第六讲机载设备

第五节机载设备新技术,机载设备范围,航空仪表机载雷达导航设备自动控制系统通讯设备救护设备,航空仪表,飞行仪表发动机仪表导航仪表系统状态仪表,飞行仪表,传统：速度表、高度表和飞行姿态表,空速表原理,地平仪原理,地平仪指示飞机姿态,米格-15座舱,现代仪表：平显、电子显示器,平面显示仪,现代数字显示器原理,F-35仪表,F-35座舱,飞行仪表,空速表、高度表、地平仪、侧滑仪、升降速度表、载荷因数表,侧滑仪,空速表,高度表,升降速度表,航向表,地平仪,F-35显示器,l选择机场跑道方向；2偏离跑道延长线等信号区的指标；3偏离跑道延长线等信号区的刻度；4失速告警空速；5俯仰刻度；6飞机指标；7当时空速；8空速刻度带；9俯仰极限；10倾侧角指标；11滚转角指标；12滚转角刻度；13离航向台距离；14仪表着陆系统电台频率；15选择空速指标；16选择空速；17飞行模态指示；l8滚动模态；19俯仰模态；20着陆提示高度；21无线电高度；22公制选择高度读数；23英制选择高度读数；24选择高度指标；25气压高度；,26下滑道偏离指标；27下滑道偏离刻度；28升降速度刻度带；29一一当时气压高度；30升降速度指针；31标准大气压；32航向刻度盘；33磁航向；34偏流角指标；35选择航向；36选择航向标记。,X-32仪表,F-22模拟器,F-22仪表,F-16座舱,F-14座舱,F-14后座座舱,发动机仪表,转速表、油量表、滑油压力表、排气温度表,滑油压力表,转速表,排气温度表,油量表,歼七座舱仪表-发动机仪表,F-117座舱,阵风战斗机座舱,米格-29座舱,苏-27座舱,苏-27仪表,导航仪表,航向指示仪（陀螺罗盘）、磁罗盘、无线导航仪、导航时钟电子综合显示器,歼十显示器,枭龙仪表,导航综合显示仪,图-160座舱,图-160远程战略轰炸机,幻影-2000座舱,导航指示仪,A320驾驶舱,1机场、路标、电台选择指示；2地面参考点；3伏尔(VOR)导航台；4选择航向指标；5风速风向；6地速；7机场；8航向指标；9真航向标记；10航向角读数；11磁航向标记112航向刻度盘113一一有效路标f14路标高度；15到路标距离；16路标；17距离刻度；18一伏尔塔康导航台；19飞机所在地面位置。,A320驾驶舱,A330座舱,A330座舱,A340驾驶舱,A380驾驶舱,A380飞行员驾驶飞机,A380副驾驶查阅飞行资料,A380准备降落浦东机场,波音737驾驶舱,波音747驾驶舱,波音757驾驶舱,波音767驾驶舱,波音777驾驶舱,新舟600驾驶舱,ARJ-21驾驶舱,其它仪表,液压压力表、刹车压力表、电压表、电容量表、补氧压力表、座舱压力表、座舱温度表、调谐指示表等。,飞行仪表以现代的数字显示器代替了以往的指针式仪表，减轻了飞行员的负担，为实现自动控制，打下了基础。,飞机导航技术,飞机在广袤的天空中飞行，它是怎样在天上认路的呢?导航学就是指引飞机和船只认路的学问。,早期飞机依靠地面标志和地图去认路，此时飞机不能飞得太高，驾驶员必须用双眼盯住地面，搜索标志物。有些标志容易辨认，如塔、铁路、河流等。,有时飞机驾驶员是利用航空地图来认路的，航空地图与普通地图不一样的地方是在这种地图上标出了许多空中可以识别的地面标志物。这种早期的导航方法叫目视导航。,校本部,西安航专校本部,未央立交,北辰大道立交,泾渭分明处,国际港务区关闸,北辰大道立交,三义村,高陵县城,泾渭分明处,航专阎良校区,三义村,航图,推测导航,以后，随着时间向后推移，飞机飞得越来越快，越来越高。目视导航在多数情况下应付不了了。于是驾驶员的手头除了地图外又添加了时钟和计算尺(或计算器)两种工具。时钟要求走时精确，可靠性强；计算尺(或计算器)则是经过专门设计的，有关人士把飞机飞行所用的速度、距离、角度之间的关系编制成相应的计算步骤和程序刻画在计算尺上，驾驶员在使用时，只要知道其中一个数据就可以用这种计算尺迅速得出相应的其他数据。