航空电子仪表的应用航空仪表遇上“黑科技”：飞机座舱里的“全息窗口”|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

航空仪表遇上“黑科技”：飞机座舱里的“全息窗口”

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。

记录信息脉搏——

“一表多用”一目了然

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，航空仪表技术跨入第四代。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。

仪表遇上“黑科技”——

引领时代的“潮品”

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，很快受到各国军工企业的青睐。

那么，MEMS陀螺仪是如何生产的呢？

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”。

从“疑似”到“确诊”——

战机健康的“晴雨表”

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。

故障消除就代表战机恢复健康了吗？当然不是。

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。

来源：解放军报

科普！航空仪表的分类及发展阶段

当飞行员在驾驶飞机的时候，需要不断的了解飞机的飞行状态、发动机的工作状态和其他分系统（如座舱环境系统、电源系统等）的工作状态，以便飞行计划操纵飞机完成飞行任务。而这些看起来密密麻麻的航空仪表，也都各有分工，保障了飞行的安全。

今天，小编就带大家来了解一下那些我们看不懂的航空仪表~

航空仪表按功用可分为飞行仪表（或称驾驶领航仪表）、导航仪表、发动机仪表、和系统状态仪表。

01飞行仪表

飞行仪表是用于指示飞机在飞行中的运动参数（包括线运动和角运动）的仪表。他们位于正、副驾驶员的仪表盘上，飞行员凭借这类仪表能正确的驾驶飞机。飞行仪表包括大气数据仪表、航向仪表、和指引仪表。其中大气数据系统仪表有高度表、升降速度表、指示空速表、马赫数表、大气静温表、空气总温表等。姿态系统仪表有地平仪、转弯仪、和侧滑仪等。航向系统仪表有磁罗盘、陀螺罗盘和陀螺磁罗盘等；指引系统仪表有姿态指引仪、水平指引仪等。

02导航仪表

导航仪表用于指示飞机相对地球的位置，为飞行员提供飞机安给定航线飞向预定目标所需要的信息。

03发动机仪表

发动机仪表位于中央仪表盘上，是用于检查和指示发动机工作状态的仪表。如转速表、燃油压力表、滑油压力表、进气压力表、压力比表、滑油温度表、汽缸头温度表、喷气温度表、燃油油量表、燃油流量表、螺旋桨桨矩表等。

系统状态仪表指示飞机操作系统、空调系统、电源系统、液压系统等。主要有液压压力表、电压表、频率表等。

图：某飞机驾驶舱

航空仪表按工作原理可分为测量仪表、计算仪表和调节仪表三类。

01测量仪表

测量仪表主要用于测量飞机的各种运动或状态参数。主要有高度表、空速表、温度表、姿态指引仪、磁罗盘、发动机仪表中的压力表、温度表、转速表、震动表等，系统状态仪表中的液压压力表、操纵舵面和起落架的位置指示器、电压电流表等。

02计算仪表

计算仪表指飞机上的导航和系统性能方面的计算，如：飞行指引仪、惯性导航系统、飞行管理系统等。

03调节仪表

调节仪表主要指自动驾驶仪系统、速度和马赫配平系统、偏航阻尼系统和自动油门系统等。

航空仪表由感受、转换、传送、指示、放大和执行 等基本环节组成。但是，不是每个仪表都有包括这些环节，而且各个环节的性质和所占地位也不完全相同。

图：Mi-171仪表盘

机械仪表阶段

这个阶段是仪表的初创时期，多数仪表为单个整体直读式结构，也称为直读式仪表。即传感器和指示器组装在一起的单一参数测量仪表。表内敏感元件、信号传送和指示部分均为机械结构，例如早期的空速表和高度表。

机械仪表最大的优点是结构简单、工作可靠、成本低廉。它的缺点是灵敏度较低、指示误差较大。随着飞机性能和要求精度的不断提高，机械式仪表早已不能满足航空发展的需要。

电气仪表阶段

从20世纪30年代起，航空仪表已由机械化逐步走向电气化，发展成电气仪表，此时的仪表称为远读式仪表。如远读磁罗盘、远读地平仪等。所谓 "远读 "是指仪表的传感器和指示器没有装在同一个表壳内，它们之间的控制关系是通过电信号的传输实现的，因相距较远，故称为远读式仪表。

用电气传输代替机械传动，可以提高仪表的反应速度、精准度和传输距离。将仪表的指示部分与其他部分分开，使仪表板上的仪表体积大为缩小，改变了因仪表数量增多而出现的仪表板拥挤状况。另外，仪表的敏感元件远离驾驶舱，减少了干扰，提高了敏感元件的测量精度。远读式仪表也存在一些缺点，即整套仪表结构复杂、部件增多、重量增加。

机电式伺服仪表阶段

为了进一步提高仪表的灵敏度和精度，20世纪40年代后出现了能够自动调节的小功率伺服系统仪表，即机电式伺服仪表。伺服系统又称为随动系统，它是一种利用反馈原理来保证输出量与输入量相一致的信号传递装置，对仪表信号，采用伺服系统方式来传送，信号能量得到放大，提高了仪表的指示精度和带负载能力，可以实现一个传感器带动几个指示器，有利于仪表的综合化和自动化。

综合指示仪表阶段

20世纪40年代后，由于飞机性能迅速提高，各种系统设备日益增多，所需指示和监控仪表大量增加，有的飞机上已多达上百种，仪表板和座舱无法安排，驾驶员也目不暇接，眼花缭乱。另外，飞机的飞行速度和机动性能的提高，又使驾驶员观察仪表的时间相对缩短，容易出错，因此把功能相同或相关的仪表指示器有机地组合在一起，形成统一指示的综合仪表，已成航空仪表发展的必然趋势。例如，综合罗盘指示器、组合地平仪和各种发动机仪表的相互组合等都是一表多用的结构形式。机电式综合仪表一直使用到20世纪60年代末。

电子综合显示仪表阶段

随着电子技术的飞速发展，从 60年代开始出现电子屏幕显示仪表，逐步在取代指针式机电仪表，使仪表结构进入革新的年代，到20世纪70年代中期，电子显示仪表又进一步向综合化、数字化、标准化和多功能方向发展，并出现了高度综合又相互补充、交换显示的综合电子仪表显示系列。驾驶员可以通过控制板对飞机进行控制和安全监督，初步实现了人机 "对话 "。

来源：海卡航空