航空电子设备

航空电子设备(复习)-2020.05.12一．大气数据计算机ADC/ADCS二．惯性导航系统INS三．低高度无线电高度表RA四．飞行管理计算机系统FMCs五．电子仪表系统EIS六．自动飞行控制系统AFCS七．机载气象雷达系统WXR八．二次监视雷达和应答机SSR XPONDER 九．空中交通警戒与防撞系统TCAS十．近地警告系统GPWS十一.跑道感知咨询系统RAAS十二.预测式风切变系统PWS十三.警告系统WS十四.飞行记录系统FDR十五.平视显示器HUD附：1.缩略词2.习题Notes:※重点掌握※了解，不考此内容航空电子系统（AVIONICS）→飞机性能、任务完成逻辑：简述-组成-原理-特点-应用一．大气数据计算机ADC/ADCS1.安装2套-PIC（左侧）F/O（右侧）※故障时，另一侧（转换电门），只针对显示器的显示信息IN-参数:全压、静压、总温、AOA（迎角）（误差修正）--传感器OUT-参数：气压高度、IAS/CAS、VS、M、TAS、SAT（大气静温）对应仪表：高度表、空速表、升降速度表※左ADC-FD、AFCS、FMC、GPWS、FDR2.组成：IN+ADC+OUT各组成部分作用：①IN:大气数据信号→电信号②ADC:处理、计算、静压源误差修正（SSEC）→大气数据参数③OUT:显示参数信息、参数输出到FD、AFCS等设备Detail:2.1 ：ADC-计算、误差修正、故障监控（形式-警告旗，储存故障信息）分类：模拟式、数字式、混合式（过渡）1）：解算模块-机电伺服解算装置/函数凸轮/函数电位计，SSEC模块-AOA、M2）：计算装置-微型计算机（程序-处理并完成IN、计算、OUT，ROM单片机-程序储存器，常数储存器），处理-模拟量、数字量、离散量，输出-数字信号、离散信号，线矩阵-SSEC规律、V mo/M mo规律※3）：过渡eg:B7472.2：IN-大气数据信号转为电信号（传感器）→ADC1）：压力传感器（静压、总压/动压）：①模拟式-波纹管及相关电路，P x和P r关系→静压、全压、动压，压力变化（电容值变化-电桥测量→压力值）②数字式-固态压力传感器及相关电路，压阻式（石英晶体压电效应制整体膜片→应变电阻条→硅压阻芯片）、压容式、压频式2）：总温传感器：流线型支柱-机头-不发生绝热压缩，感温元件-2个同心白金管，感温电阻值（电路转换→电压值）-总温※地面或低速时，引入发动机引气（某些飞机）→负压加速流经感温部件的大气，提高测量精度3）：迎角传感器：2个-机身两侧-ADC使用平均值-减小误差2.3：OUT-输出大气数据参数去向-显示器；FD、AFCS※SSEC-模拟式：SSEC模块-马赫数信号、迎角信号；数字式9非线性校正）：SSEC规律编排成矩阵（改变销钉排列顺序→改变矩阵中元素-适应不同机型）3.数字式ADC特点（简答）①提高可靠性和使用寿命②计算误差小，降低对传感器特性的要求③提高信息的一致性④易于标准化、系列化，大大提高适应性、经济性和易维护性⑤可实现高度综合化，可以向大系统方向发展⑥有冗余度的系统，可靠性很高4.指示仪表早期-分立式，电动仪表VS 现代-电子仪表和MCDU4.1电动式大气仪表（识读）1）：电动马赫/空速表IAS（KIAS）-SSEC-CAS（KCAS）前提：单位-“节”2）：电动高度表-ALT3）：电动升降速度表-VS4）：全温/静温/真空速综合指示器-TAS、SAT、TAT4.2电子显示器1）PFD-空速左气压高速右，升降速度最右-IAS/CAS、ALT、VS2）ND-左上-TAS3）EICAS主显-左上-TAT4）EICAS辅显-性能维护页面顶部-SAT、M、TAT、ALT、IAS/CAS 5）S/SD-底部左下角（ECAM-波音）-TAT、SAT4.3MCDU-TAS、SATALL：※飞行前，接通和ADCS有关电门飞行中，电动指示仪表故障旗不能出现如果两套ADC都失效，使用备用气压高度表和指示空速表无静温表-根据总温表和飞行马赫数手册查表得到静温)-了解(T H=T T1+0.2Ma2二．惯性导航系统INS1.惯性敏感元件:陀螺-导航坐标系、加速度计-速度kt（一次积分）、位移nm（二次积分）2.提供：位移、目前经纬度、航迹、地速（输入TAS→WSWD）、姿态（三个轴-俯仰、横滚、航向）3.特点（简答）：①自主式系统，隐蔽性好，不受外界电磁干扰②AWO全天候工作，空、地、水下③位置、速度、航向和姿态角信息，连续型好，噪声低④速度更新率高、短期精度高、稳定性好⑤积累误差⑥初始对准时间长⑦成本高⑧不能给出时间信息4.计算速度、位置、高度的原理（简答）对N-S加速度、E-W加速度，进行一次积分得到两个速度，再进行矢量合成（大小、方向）得到大圆航迹的地速和航迹，再对速度积分得到位移：除以地球半径→经度改变量→+初始经度→目前经度；除以地球半径与维度余弦的乘积→维度改变量→+初始维度→目前维度。