,驾驶员在选定的航线上飞行，利用时钟可以知道时间T，由速度表知道飞行速度V，航线上已飞行过的距离：S=VT从地图上找出航线上标明的航路点，由速度算出到达这点的时间，届时从机上向下看找到这个航路点标志，就可以确认飞机正在预定的航线上飞行。那时在大飞机上设有导航员，他的主要任务就是根据地图、飞行速度、时间和其他信息算出飞机所在的位置和为了到达目的地飞机应该采取的飞行路线。这种方法叫做推测导航。以上介绍的这两种导航手段，目前在小型飞机上仍在使用，大中型飞机一般不用，只在某些特殊紧急情况下才使用。,罗盘（指南针）,航空与航海有某些相似之处，比如蓝天和大海都是浩渺无际，茫茫一片。空中导航于是就从海上导航借鉴了一些方法。磁罗盘的使用就是其中之一。磁罗盘的指针指向地球的磁极，地球的磁轴和地轴并不重合，磁南极、磁北极和真正的南北极相距l000千米左右。利用磁罗盘测出的方向叫磁方向，这种方向的北方叫磁北。地极的北方叫真北，真北方向叫真方向。真方向与磁方向之间偏差的角度叫做磁差。,真方向,飞机上的铁制零件和磁场会影响磁罗盘发生指向偏差，这个偏差叫做罗差。飞机在出厂前由制造厂家测量出罗差，驾驶员在飞机上使用罗盘时得到的读数要加上罗差才能得到磁方向，再加上磁差就得到真方向。指针方向+罗差+磁差=真方向在航空地图上都标有各地的磁差。实际上飞机在飞行中大量使用的是磁航向。在中低纬度地区，磁方向与真方向的偏差不大。只有到了离极地很近的高纬度地区，磁差才变得很大。一般在南北纬60度以上的地区飞行，磁方向就不能使用了。,无线电导航,通过对无线电信号某一电参数（振幅、频率、相位角或时间）的测量，来测定飞机的距离、距离差、方向和位置等导航几何参量。引导飞机安全飞行。（无线电具有测向能力）无线电测向仪进行导航早期是利用无线电广播电台进行测向,事例一,年月日，国民党飞行员刘善本因不愿打内战、为国民党卖命，勇敢地驾机起义。他在机组成员张受益、唐世耀、唐玉文的协助下，摆脱国民党的严密控制，冒着生命的危险，驾驶号“”型重型轰炸机从成都飞到延安。当时他们就是利用延安新华社广播电台作为导航的信标和参照，运用无线电导航技术，引导飞机准确地飞往延安，完成飞向光明的壮举。,事例二,无线电测向仪出现于20世纪初，在20世纪20年代，美国的无线电爱好者利用接收到的无线电波来寻找发信电台，开始了业余无线电测向活动。由于当时设备的体积和重量，仅用于航海。二次世界大战中，德国研制成功小型测向仪装上飞机，利用无线电广播电台的广播导航，实现了对伦敦的轰炸。战争中，交战双方竞相研制和改进机载测向设备，大大推进了测向技术的发展。,优点,无线电导航由于很少受气候条件的限制，作用距离远、精度高、设备简单可靠，所以是飞行器导航的主要技术手段之一。尤其在夜间或复杂气象条件下，要保证飞行器的安全着陆，无线电导航设备更是必不可少的导航工具。,无线电导航原理,借助于无线电波的发射和接收，测定飞行器相对于导航台的方位、距离等参数，以确定飞行器的位置、速度、航迹等导航参数，这就是无线电导航系统所要完成的任务。根据测定的导航参数、使用的电参量、工作的频率、作用距离等，无线电导航系统可通过计算机测出飞机的位置。,导航台是航空界统一安装的用于导航的专业设施是确定飞机的位置并引导飞机按预定航线飞行的地面台站导航台的位置都是固定已知的,飞机上无线电导航装置,自动定向机、测距机测角-测角、测距-测距、测角-测距、测距差（双曲线）等多种形式伏尔导航系统（甚高频全向信标系统）即属于相位测角系统。地美依导航系统就是测距系统塔康导航系统是另一种多参量导航系统，既测角又测距,GPS卫星导航系统,全球定位系统(GPS一一GlobalPositioningSystem)为代表的卫星导航系统。