航空航天技術概論第四章理

1、傳感器，儀表，顯示系統(tǒng)，導航系統(tǒng)，操縱、控制、雷達系統(tǒng)、救生系統(tǒng)，電源及電氣設備。,第四章　機載設備,使飛機構成一個整體，以實現(xiàn)安全、可靠及時和精確地操縱飛行器。保障飛行器的各項功能、戰(zhàn)術技術性能的實現(xiàn)。代替飛行員進行自動飛行控制和狀態(tài)監(jiān)控。,P184,◆范圍：,◆功用：,載人飛行器測量的主要參數(shù),◆飛行參數(shù)（速度、高度等）,4.1　傳感器、飛行器儀表與顯示系統(tǒng),◆動力系統(tǒng)參數(shù)（發(fā)動機轉速、溫度、燃油量等）,◆導航參數(shù)（航向、位

2、置等）,◆生命保障系統(tǒng)參數(shù)（氧氣分壓、溫度等）,◆武器瞄準系統(tǒng)參數(shù)（目標類型、速度、高度等）,◆飛行員生理參數(shù)（脈搏、呼吸、血壓等）,◆其它系統(tǒng)參數(shù)（液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等）,貼片電阻,硅膜片,,,,高壓腔,低壓腔,,,參數(shù)分類：壓力、溫度、轉速、流量、油量、電壓、　　　　　電流、方位和姿態(tài)角等物理量。它們通過　　　　　各種傳感器進行測量。,4.1.1 飛行器參數(shù)測量的基本方法 P185,1、壓阻式壓力傳感器,2、溫度傳感器。,（1

3、）電阻式溫度傳感器。,（2）熱電偶式溫度傳感器。,金屬1,金屬2,熱端,冷端,,,毫安表,,3、轉速傳感器。,4、加速度傳感器。,擺錘,浮子,力矩器,信號器,,,,,電磁脈沖法、光電法等。,5、迎角傳感器。,飛機頭部,水平葉片,垂直葉片,空速管,,,,總壓孔,靜壓孔,空速管示意圖,,,,,,,,氣流,,,,線運動參數(shù)　飛行高度，速度和加速度,角運動參數(shù)　俯仰角、滾轉角和航向角,4.1.2 主要飛行狀態(tài)參數(shù)的測量 P188,1、飛行高

4、度的測量,◆高度分為四種：絕對高度、相對高度、真實高度和標準氣壓高度。,◆飛行狀態(tài)參數(shù)包括：,◆因為高度與大氣壓力有固定的函數(shù)關系，可以通過測量大氣壓力間接地得到高度。也可以通無線電高度表測量。,,,,,,,,,標準氣壓平面,海平面,真實高度,絕對高度,相對高度,標準氣壓高度,,,,,,,,,,,,,,,,,依不同的基準面，高度分為四種,靜壓,真空膜盒,指針,刻度盤,放大裝置,氣壓式高度表示意圖,,,,,,,,,,外殼,,2、飛

5、行速度的測量,◆飛行速度分為空速和地速。飛行狀態(tài)主要關心空速。空速可以通過壓力、加速度積分和雷達等方法測量。地速則需要知道大氣中風的大小和方向才可與空速根據(jù)矢量計算出來。,氣壓式空速表原理圖,開口膜盒,指針,刻度盤,放大裝置,,,,,外殼,,靜壓,,,,,,總壓,,氣壓式升降速度表原理圖,靜壓,,通過測量靜壓、總壓、總溫以及必要的修正（如攻角、側滑角修正），經計算機解算而得到高度、高度變化率、空速、大氣密度等所需的數(shù)據(jù)。,4.1.