对垂直加速度一次积分得到惯性垂直速度、再进行二次积分得到惯性高度※初始值5.种类平台式、捷联式SINS、IRS（激光陀螺、大气数据）1）平台式：实体平台-三轴（陀螺）稳定平台（三环三轴、四环三轴）-3个积分陀螺（输入轴相互垂直，陀螺→马达（陀螺力矩）→平台保持水平）、2或3个加速度计-只感知水平加速度，避免重力加速度的影响。

※X轴-俯仰轴，Y轴-横滚轴（机体纵轴），Z轴-偏航轴。

俯仰角工作范围：45°～60°，90°-横滚轴与方位轴重合，自锁，平台稳定性被破坏，三环三轴+外横滚轴（伺服力矩→保证内三环的三轴始终垂直）→四环三轴→避免自锁→俯仰角可接近90°（现今飞机-四环三轴）方位基准：根据平台三轴所指方位-①指北方位（不断修正→平台坐标系-地理坐标系X-东西、Y-南北、Z-垂直，跟踪地理坐标系，不适用于高纬度地区飞行）、解决高纬度工作问题→②自由方位（要求平台保持水平，方位轴不一定指北，只需要相对惯性空间保持稳定）和③游动方位（现行平台式INS采用）（只要求平台保持在水平面内，不需要保持稳定）※陀螺稳定平台受陀螺稳定，加速度计直接安装在该平台上，始终保持水平，指北方位修正：表观漂移及修正（地球相对于惯性空间转动，而陀螺相对于惯性空间保持稳定→陀螺自转轴偏离水平→增加力矩马达=表观漂移修正量-随维度变化=地球自转角速度×cos维度φ→陀螺自转轴保持水平）、速度漂移及修正（飞机相对地球运动，地球没一点水平面不同，陀螺自转轴不能保持在所在地水平面→增加力矩马达=速度漂移修正量=飞机速度/地球半径→自转轴保持水平）、科里奥利效应及修正（地球为椭圆而非圆，地球自转+飞机相对地球运动，加速度计感受到了侧力→影响X、Y）、向心加速度及修正初始校准(中纬度-10min)：平台坐标系与理想平台坐标系（导航坐标系）重合，目的-为加速度计提供测量基准，分为①粗对准→②精对准先水平（精度：10s，方位陀螺不参与对准）→再方位（精度：2～5s平台方位对准地理北向）※惯导精度直接取决于初始对准精度2）捷联式（SINS）：加速度计和陀螺仪直接安装在载体上，计算机计算姿态矩阵（载体/机体坐标系与导航/地理坐标系的关系，并把载体/机体坐标系加速度信息转为导航/地理坐标系加速度信息），按指北方位惯性导航系统方法进行导航计算捷联式VS 平台式（简答）：①体积、重量和成本降低②便于安装维护，便于更换③便于采用余度配置，提高性能及可靠性④提供更多导航和制导信息，惯性仪表-线加速度、ω不足：①工作环境恶劣②要求捷联陀螺有大的施扭力矩和高性能再平衡回路（高性能歼击机）③装机标定困难，对参数稳定性要求更高组成：IMU（加速度计+陀螺仪-严格正交）、导航计算机-数学平台（姿态矩阵+姿态矩阵计算+姿态角计算）=平台式（电气机械平台解析作用）+导航计算+控制显示组件ISDU+方式选择组件MSU对准：目的-建立或寻找当地地垂线和确定当地的真北方向（或与真北建立起稳定的关系）→俯仰角、倾斜角和航向角→计算机建立起始姿态矩阵或逆矩阵步骤：①粗对准（加速度计-重力加速度，陀螺-地球自转角速度分量→俯仰角、倾斜角和航向角，要求：飞机停在地面，不能打开发动机，只感受地球自转）→②精对准（输出中提取误差输入到对准回路，经滤波和加权去修正姿态矩阵，对系统补偿，提高精度）2）激光陀螺：捷联式+激光陀螺，提供：姿态、航向、垂直导航参数（垂直速度、惯性高度）3）ADIRS：ADC+激光陀螺惯性基准系统，一个计算机同时完成，两个信号-ADR（利用全压、静压→空速、高度）←CDS、IR（激光陀螺信息和加速度计信息→姿态、当前位置、地速、航向）←FMCS※2或3套ADIRS6.使用前，初始校准，飞行中，通过显示组件读取信息（位置、俯仰、横滚、航向、航迹）7.ISDU功用：①初始对准时输入目前位置经/维度②飞行中显示导航参数③ATT方式时，输入磁航向8.初始对准（ADIRU）根据地球自转和重力特性→寻找当地的地垂线和真北方向，估算出飞机停放的姿态角和航向角，纬度，不能计算当前位置经度。

