飛機(jī)客艙顯示屏(飛機(jī)駕駛艙顯示屏)

今年5月，國(guó)外某航空儀表公司宣布，已研發(fā)出適用于多種飛機(jī)型號(hào)的機(jī)載防撞系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以有效檢測(cè)飛機(jī)周圍環(huán)境的變化，并在航空儀表板上顯示各種符號(hào)和顏色，以最佳解決方案幫助飛機(jī)避免危險(xiǎn)。

儀表作為戰(zhàn)斗機(jī)飛行狀態(tài)信息的真正“記錄者”，可以指導(dǎo)飛行員在各種飛行環(huán)境下做出正確的判斷和操作，為安全飛行提供有力支撐。第一次世界大戰(zhàn)以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，航空儀表不斷更新迭代，逐漸從最早的機(jī)械儀表發(fā)展到電子綜合顯示儀表。

航空儀器雖然體積小，但其設(shè)計(jì)制造要求極其精密，其關(guān)鍵核心技術(shù)考驗(yàn)著一個(gè)國(guó)家航空電子工業(yè)的制造水平。從世界角度看航空儀表的發(fā)展，其核心功能是什么？制造上有哪些難點(diǎn)？后期如何保養(yǎng)？請(qǐng)閱讀本文，為您一一講解。

記錄信息脈沖——

“一表多用”一目了然

現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)逐漸向高速、高機(jī)動(dòng)性和多任務(wù)能力發(fā)展，飛行環(huán)境也日益復(fù)雜。如何在復(fù)雜的飛行條件下準(zhǔn)確掌握戰(zhàn)機(jī)的飛行狀態(tài)，航空儀表的作用至關(guān)重要。

早期，人類飛行還處于探索階段，科學(xué)家并沒(méi)有為戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)計(jì)專門的儀器。萊特兄弟首次飛行時(shí)，“飛行員一號(hào)”飛機(jī)只有秒表、風(fēng)速計(jì)和轉(zhuǎn)速計(jì)，只能反饋極其簡(jiǎn)單的飛行參數(shù)，需要飛行員根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷飛行狀態(tài)的變化。

戰(zhàn)爭(zhēng)催生了新的裝備。第一次世界大戰(zhàn)期間，英國(guó)S.E.5戰(zhàn)斗機(jī)上安裝了三種類型的專用飛行儀表和四種類型的發(fā)動(dòng)機(jī)儀表。但飛行員對(duì)飛行環(huán)境的觀察仍主要依靠目視觀察，儀表僅起到輔助飛行的作用，功能十分有限，并沒(méi)有起到太大的實(shí)質(zhì)性作用。

這種飛行方式并沒(méi)有持續(xù)多久。隨著戰(zhàn)斗機(jī)的飛行速度和高度不斷提高，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)飛行員僅依靠肉眼觀察很難在短時(shí)間內(nèi)判斷飛行狀態(tài)，并遭遇大霧、雷暴等惡劣天氣。有時(shí)，甚至可能因誤判而發(fā)生飛行事故。他們意識(shí)到儀器飛行迫在眉睫。

1929年，航空儀表終于迎來(lái)了它的“高光”時(shí)刻。美國(guó)飛行員杜立特用帆布覆蓋駕駛艙，完全根據(jù)儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行飛行測(cè)試，無(wú)法看到外部飛行環(huán)境。這次“遮蓋”儀表飛行是一個(gè)奇跡，也是航空技術(shù)發(fā)展史上新的里程碑。

這一時(shí)期的儀器儀表主要是機(jī)械式和電氣式。由于技術(shù)能力的限制，靈敏度低、示值誤差大、抗震穩(wěn)定性差等問(wèn)題逐漸暴露出來(lái)，迫使科學(xué)家們絞盡腦汁，開始新一輪的研究。創(chuàng)新工作。

20世紀(jì)50年代，航空儀器發(fā)展到第二代，出現(xiàn)了各種機(jī)電伺服航空儀器和傳感器，故障率更小，精度更高，傳輸信號(hào)更強(qiáng)。

不過(guò)，第二代航空儀表也暴露了一個(gè)致命問(wèn)題——，隨著機(jī)載設(shè)備的不斷增多，儀表數(shù)量大幅增加，儀表板變得擁擠，給飛行員讀取數(shù)據(jù)造成了很大干擾。因此，將功能相關(guān)的儀表巧妙地結(jié)合起來(lái)，已成為航空儀表發(fā)展的必然趨勢(shì)。

