航空航天技術(shù)概論第四章理

1、傳感器，儀表，顯示系統(tǒng)，導(dǎo)航系統(tǒng)，操縱、控制、雷達(dá)系統(tǒng)、救生系統(tǒng)，電源及電氣設(shè)備。,第四章　機(jī)載設(shè)備,使飛機(jī)構(gòu)成一個(gè)整體，以實(shí)現(xiàn)安全、可靠及時(shí)和精確地操縱飛行器。保障飛行器的各項(xiàng)功能、戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的實(shí)現(xiàn)。代替飛行員進(jìn)行自動(dòng)飛行控制和狀態(tài)監(jiān)控。,P184,◆范圍：,◆功用：,載人飛行器測(cè)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(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、溫度、燃油量等）,◆導(dǎo)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(zhǔn)系統(tǒng)參數(shù)（目標(biāo)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(zhuǎn)速、流量、油量、電壓、　　　　　電流、方位和姿態(tài)角等物理量。它們通過(guò)　　　　　各種傳感器進(jìn)行測(cè)量。,4.1.1 飛行器參數(shù)測(cè)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(zhuǎn)速傳感器。,4、加速度傳感器。,擺錘,浮子,力矩器,信號(hào)器,,,,,電磁脈沖法、光電法等。,5、迎角傳感器。,飛機(jī)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(yùn)動(dòng)參數(shù)　飛行高度，速度和加速度,角運(yùn)動(dòng)參數(shù)　俯仰角、滾轉(zhuǎn)角和航向角,4.1.2 主要飛行狀態(tài)參數(shù)的測(cè)量 P188,1、飛行高

4、度的測(cè)量,◆高度分為四種：絕對(duì)高度、相對(duì)高度、真實(shí)高度和標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度。,◆飛行狀態(tài)參數(shù)包括：,◆因?yàn)楦叨扰c大氣壓力有固定的函數(shù)關(guān)系，可以通過(guò)測(cè)量大氣壓力間接地得到高度。也可以通無(wú)線電高度表測(cè)量。,,,,,,,,,標(biāo)準(zhǔn)氣壓平面,海平面,真實(shí)高度,絕對(duì)高度,相對(duì)高度,標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度,,,,,,,,,,,,,,,,,依不同的基準(zhǔn)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(cè)量,◆飛行速度分為空速和地速。飛行狀態(tài)主要關(guān)心空速?？账倏梢酝ㄟ^(guò)壓力、加速度積分和雷達(dá)等方法測(cè)量。地速則需要知道大氣中風(fēng)的大小和方向才可與空速根據(jù)矢量計(jì)算出來(lái)。,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(guò)測(cè)量靜壓、總壓、總溫以及必要的修正（如攻角、側(cè)滑角修正），經(jīng)計(jì)算機(jī)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(zhuǎn)軸在慣性空間方向不變的特性。,陀螺儀有機(jī)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(cè)量,靜止?fàn)顟B(tài),旋轉(zhuǎn)狀態(tài),進(jìn)動(dòng)性：在外力矩作用下，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子力圖使自　　　　轉(zhuǎn)軸矢量沿最短路徑轉(zhuǎn)向外力矩矢量。,陀螺儀的組成,外環(huán),轉(zhuǎn)子,內(nèi)環(huán),底座,,,,,3、陀螺地平儀：測(cè)量俯仰角和滾轉(zhuǎn)角,2、磁羅盤：利用地球　 磁場(chǎng)測(cè)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(jī)械儀表顯示,機(jī)械儀表顯示和電子綜合顯示,由指針，刻度盤，機(jī)械計(jì)數(shù)器，標(biāo)記和圖形等組成。特點(diǎn)是：簡(jiǎn)單、清晰；能反映變化過(guò)程，精度低，壽命短，易受振動(dòng)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(cè)得的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電子顯示器的光電信號(hào)以顯示所需的信息，可以是數(shù)字式，符號(hào)、圖形及其組合形式。特點(diǎn)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(zhǎng)，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(shì),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(zhuǎn)向各方均可見到信號(hào)；大屏幕全景顯示器，采用觸摸屏操作和語(yǔ)音指令控制。,Su30,F-15,把飛行器從出發(fā)地引導(dǎo)到目的地的過(guò)程稱為導(dǎo)航。,導(dǎo)航參數(shù)有位置、方向、速度、高度和航跡等。,導(dǎo)航方式有：無(wú)線電導(dǎo)航，衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、　　　　　　圖象匹配導(dǎo)航、天文導(dǎo)航以及它們的