GPS系统从70年代开始研制，至1993年底正式投入使用，其组成包括导航卫星、地面站组和用户设备三个部分。,GPS系统拥有在地球上空约2.0107m高空的近圆形轨道上运行的24颗导航卫星，运行周期接近12h。,GPS导航系统优点,高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50KM以内可达10-6m，100-500KM可达10-7m，1000KM可达10-9m。在300-1500M工程精密定位中，1小时以上观测的解其平面其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定得边长比较，其边长较差最大为0.5mm,校差中误差为0.3mm。,GPS缺点,易受敌方制约易受干扰,惯性导航系统,惯性导航是通过测量飞行器的加速度，经运算处理以获得飞行器当时的速度和位置(即时速度和位置）的一门飞行器定位的综合性技术。惯导还能提供飞机的俯仰、滚转、航向角等多种飞行运动参数。,惯性导航中使用一种加速度计仪表，能测量飞机在发动机推力作用下的加速度。当初速度为零，直线的匀加速运动的加速度与速度的关系为V=atS=1/2at2V=v0+atS=v0t+1/2at2,惯性导航计算框图,惯导一共有三个加速度计，三个坐标各有一个测出在三维空间飞机的动态变化的加速度由计算机算出飞机在三维空间的位置、速度。与自动驾驶仪结合，就可以进行导航控制（惯导可以看作是推测导航的发展）,1一一鱼雷管出口，2一一保护箱抛入海底，3拉索启动弹上互锁机构；4导弹上仰;5导弹以50o倾角冲出水面；6防水罩脱落，尾翼展开，并进行滚动控制；7弹翼展开，助推器脱落，尾翼开始俯仰和偏航控制，雷达高度表开始工作；8进气斗伸出，主发动机启动；9导弹达发射段最高点，发动机达最大推力；10海上高弹道巡航飞行；11海上低弹道巡航飞行；12初见陆地，地形匹配系统进行首次位置修正；13中途位置修正(10次)；14避开防空系统；15进行地形回避和地杂波抑制;16一一末段位置修正;17一一防空系统；18一一目标；19一一GPs全球定位系统卫星,惯导优缺点,不受外界因素干扰易产生累计误差，造成迷航。,苏联击落韩国客机,1978年4月20日，苏联空军击落一架误闯苏联领空的自巴黎飞往韩国首都汉城的大韩航空航班。大韩航空902次航班是一架大韩航空的波音707民航客机，于1978年4月20日在苏联境内的摩尔曼斯克附近被军机击中，109名乘客和机组人员中有2名乘客死亡，13人受伤，飞机最后迫降在苏芬边境附近已经冰冻的科皮亚维湖湖面上。,原因：迷航？,1983年8月31日凌晨前苏联库页岛防空雷达屏幕上，一架身分不明的大型飞机正闯进远东洲际飞弹发射基地的防空识别区上空，两架苏联防空SU15战斗机奉命紧急升空拦截。5分钟后苏军飞行员向基地请求行动指示，基地司令官作出击毁入侵飞机的命令。当日世界各通讯社都发出消息，指出编号KAL007号班机的一架波音747客机在哈林岛（Sakhalin）/库页岛上空被苏军飞机击落，客机上269人全部罹难。这一消息震惊了全球，成为当年国际十大新闻之一。,飞机偏离航线250英里,组合导航,惯性多普勒导航系统；惯性测向测距导航系统；惯性奥米加导航系统；惯性天文导航系统；惯性卫星导航系统；惯性地形匹配(景像匹配)导航系统；惯性天文导航多普勒导航系统。,机载雷达,机载雷达的重要性,我国防空作战59年-66年空军击落3架P2V，付出了巨大的代价。,P2V,P2V-7U,1960年11月19日夜间郑州上空防空作战失利,五十年代末期六十年代初，台湾空军“黑蝙蝠中队”的P-2V电子侦察机经常利用夜间进入大陆侦察，由于敌机飞行速度慢、高度低、我军多次拦截都未成功，有时甚至付出血的代价。