“一表多用”的理念很快被運(yùn)用到第三代儀器的研發(fā)中。不久之后，以綜合羅盤指示器、綜合地平儀為代表的機(jī)電一體化儀器成功推出，并一直使用到20世紀(jì)60年代末。

科技帶來(lái)變革，航空儀器儀表的科技潮流此時(shí)萌芽。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，液晶顯示器、發(fā)光二極管等新型光電元件相繼出現(xiàn)，航空儀表技術(shù)已進(jìn)入第四代?；凇耙恢皇直?，多種功能”的第三代理念，科學(xué)家通過(guò)信息數(shù)據(jù)整合研發(fā)出電子顯示屏，并逐漸成為儀表板上的新主角。例如，美軍的F-35戰(zhàn)斗機(jī)首次采用了大尺寸、多功能觸摸式彩色液晶顯示屏，飛行員可以“一目了然”看到各種關(guān)鍵信息。

先進(jìn)的屏幕顯示技術(shù)，使航空儀表成為戰(zhàn)斗機(jī)上最精密、最昂貴的裝備之一，也成為判斷戰(zhàn)斗機(jī)先進(jìn)性的重要標(biāo)志。

儀器遇見(jiàn)“黑科技”——

引領(lǐng)時(shí)代的“潮品”

隨著戰(zhàn)斗機(jī)性能迭代提升，飛行員需要掌握的飛行參數(shù)越來(lái)越多，這對(duì)航空儀表的輸出功能提出了更高的要求。

現(xiàn)代航空儀器有許多“家族”。按其功能可分為四類：——指示戰(zhàn)斗機(jī)飛行參數(shù)的飛行儀表、檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)儀表、指示飛機(jī)相對(duì)于地球位置的導(dǎo)航儀表、以及指示戰(zhàn)斗機(jī)運(yùn)行和空調(diào)的指示器。動(dòng)力液壓系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)儀表。

這些儀器協(xié)同工作，可以提供大量的飛行數(shù)據(jù)?！俺?jí)大黃蜂”戰(zhàn)機(jī)的顯示屏可以呈現(xiàn)62種畫面和600多種不同符號(hào)，1000多種信息的排列組合為戰(zhàn)機(jī)的飛行安全提供了重要保障。

作為戰(zhàn)斗機(jī)飛行數(shù)據(jù)真正的“記錄器”，儀器最重要的功能之一就是保證顯示參數(shù)的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)代航空儀器集成了傳感技術(shù)、量子力學(xué)技術(shù)、智能技術(shù)等一系列“黑科技”，已成為戰(zhàn)斗機(jī)的核心系統(tǒng)之一。

以陀螺儀為例。它是戰(zhàn)斗機(jī)上最復(fù)雜、技術(shù)最先進(jìn)的儀器之一。它可以為飛行員提供飛機(jī)精確的方位、俯仰、位置、速度等一系列信息。其重要性不言而喻。陀螺儀自誕生以來(lái)，其研發(fā)和制造工藝一直都是前沿的核心技術(shù)。目前，世界上只有少數(shù)國(guó)家具備陀螺儀研發(fā)和制造能力。

早期的陀螺儀多為機(jī)械陀螺儀，后來(lái)發(fā)展為光學(xué)陀螺儀。為了滿足航空裝備性能監(jiān)測(cè)的需要，各種先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用到陀螺儀的研發(fā)中。經(jīng)過(guò)科學(xué)家多年的研究，一種名為微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的陀螺儀成功誕生。

顧名思義，“微”系統(tǒng)將傳感器、信號(hào)處理和電路等一系列組件集成到一個(gè)小系統(tǒng)中。它具有智能化、小型化、集成化等諸多優(yōu)點(diǎn)。非常適合批量生產(chǎn)，很快就流行起來(lái)。深受各國(guó)軍工企業(yè)青睞。

那么，MEMS陀螺儀是如何生產(chǎn)的呢？

以國(guó)外MEMS陀螺儀為例。它與大多數(shù)人想象中的“陀螺”形狀不同。它結(jié)合了先進(jìn)的微電子技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)，采用半導(dǎo)體生產(chǎn)中成熟的工藝流程，通過(guò)制作電路、鍵合、退火等一系列工藝，將機(jī)械器件和電子電路集成在幾乎與芯片尺寸相當(dāng)?shù)墓栊酒稀Ｒ粋€(gè)指甲；經(jīng)過(guò)信號(hào)測(cè)試、校準(zhǔn)等一系列嚴(yán)格測(cè)試后，即可正式投入使用。