6、3 大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng) P193,1、陀螺儀,◆定軸性：保持其自轉軸在慣性空間方向不變的特性。,陀螺儀有機械陀螺、靜電陀螺、激光陀螺等多種類型。,4.1.4 飛行姿態(tài)角度的測量,靜止狀態(tài),旋轉狀態(tài),進動性：在外力矩作用下，高速旋轉的轉子力圖使自　　　　轉軸矢量沿最短路徑轉向外力矩矢量。,陀螺儀的組成,外環(huán),轉子,內環(huán),底座,,,,,3、陀螺地平儀：測量俯仰角和滾轉角,2、磁羅盤：利用地球　 磁場測量磁航向角,磁偏角,北極,磁南極,磁航

7、向角,真航向角,航向,,,1、機械儀表顯示,機械儀表顯示和電子綜合顯示,由指針，刻度盤，機械計數(shù)器，標記和圖形等組成。特點是：簡單、清晰；能反映變化過程，精度低，壽命短，易受振動沖擊。不易綜合顯示。,4.1.5 飛行器顯示系統(tǒng) P199,殲-8Ⅱ,2、電子綜合顯示,把測得的電信號轉換為電子顯示器的光電信號以顯示所需的信息，可以是數(shù)字式，符號、圖形及其組合形式。特點是：顯示界面靈活多樣，彩色豐富；易綜合顯示，減少儀表數(shù)量，精度

8、高，壽命長，可靠性高。,3、頭盔顯示系統(tǒng),顯示圖象,外部景象,,,4、顯示系統(tǒng)發(fā)展趨勢,高清晰度，綜合體積小，重量輕，省電，可靠（彩色液晶）；頭盔顯示器，頭部轉向各方均可見到信號；大屏幕全景顯示器，采用觸摸屏操作和語音指令控制。,Su30,F-15,把飛行器從出發(fā)地引導到目的地的過程稱為導航。,導航參數(shù)有位置、方向、速度、高度和航跡等。,導航方式有：無線電導航，衛(wèi)星導航、慣性導航、　　　　　　圖象匹配導航、天文導航以及它們的

9、　　　　　　組合。,4.2　飛行器導航系統(tǒng) P205,分類：測向無線電導航、測距無線電導航、測距差無　　　線電導航和測速無線電導航。,◆特點：由于受氣候條件限制較少，作用距離遠，精　　　　度高，設備簡單可靠，得到廣泛應用。,◆原理：借助于無線電波的發(fā)射和接收，測定飛行器　　　　相對于導航臺的方位、距離等參數(shù)，以確定　　　　飛行器的位置、速度、航跡等導航參數(shù)。,4.2.1 無線電導航,B,B,A,A,a,a,b,b,c,來自導航

10、臺,1、測向無線電導航,◆自動測向器（ADF）,測量無線電波來向與飛行器縱軸線的夾角。,中長波150KHz~2MHz作用距離約300Km,（2） 全向信標系統(tǒng)（VOR） P206,為飛行器提供以導航臺北向子午線為基準的方位角。,甚高頻，108~118MHz，當飛行器有足夠高度時，作用距離可達480Km。,基準相位信號可變相位信號,西,北,東,南,V,V,V,V,R,R,R,R,V基準相位信號,R可變相位信號,2、測距無線電導

11、航,（1） DME測距機：　　飛行器發(fā)出詢問脈沖，導航臺接到后發(fā)出應答脈沖，飛行器測量發(fā)出詢問脈沖與收到應答脈沖的時間差，計算出飛行器與導航臺間的距離。結合飛行高度可得到飛行器與導航臺間的水平距離。,如果將應答脈沖調制，其相位同VOR可變相位信號，則可同時完成測距和測向（“塔康”系統(tǒng)）。,3、測距差無線電導航,A,C,B,為飛行器提供經緯度位置。,甚低頻，10KHz~14KHz，作用距離約1000Km以上。,慣性導航是通過安裝

12、在飛行器上的加速度計測量飛行器的加速度經運算處理而獲得飛行器當時的速度和位置的方法進行導航的。　　由于不依賴外界信息，所以是完全自主導航。,由于測量誤差隨時間積累，要求制造精度高，或加其它方法修正。,4.2.2 慣性導航系統(tǒng) P208,平臺式慣導： X，Y 兩個加速度計安裝在陀螺平臺上。　　　　　　優(yōu)點是陀螺平臺不受飛機姿態(tài)的影響。,捷聯(lián)式慣導：在飛機不同部位上安裝多個加速度計，　　　　　　測量軸與機體軸一致，對測量的參數(shù)