9、　　　　　　組合。,4.2　飛行器導(dǎo)航系統(tǒng) P205,分類：測(cè)向無(wú)線電導(dǎo)航、測(cè)距無(wú)線電導(dǎo)航、測(cè)距差無(wú)　　　線電導(dǎo)航和測(cè)速無(wú)線電導(dǎo)航。,◆特點(diǎn)：由于受氣候條件限制較少，作用距離遠(yuǎn)，精　　　　度高，設(shè)備簡(jiǎn)單可靠，得到廣泛應(yīng)用。,◆原理：借助于無(wú)線電波的發(fā)射和接收，測(cè)定飛行器　　　　相對(duì)于導(dǎo)航臺(tái)的方位、距離等參數(shù)，以確定　　　　飛行器的位置、速度、航跡等導(dǎo)航參數(shù)。,4.2.1 無(wú)線電導(dǎo)航,B,B,A,A,a,a,b,b,c,來(lái)自導(dǎo)航

10、臺(tái),1、測(cè)向無(wú)線電導(dǎo)航,◆自動(dòng)測(cè)向器（ADF）,測(cè)量無(wú)線電波來(lái)向與飛行器縱軸線的夾角。,中長(zhǎng)波150KHz~2MHz作用距離約300Km,（2） 全向信標(biāo)系統(tǒng)（VOR） P206,為飛行器提供以導(dǎo)航臺(tái)北向子午線為基準(zhǔn)的方位角。,甚高頻，108~118MHz，當(dāng)飛行器有足夠高度時(shí)，作用距離可達(dá)480Km。,基準(zhǔn)相位信號(hào)可變相位信號(hào),西,北,東,南,V,V,V,V,R,R,R,R,V基準(zhǔn)相位信號(hào),R可變相位信號(hào),2、測(cè)距無(wú)線電導(dǎo)

11、航,（1） DME測(cè)距機(jī)：　　飛行器發(fā)出詢問(wèn)脈沖，導(dǎo)航臺(tái)接到后發(fā)出應(yīng)答脈沖，飛行器測(cè)量發(fā)出詢問(wèn)脈沖與收到應(yīng)答脈沖的時(shí)間差，計(jì)算出飛行器與導(dǎo)航臺(tái)間的距離。結(jié)合飛行高度可得到飛行器與導(dǎo)航臺(tái)間的水平距離。,如果將應(yīng)答脈沖調(diào)制，其相位同VOR可變相位信號(hào)，則可同時(shí)完成測(cè)距和測(cè)向（“塔康”系統(tǒng)）。,3、測(cè)距差無(wú)線電導(dǎo)航,A,C,B,為飛行器提供經(jīng)緯度位置。,甚低頻，10KHz~14KHz，作用距離約1000Km以上。,慣性導(dǎo)航是通過(guò)安裝

12、在飛行器上的加速度計(jì)測(cè)量飛行器的加速度經(jīng)運(yùn)算處理而獲得飛行器當(dāng)時(shí)的速度和位置的方法進(jìn)行導(dǎo)航的?！　∮捎诓灰蕾囃饨缧畔ⅲ允峭耆灾鲗?dǎo)航。,由于測(cè)量誤差隨時(shí)間積累，要求制造精度高，或加其它方法修正。,4.2.2 慣性導(dǎo)航系統(tǒng) P208,平臺(tái)式慣導(dǎo)： X，Y 兩個(gè)加速度計(jì)安裝在陀螺平臺(tái)上?！　　　　　?yōu)點(diǎn)是陀螺平臺(tái)不受飛機(jī)姿態(tài)的影響。,捷聯(lián)式慣導(dǎo)：在飛機(jī)不同部位上安裝多個(gè)加速度計(jì)，　　　　　　測(cè)量軸與機(jī)體軸一致，對(duì)測(cè)量的參數(shù)