另外，為了防止內(nèi)部高溫高濕和一些高速飛行的污染物進(jìn)入，設(shè)計(jì)者通常會(huì)選擇密封圈、膠管等材料，通過(guò)密封、焊接等工藝對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行密封，以延長(zhǎng)其使用壽命。防止材料腐蝕。

MEMS陀螺儀不僅在戰(zhàn)斗機(jī)等軍事領(lǐng)域大顯身手，也廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、智能駕駛、無(wú)人機(jī)等民用領(lǐng)域。隨著人類對(duì)智能電子設(shè)備的需求不斷增加，MEMS陀螺儀逐漸成為引領(lǐng)時(shí)代的“潮流產(chǎn)品”。

從“疑似”到“確診”——

戰(zhàn)斗機(jī)健康的“晴雨表”

航空儀表作為飛行員的“得力助手”，在戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮著極其重要的作用。然而，航空儀器的作用遠(yuǎn)不止于此?；氐降孛婧螅瑑x器再次變身，成為戰(zhàn)斗機(jī)維修人員調(diào)試戰(zhàn)斗機(jī)的重要工具?？梢哉f(shuō)，它是戰(zhàn)斗機(jī)健康狀況的“晴雨表”。

在大修廠里，當(dāng)戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)入總裝調(diào)試階段時(shí)，“戰(zhàn)斗機(jī)醫(yī)生”經(jīng)常根據(jù)儀器顯示的參數(shù)對(duì)異常指標(biāo)進(jìn)行調(diào)試和修復(fù)。戰(zhàn)斗機(jī)想要重返天空，必須得到儀器“同意”后，才能辦理“出院”手續(xù)。

顯然，無(wú)論是飛行員還是維修人員都必須根據(jù)航空儀表反饋數(shù)據(jù)來(lái)判斷戰(zhàn)斗機(jī)的性能狀態(tài)。如果航空儀表本身“帶病上班”，就會(huì)提供錯(cuò)誤的參數(shù)，飛機(jī)就會(huì)按照錯(cuò)誤的參數(shù)進(jìn)行調(diào)試和操作，很容易導(dǎo)致重大事故。

在這種情況下，保證航空儀表的“健康”就顯得尤為重要?，F(xiàn)代航空儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電路精密，極易因元件老化、運(yùn)輸顛簸等原因而出現(xiàn)故障。與機(jī)械系統(tǒng)不同，電路信號(hào)看不見(jiàn)、摸不著，確定“病變”的位置極其困難，給維護(hù)工作帶來(lái)了難題。這是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，科研人員和維修人員從未停止過(guò)對(duì)航空儀器維修方法的探索。在長(zhǎng)期的實(shí)踐和探索中，逐漸形成了系統(tǒng)的維護(hù)方法，可概括為以下三個(gè)步驟：

第一步是重現(xiàn)故障。當(dāng)航空儀表出現(xiàn)故障時(shí)，為了快速、準(zhǔn)確地識(shí)別故障信息，維修人員通常會(huì)模擬電子儀表的正常工作環(huán)境，還原故障現(xiàn)場(chǎng)，查找“故障原因”，防止“誤診”?！钡陌l(fā)生。

第二步是隔離故障。維修人員在對(duì)“故障原因”進(jìn)行初步判斷和分析后，會(huì)對(duì)疑似問(wèn)題進(jìn)行識(shí)別和隔離，并切斷與其他部件的聯(lián)系，避免局部故障造成更大的“并發(fā)癥”。在隔離區(qū)域，維護(hù)人員將逐步排查，進(jìn)一步縮小“患病”范圍。

第三步，排除故障。縮小“狀況”范圍后，根據(jù)儀表的工藝特點(diǎn)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、故障表現(xiàn)等進(jìn)行全面排查。維修人員通過(guò)更換元件、檢查電路焊點(diǎn)等方式將“懷疑”變?yōu)椤按_認(rèn)”，并采取有針對(duì)性的措施。性“治療”直至故障完全消除。

故障消除是否意味著戰(zhàn)機(jī)恢復(fù)健康？當(dāng)然不是。

為了確保萬(wàn)無(wú)一失，在戰(zhàn)斗機(jī)起飛前，維修人員和飛行員必須對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行重新測(cè)試和調(diào)試，對(duì)各種隱患進(jìn)行一一排查。經(jīng)過(guò)一系列“復(fù)檢”，各項(xiàng)指標(biāo)全部合格后，戰(zhàn)斗機(jī)才能順利出廠。