13、進　　　　　　行姿態(tài)修正后經計算得出導航參數(shù)。,1、組成：地面站、衛(wèi)星系統(tǒng)和飛行器上的接收機。,4.2.3 衛(wèi)星導航系統(tǒng) P211,美國衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)GPS俄羅斯全球導航衛(wèi)星網Glonass歐洲空間局“伽利略”導航衛(wèi)星系統(tǒng)中國“北斗”導航定位衛(wèi)星系統(tǒng),2、導航原理,以GPS為例：,從原理看，衛(wèi)星向地面發(fā)射的信息有衛(wèi)星位置、時鐘、發(fā)射信息的時刻等高頻信息。,工作頻率2200~2300MHz，覆蓋全球。,,,,,(x ,y ,

14、 z),z,y,x,ri,Si (x i ,y i , z i ),地心,◆衛(wèi)星導航原理,◆原圖,事先通過各種手段（大地測量、航空攝影、衛(wèi)星攝影等）獲得的地表三維特征數(shù)字化地圖。,◆實時圖,飛行器飛躍原圖區(qū)域時，通過探測設備（無線電高度表、攝像設備等）取得的實際地表特征圖象。,4.2.4 圖象匹配導航系統(tǒng) P213,1、導航原理,將實時圖與預先存儲的原圖進行比較，由此確定飛行器實際位置與要求位置的偏差而對飛行器導航。,2、數(shù)字地

15、圖,將地形輪廓轉化為高程數(shù)值。　　每一格中的數(shù)字是格中高程的平均值，格的位置表示平面二維坐標。,3、地形匹配導航,以地形高度輪廓為匹配特征，是一維匹配。,以區(qū)域地形為匹配特征，是二維匹配。,4、景像匹配導航,,,,,,,,,,,,利用飛行控制系統(tǒng)來改善飛機的飛行特性或實現(xiàn)非常規(guī)操縱功能。,地平儀,眼睛,大腦,駕駛桿,升降舵,人工給定　基準,駕駛員,飛機姿態(tài),,,,,,,,,,,,,,,手,,1、機械和助力操縱系統(tǒng),4.3　飛行器飛

16、行控制系統(tǒng) 218,傳動系統(tǒng),,4.3.1　飛行器飛行操縱系統(tǒng),,,,,微型操縱桿,傳感器,電指令信號,舵機,,,,信號處理器,,舵面,,,,體積小，質量輕；消除了機械操縱系統(tǒng)的間隙和彈性變形；易與其它電子設備交聯(lián)，實現(xiàn)自動控制。,為提高可靠性和生存力大多采用多余度技術，目前成本較高。,2、電傳操縱系統(tǒng),,,,敏感元件,,綜合放大裝置,,執(zhí)行機構,,舵面,,飛機姿態(tài),,,,,,,,,,,操縱裝置,,,,,人工指令,,

17、,,自動駕駛儀,1、 自動駕駛儀,敏感元件：測量飛行的狀態(tài)參數(shù),綜合放大裝置：參數(shù)的綜合放大和處理,執(zhí)行機構：發(fā)出功率，按參數(shù)要求操縱舵面偏轉,4.3.2　飛行器自動控制系統(tǒng),2、 著陸控制系統(tǒng) P220,,,,,,,,,,進近,,,,,下滑,平飛,飄落,滑跑,30M,,,,拉平,,（1） 儀表著陸系統(tǒng),航向信標：與跑道中心線相垂直的無線電方向航道信號,下滑信標：與跑道成 一定仰角的無線電下滑航道信號,指點信標：提供至跑道端頭距離的地

18、標位置信號,航向信標組成航向面,下滑信標組成下滑面,跑道,,,,,,,90Hz,150Hz,,,跑道,,航向臺,,,,,,,,,,,1公里,,,6.44--11.27公里,外指點信標,中指點信標,內指點信標,,,,,以很窄的薄片形波束在一定范圍內來回掃描，飛機通過兩次收到信號的時間間隔計算出自己的方位和仰角。,2. 微波著陸系統(tǒng),航向掃描,俯仰掃描,4.4　其它機載設備,通過天線發(fā)射無線電波并接收被測物體的回波來確定標的位置和速