13、進(jìn)　　　　　　行姿態(tài)修正后經(jīng)計(jì)算得出導(dǎo)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(jī)。,4.2.3 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) P211,美國(guó)衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)GPS俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星網(wǎng)Glonass歐洲空間局“伽利略”導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)中國(guó)“北斗”導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng),2、導(dǎo)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(shí)鐘、發(fā)射信息的時(shí)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(dǎo)航原理,◆原圖,事先通過(guò)各種手段（大地測(cè)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(shí)時(shí)圖,飛行器飛躍原圖區(qū)域時(shí)，通過(guò)探測(cè)設(shè)備（無(wú)線電高度表、攝像設(shè)備等）取得的實(shí)際地表特征圖象。,4.2.4 圖象匹配導(dǎo)航系統(tǒng) P213,1、導(dǎo)航原理,將實(shí)時(shí)圖與預(yù)先存儲(chǔ)的原圖進(jìn)行比較，由此確定飛行器實(shí)際位置與要求位置的偏差而對(duì)飛行器導(dǎo)航。,2、數(shù)字地

15、圖,將地形輪廓轉(zhuǎn)化為高程數(shù)值?！　∶恳桓裰械臄?shù)字是格中高程的平均值，格的位置表示平面二維坐標(biāo)。,3、地形匹配導(dǎo)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(dǎo)航,,,,,,,,,,,,利用飛行控制系統(tǒng)來(lái)改善飛機(jī)的飛行特性或?qū)崿F(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(zhǔn),駕駛員,飛機(jī)姿態(tài),,,,,,,,,,,,,,,手,,1、機(jī)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(dòng)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(hào),舵機(jī),,,,信號(hào)處理器,,舵面,,,,體積小，質(zhì)量輕；消除了機(jī)械操縱系統(tǒng)的間隙和彈性變形；易與其它電子設(shè)備交聯(lián)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。,為提高可靠性和生存力大多采用多余度技術(shù)，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(jī)構(gòu),,舵面,,飛機(jī)姿態(tài),,,,,,,,,,,操縱裝置,,,,,人工指令,,

17、,,自動(dòng)駕駛儀,1、 自動(dòng)駕駛儀,敏感元件：測(cè)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(jī)構(gòu)：發(fā)出功率，按參數(shù)要求操縱舵面偏轉(zhuǎn),4.3.2　飛行器自動(dòng)控制系統(tǒng),2、 著陸控制系統(tǒng) P220,,,,,,,,,,進(jìn)近,,,,,下滑,平飛,飄落,滑跑,30M,,,,拉平,,（1） 儀表著陸系統(tǒng),航向信標(biāo)：與跑道中心線相垂直的無(wú)線電方向航道信號(hào),下滑信標(biāo)：與跑道成 一定仰角的無(wú)線電下滑航道信號(hào),指點(diǎn)信標(biāo)：提供至跑道端頭距離的地

18、標(biāo)位置信號(hào),航向信標(biāo)組成航向面,下滑信標(biāo)組成下滑面,跑道,,,,,,,90Hz,150Hz,,,跑道,,航向臺(tái),,,,,,,,,,,1公里,,,6.44--11.27公里,外指點(diǎn)信標(biāo),中指點(diǎn)信標(biāo),內(nèi)指點(diǎn)信標(biāo),,,,,以很窄的薄片形波束在一定范圍內(nèi)來(lái)回掃描，飛機(jī)通過(guò)兩次收到信號(hào)的時(shí)間間隔計(jì)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(jī)載設(shè)備,通過(guò)天線發(fā)射無(wú)線電波并接收被測(cè)物體的回波來(lái)確定標(biāo)的位置和速