,除了飞机性能的优势以外，早期的解放军的主力战斗机米格15和米格17均没有装备机载雷达，很难在执行夜间截击任务完全依靠地面雷达发现敌机方位，再由指挥部（塔台）进行调度。漆黑的夜晚中，米格机由于受到干扰得不到正确指令，要找到这些暗夜中的偷窥者犹如大海捞针，有时找到了，但慢速的“黑蝙蝠”在超低空作规避飞行，高速歼击机俯冲后一击不中拉起来就很少再有第二次进攻机会。而利用这一优势，“黑蝙蝠中队”的航迹几乎遍及大陆主要地区，最远的甚至到过西藏、青海。,1960年11月19日，台湾空军的P-2V电子侦察机1架，18时46分由浙江平阳进入大陆，经青田、金华、安徽合肥、阜阳、河南商水、洛阳、三门峡，然后沿入侵航线偏南六十公里回返，为拦截这架飞机，我空军先后出动MIG-15、MIG-17、图-2共十架次。驻郑州的空军轰炸航空兵25师74团2大队，先后出动图-2飞机四架次，不仅没有取得战果，自己反而损失2架飞机，牺牲8人。,图-2,图-2飞机是专门改装的，飞机上装了雷达，加装了两门23MM机炮，每门炮备弹200发。其目的是以慢速对慢速，以低空对低空，专门打击P-2V。这些飞机由大队长尚德赞同志带领，是轰炸航空兵25时全师的“尖子大队”，1958年大队改装后原驻扎在陕西临潼，,1960年9月份，大队进驻郑州。1960年11月19日是农历九月初一，无月，夜间天空下着小雨，20：50，我军发现敌机从阜阳向河南飞行，地面指挥中心命令双机起飞，李学增副大队长带一架在周口上空待命、尚德赞大队长率领另一架在许昌上空待命。,在地面指挥下，经过调整尚德赞机组成功进入敌机尾后2公里处并用机上雷达截获目标，P-2V发现有飞机跟踪，就立即释放电子干扰，同时进行机动飞行，但尚德赞机组经过苦练，能够从密密麻麻的干扰波中分辨出敌机，因此我机紧咬著敌机不放，经过27分钟的较量，在900米的漆黑夜空敌机仍然摆脱不了尚德赞机组的追踪，并且越来越接近我机的机炮射程。,但是就在关键时刻，敌机利用机载雷达的技术优势，发现在飞行方向的前方有一座高于双方飞行高度的山峰（就是少林寺所在的中岳嵩山），P-2V立即对准山峰飞去，在邻近山峰前突然爬高向前飞去，而尚德赞机组的雷达无法有效的区分山峰和敌机的回波，还继续保持900米的高度向雷达指示器的回波点飞去，而这时雷达指示器的回波的回波是山峰的回波，结果我机来不及拉起，撞到嵩山山峰下约80米处，机上四人全部死亡，他们是：大队长尚德赞、前座飞行员晁中学、空中通信员杜炳良、空中领航员邱业兴。,P-2V摆脱了追踪后，继续向我纵深飞行，经洛阳，又飞到三门峡，然后沿入侵航线偏南六十公里回返，23：17，我军命令赵永寿机组起飞，到鲁山方向拦截敌机，紧接着又命令谈国驷机组起飞，准备追击敌机。当赵永寿机组接近到敌机尾后1公里时，飞机上的雷达因受敌人干扰而无法发现目标，地面指挥所命令盲目开炮，开炮后我机就失去无线电联系。第二天发现飞机已经坠毁在河南叶县西南25公里的小山上，飞行员赵永寿、王秀玉、空中通信员刘建强、空中领航员唐路义壮烈牺牲。据事后分析，飞机坠毁的原因是飞行员接到开炮的命令后，即操纵飞机带下滑角开始开炮，由于飞行员距离炮口近，受炮口闪光的影响大，以至于看不清仪表，等发现高度太低，已经来不及，造成机毁人亡的悲剧。,其它失利,1、1960年10月21日，为拦截一架进入华东的P-2V，一架空9师的MIG-17飞机，坠毁在广东紫金县。2、1960年12月17日，为拦截一架进入辽东的P-2V，一架空1师的MIG-17飞机在海上失踪。,击落P-2V的战例,20日0时18分，当该机窜至江西新淦附近上空时，空军第24师副大队长王文礼驾驶米格-17飞机起飞迎击。在地面指挥所引导下，王文礼利用机载雷达发现目标，敌机多次施放强烈干扰企图摆脱。跟踪过程中，王文礼将飞机减速至最小机动速度，距敌机约300米时通过目视发现敌机。距敌机约100米时，王文礼3炮齐射击中敌机。