度數(shù)值，并通過機械連桿帶動儀表指針讓數(shù)值能夠在刻度盤上顯示出來，進而為飛機的飛行高度與速度方面提供必要的保障。但是該類儀表在引用過程中有著較大的誤差，優(yōu)點是很少出現(xiàn)故障。目前，還有第三代戰(zhàn)機應用該類儀表。

3.2 機電式儀表的應用

20世紀二三十年代以后，其他機載儀表設備得到了廣泛應用，尤其是把經(jīng)典力學作為基礎的航空陀螺儀表得到了應用。通過該類儀表的應用，飛行員可以將地平儀等機電式儀表作為基礎進行飛行。機電儀表在應用過程中通過利用顯示元件的相對位移來實現(xiàn)對信息的顯示，如在應用中利用指針和刻度盤等。這個階段的航空儀表比較簡單，通常自身是獨立的系統(tǒng)，有著獨立的傳感器和傳送機構，在儀表板上也有獨立顯示控制方面的空間，實現(xiàn)的是對某類單一航空參數(shù)的顯示控制。在數(shù)字技術與電子技術發(fā)展下，機電儀表開始在應用中向測量、處理和顯示三位一體的儀表方向發(fā)展，如大氣數(shù)據(jù)計算機系統(tǒng)的應用實現(xiàn)了對測量信號的集中處理，通過數(shù)字傳送方式的應用，將計算結果分別發(fā)送給多個系統(tǒng)和儀表進行應用與顯示。這種應用的結果讓航空儀表所指示的數(shù)值準確度得到了極大的提高，也有效地降低飛機的重量和體積。同時，機電儀表在加工工藝方面也得到了極大的改進——儀表通過小型化與組合化處理，在性能上得到了極好的優(yōu)化，但此時期的航空儀表存在著容易導致飛行員注意力分散的問題。

3.3 電子儀表的應用

20世紀60年代和70年代，飛機的性能得到了極大的提高。與此同時，飛機在高空、高速等作戰(zhàn)環(huán)境下進行工作的需求極高，這就使得傳統(tǒng)的機電式儀表所具有的弊端極大地限制了飛機性能的進一步改善。主要表現(xiàn)在原有的航空儀表增加了飛行員的工作難度，無法滿足飛機性能需求增加的需要。在這種背景下，促使了平視顯示器與多功能下視顯示器等作為使用代表的電子飛行儀表的出現(xiàn)。這一時期的航空電子儀表通過電子發(fā)光的方式來實現(xiàn)對信息的顯示，在應用中通過對不同控制指令的執(zhí)行來實現(xiàn)對參數(shù)與數(shù)值格式的轉變。該時期的航空儀表具有集中處理與整體顯示等方面的優(yōu)點。通過對電子儀表周邊所設置的案件的控制來實現(xiàn)對儀表指示操作過程的優(yōu)化，實現(xiàn)了即使在同一個顯示區(qū)間也能對不同時間的信息進行顯示。該時期的航空儀表已經(jīng)發(fā)展為屏顯的方式，也就是說，航空儀表的顯示已經(jīng)發(fā)展為時分制的方式。這一時期的航空電子儀表在使用中的優(yōu)點主要是實現(xiàn)了一表多用，同時還能通過計算機的應用實現(xiàn)按需顯示。除此以外，該時期航空電子儀表的形式種類也比較多。

3.4 航空電子儀表現(xiàn)階段的應用

航空電子儀表的應用在現(xiàn)階段主要是通過計算機技術對工作界面進行優(yōu)化。伴隨著多功能顯示技術和總線技術的發(fā)展，在航空電子儀表的發(fā)展中最終裝有電子儀表座艙的顯示完成了綜合顯示控制系統(tǒng)的應用。也就是說，在現(xiàn)有的航空電子儀表的應用中，傳統(tǒng)的航空儀表已經(jīng)不存在了，一切都是通過顯示器來實施。以第三代飛機為例，普遍應用的是綜合顯示控制系統(tǒng)。換句話說，航空電子儀表的發(fā)展過程與現(xiàn)有的應用方式?jīng)Q定了在我國的航空電子儀表的發(fā)展中應不斷促進各類技術發(fā)展，促進各類技術的優(yōu)化。這些都與人才和技術的融合有著密不可分的關系。