※对准完成前，必须引入现在的位置（经纬度）北纬70.2°～南纬70.2°-10min，70.2°～78.2°-17min，高于78.2°，由于地磁水平分量很弱，IRS不能被校准，只能采用真航向分类和要求：①完整初始对准（需提供飞机目前位置-经纬度）、②快速对准（过站短停、时间不充裕进行）方法：ISDU电门→ALIGN/NAV，IRU对直流电源自检，ON DC 灯亮5s→灯灭后，ALIGN白灯亮①电门ALIGN位→初始对准结束后转到NAV位，进入导航状态，ALIGN灯灭②NAV位→初始对准完成后，自动进入导航状态，ADIRU提供位置、姿势、航向、航迹初始位置输入方法：①GPS自动提供②MCDU（MCDU复制-INIT/REF→位置起始页，最后位置、机场参考点位置、停机门位置复制到设置惯导位置处、MCDU人工输入-草稿栏-FMC→惯导计算机，有效标志-SET IRS POS标题、方框和数据都消失）（初始输入）、③ISDU输入（备份输入）(DSPL SEL旋钮必须离开TEST)（PPOS,维度N2、S8，经度W4、E6）（无效位置-纬度大于90°，和/或经度大一180°，和/或分钟值大于59.9，CLR）初始对准的监控：DSOL SEL旋钮→HDG/STS→右窗口显示还需要的分钟数和初始对准错误信息※15 16 17-15 15 15（显示数字）初始对准错误：表现：ISDU右窗口显示状态码、MSU的ALIGN灯闪亮、MCDU上出现提醒信息原因：①飞机移动（ISDU右窗口-状态码03、MCDU-IRS MOTION）、②输入位置错误（和最后位置纬度差大于1°- ISDU右窗口-状态码04、MCDU-ENTER IRS POSITION；和计算纬度差大于1°-MSU-ALIGN灯闪亮、MCDU-SET IRS POSITION、对准还需时间不可见、状态代码不可见）、③初始对准时间已过，还没有输入位置（MSU-ALIGN灯闪亮、ISDU-右窗口-状态码08、MCDU-ENTER IRS POSITION）9.PFD、ND显示初始校准中：ADIRU-ADR提供的大气数据不受影响（气压高度、空速）初始校准完成，且ADIRU处于NAV方式：※FMC→航迹和地速，若FMC失效，则由ADIRU提供TAS>100kt,TAS显示，否则，TAS显示3段虚线TAS>100kt,WSWD显示，否则，显示空白EFIS-选择FPV→飞行航迹指引才显示9.INS故障显示（ADIRU）※VOR和APP方式-HDG警告旗，MAP方式和PLAN方式-TRK警告旗10.姿态方式（ATT）空/地，NAV失效/只需要俯仰姿态信息和横滚姿态信息姿态对准：ALIGN灯燃亮30s，惯导校准到0°俯仰角和0°横滚角，空中-ALIGN熄灭前，必须保持飞机平直飞行，不能做加速运动航向输入（3种方法）：人工输入的航向，①ASDU-CDU输入磁航向，输入之前ISDU-右窗口状态代码09。