敌机坠于临川县大窝坑，台湾当局空军“技术研究组”少校作战长周以栗等14人毙命。,歼-5甲,机载雷达,通常指如下三种类型的雷达：机载防空火控雷达机载早期预警和控制雷达(包括机载早期预警机，机载预警和控制系统，飞艇和气球早期预警雷达、直升机预警雷达等)机载电子侦察成象雷达(包括联合监视和目标攻击雷达系统JSTARS、机载侧视雷达、直升机海面监视雷达、无人机战场侦察雷达等),机载雷达新技术,1、有源相控阵雷达传统雷达弱点：在单脉冲跟踪体制未获使用前，圆锥扫描体制的雷达很难对付敌方施放的角度欺骗干扰；没有相参体制的脉冲多普勒雷达，就无法对付借着强大的地杂波掩护的低空入侵的飞机和导弹；没有频率捷变体制的雷达，就很难同现代战争中广泛采用的各种杂波干扰相抗衡。,相控阵技术是近年来正在发展的新技术，它比单脉冲、脉冲多普勒等任何一种技术对雷达发展所带来的影响都要深刻和广泛。进入上世纪80年代，机载相控阵雷达初获应用。先进的机载有源相控阵雷达是本世纪初才进入服役。AESA的成功应用是对传统机载雷达的一次革命，它极大地扩展了雷达的应用领域和提高了雷达的工作性能，进而提高和丰富了作战飞机执行任务的能力和作战模式,F-15有源相控阵雷达,F-15相控阵雷达,F-18相控阵雷达,F-18相控阵雷达,采用AESA技术的机载雷达：雷达作用距离大幅度增长：由于AESA雷达T/R模块中的射频功率放大器(HPA)同天线辐射器紧密相连，而接收信号几乎直接耦合到各T/R模块内的射频低噪声放大器(LNA)，这就有效地避免了干扰和噪声叠加到有用信号上去，使得加到处理器的信号更为纯净，因此，AESA雷达微波能量的馈电损耗较传统机械扫描雷达大为减少。,信号的发射和接收是由成百上千个独立的收/发和辐射单元组成，因此少数单元失效对系统性能影响不大。试验表明，10%的单元失效时，对系统性能无显著影响，不需立即维修；30%失效时，系统增益降低3分贝，仍可维持基本工作性能。,F16有源相控阵雷达,所谓同时多功能，即指有源相控阵能在同一时间内完成一个以上的雷达功能。它可以用一部分T/R模块完成一种功能，用另外的T/R模块完成其它功能；也可用时间分隔的方法交替用同一阵面完成多种功能。如雷达在进行地图测绘(SAR/GMTI)、地物回避、地形跟随、威胁回避的同时，还可实现对空中目标的搜索和跟踪，并对其进行攻击。,由于AESA是由多个子阵组成，而每个子阵又是由多个T/R模块组成，因此，可以通过数字式波束形成(DBF)技术、自适应波束控制技术和射频功率管理等技术，使雷达的功能和性能得到极大的扩展，可以满足各种条件下作战的需要。并能因此而开发出很多新的雷达功能和空战战术。,F-22有源相控阵雷达,F-22机载雷达的火控效果F/A-22配装APG-77多功能有源相控阵火控雷达(AESA)，对3平方米目标的最大探测距离为200公里，可同时跟踪攻击30个空中目标，能探测跟踪16个地面目标，并能拦截巡航导弹。,隐身飞机和现代空战需要相控阵雷达：隐身飞机配装相控阵雷达(PESA或者是AESA)几乎是唯一的选择。迄今为止还没有出现使用机械扫描雷达的隐形飞机，也说明了这一点。通过数字波束形成(DBF)技术，可以使主波束分离成两个波束，使其零值对准敌方干扰源；若干扰源位于雷达旁瓣方向，则在该方向也可以形成零值，使敌方收不到雷达信号，从而无法实行有效干扰。AESA的自适应波束形成能力是机载雷达在复杂的电磁环境中得以保持其作战能力的重要因素。,F-18有源相控阵雷达,我国机载雷达,歼-5甲夜间歼击机，装备射击瞄准雷达，使该机具备了有限的全天候作战能力。该雷达的最大搜索距离为千米，跟踪截获距离为千米。歼甲飞机机头进气道上唇有突出进气口前缘的雷达天线罩，型雷达的搜索天线就装在里面。进气口内隔板加装了一个半球状的雷达天线罩，内装型雷达的测距跟踪天线。进气道上唇雷达天线罩和球状雷达天线