4 優(yōu)化航空電子儀表的發(fā)展與應用的建議

通過對我國航空電子儀表的發(fā)展與應用的分析可以看出，人才和技術對促進航空電子儀表應用水平的進步有著重要的作用，因此提出以下優(yōu)化建議。

4.1 技術水平的優(yōu)化

在航空電子儀表的技術水平優(yōu)化中，主要是以我國現(xiàn)有的航空院校和研究院所為基礎，結合與航空電子儀表生產(chǎn)制造聯(lián)系緊密的生產(chǎn)制造單位，通過建設高水平科研隊伍的方式來優(yōu)化技術水平。在技術水平的優(yōu)化方面，主要從自動測試、復雜工程系統(tǒng)、儀表與測試裝置等方面進行。從自動測試的層面來看，主要優(yōu)化的是自動測試技術和自動測試系統(tǒng)兩個方面，其技術優(yōu)化的對象主要是航空工業(yè)和與此相關的軍事應用方面。通過在自動測試平臺技術方面的相關技術研究，實現(xiàn)各類測試系統(tǒng)的高水平研發(fā)，進而促進航空電子儀表應用的發(fā)展。在儀表和測試裝置技術優(yōu)化方面，主要關注的是儀表和測試裝置設計實現(xiàn)新技術及其在工程方面技術應用的優(yōu)化，主要針對的技術優(yōu)化對象是航空復雜產(chǎn)品和民用設施等。通過此類技術的優(yōu)化和平臺的設計，實現(xiàn)對產(chǎn)品的元件級、組件級、系統(tǒng)級以及全生命周期等進行有效的維護。

4.2 人才建設的優(yōu)化

航空電子儀表的發(fā)展和應用離不開人才建設的支持。我國應以現(xiàn)有的國內(nèi)航空院校和研究院所為基礎，不斷加強航空電子儀表方面人才的培養(yǎng)。通過各種培養(yǎng)措施和管理方式的優(yōu)化，不斷提高人才建設方面的水平。例如，通過提高儀表和測試技術學科的教學條件與實踐環(huán)節(jié)結合的方式來促進人才建設水平的提高，為提高航空電子儀表的應用水平提供良好的培養(yǎng)與實踐環(huán)境。在人才建設優(yōu)化方面，應主要側重技術人員在理論聯(lián)系實際方面的能力，將工程技術實踐作為培養(yǎng)環(huán)節(jié)，提高技術人才在分析問題和解決問題方面的能力。通過以實際工程課題研究與應用為培養(yǎng)環(huán)節(jié)，促使技術人才在技術能力、協(xié)調(diào)能力、組織能力和管理能力等方面綜合水平的提升。

4.3 優(yōu)化科研技術工作環(huán)境

我國應從航空電子儀表的發(fā)展趨勢和應用水平出發(fā)，分層次、分階段地促進我國在此方面科研技術工作環(huán)境的優(yōu)化，加強在航空電子儀表實驗室資源方面的建設，通過重大科研項目的立項與推進，促進相應科技成果的出現(xiàn)。在優(yōu)化科研技術工作環(huán)境中，應堅持以人為本的理念，提高技術人員參與科研工作的主動性和積極性。

除此以外，還應加強在航空電子儀表方面的學術交流，通過舉辦學術交流與技術交流會議等多種方式促進航空電子儀表應用技術的整體發(fā)展。應密切關注國外在航空電子儀表方面的最新動態(tài)和研究成果，通過聯(lián)合申請項目等方式，增強國內(nèi)外技術交流與合作。

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作者簡介：李凱（1981—），男，工作于上海飛機設計研究院綜合航電部，工程師，主要研究民用航空電子。

〔編輯：白潔〕

The Development and Application of Aviation Electronic Instrument

Li Kai

Abstract： Through the introduction of the current situation of the development of aviation electronic instrument， points out the main trends of development of modern aviation electronic instrument， and each stage of development of the aviation instrument application in detail， finally， the optimization of Chinas aviation electronic instrument and testing the development and application of feasible Suggestions are put forward. To strengthen aviation electronic device technology exchanges and cooperation at home and abroad related research and application has certain reference function.

Key words： air； electronic instrument； development； application