航空儀表警告系統(tǒng)講解

7.1航空儀表警告系統(tǒng)7.1.1警告系統(tǒng)的組成及功能現(xiàn)代飛機使用的綜合警告系統(tǒng),不僅對超速狀況警告,同時還監(jiān)控其他飛機系統(tǒng)。在不同型號的飛機上使用的警告系統(tǒng)部件、輸入信號以及所監(jiān)控的對象有所不同,但總體上的警告輸出分為信息、警告燈、警告音響。警告系統(tǒng)由電源組件、飛機系統(tǒng)信號收集組件、警告計算機、警告信息顯示器、警告燈和警告音響裝置等組成,如圖7.1-1所示為警告系統(tǒng)組成方框圖。1.電源組件電源組件滿足警告系統(tǒng)工作多種規(guī)格的用電需要。警告系統(tǒng)電源多為雙套,確保警告信號發(fā)出。下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)2.傳感器(信號收集計算機)在不同機型的飛機上,用于不同系統(tǒng)的警告信號來源不同。有的使用飛機系統(tǒng)的傳感器和計算機,有的使用飛機信息管理系統(tǒng)等,監(jiān)控飛機系統(tǒng)并將飛機系統(tǒng)的故障信息發(fā)送給警告系統(tǒng)。3.警告計算機該計算機收集、監(jiān)控來自飛機系統(tǒng)傳感器或計算機的信息,對上述數(shù)據(jù)進行計算、處理、分類并生成相應的警告信息顯示在發(fā)動機警告顯示器上,同時會有警告燈和警告音響出現(xiàn)。4.警告裝置警告裝置包括警告燈、警告喇叭、警告信息顯示器、失速抖桿器。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)(1)警告燈:出現(xiàn)警告時燈亮,可按壓燈罩復位。警告燈出現(xiàn)警告信息時顯示為紅色,出現(xiàn)警戒信息時顯示為琥珀色。(2)警告喇叭:警告系統(tǒng)的發(fā)聲裝置。(3)警告信息顯示器:相應系統(tǒng)的警告信號顯示器,EICAS或ECAM顯示器。(4)失速抖桿器:失速抖桿器由28V直流電動機使操縱桿抖動。抖桿器安裝在正、副駕駛的駕駛桿上,安裝位置有的在駕駛員地板上部的操縱桿上,多數(shù)飛機都裝在地板下部的操縱桿上。5.測試裝置警告系統(tǒng)都有自己的測試裝置。在駕駛艙頂板測試面板或控制顯示組件(CDU)及音響警告系統(tǒng)的計算機前面板上實施測試,觀察測試結果。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)7.1.2高度警告1.概述塔臺指揮飛機飛行在不同的飛行層面,飛機必須按照塔臺航空管制員指令的高度飛行,以防碰撞。機載高度警告系統(tǒng)可以探測到飛機是否偏離了指定的高度,它將來自大氣數(shù)據(jù)計算機的真實高度與塔臺指揮所要求飛機飛行的高度進行比較。一旦比較結果超出規(guī)定的范圍,將發(fā)出視覺和音響信號警告飛行員。指定的高度由飛行員在方式控制板上選定。高度警告系統(tǒng)有的集成在自動駕駛系統(tǒng)或采用中央警告計算機,還有的是由獨立的高度警告計算機組成。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)此外,高度警告系統(tǒng)目前已作為飛機最小垂直間隔空域標準(RVSM)飛行放行的標準之一。世界范圍內(nèi)實施最小垂直間隔空域標準(RVSM)的國家已相當普及,我國飛機飛越RVSM空域的越來越多,如果飛越RVSM空域,要向塔臺申請,同時機載設備必須滿足要求。高度警告系統(tǒng)就是飛越RVSM空域的條件之一,要確保飛機在垂直方向的高度偏差在一定的范圍之內(nèi),若達不到要求,必須離開RVSM空域,以免影響飛行安全。2.高度警告系統(tǒng)的組成和原理飛機在自動駕駛工作狀態(tài),正常情況應保持飛行在自動飛行控制系統(tǒng)方式控制板(MCP)上預選的高度,若出現(xiàn)小的干擾量使飛行俯仰姿態(tài)改變時,飛機系統(tǒng)靠自身的縱向穩(wěn)定就可以修正到正確的姿態(tài),但會產(chǎn)生一定的高度偏差。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)因此,高度穩(wěn)定系統(tǒng)必須有測量飛行高度的傳感器、高度給定裝置和高度偏差計算裝置。一般可以采用大氣數(shù)據(jù)計算機作為測量飛行高度的傳感器,高度給定裝置可以使用自動駕駛方式控制板上的高度選擇旋鈕設定高度,高度偏差計算裝置采用高度警告計算機,如圖7.1-2所示為高度警告系統(tǒng)方框圖和高度給定裝置。如果垂直氣流干擾或在自動駕駛方式控制板上人工輸入?yún)?shù)而改變飛行高度,則飛機改變了原來的飛行軌跡。當飛機偏離自動駕駛預選保持的高度時,機載高度警告系統(tǒng)將警告機組人員飛機正在偏離預選高度。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)高度警告系統(tǒng)通過駕駛艙警告喇叭發(fā)出音頻警示音,高度警告信號燈亮。在裝備EICAS的飛機顯示器上還會顯示“ALTALERT”高度警告字樣信息。3.工作過程自動駕駛銜接后,作為高度測量裝置的傳感器———大氣數(shù)據(jù)計算機(ADC),將氣壓高度值送入高度比較器,與自動駕駛方式控制板的預選高度信號比較,按方式邏輯判斷高度警戒系統(tǒng)的工作方式,如圖7.1-3所示為高度警告系統(tǒng)操作。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)(1)若飛機飛行偏離預選高度在300~900ft之間,則發(fā)出警戒(ALERT)信號,警示飛行員飛機已偏離當前方式控制板上的預選高度。(2)若飛機接近預選高度在900~300ft之間,則發(fā)出提醒(ADVISE)信號,提醒飛行員已接近當前方式控制板上的預選高度。(3)若飛機飛行偏離預選高度在900ft以上,系統(tǒng)不發(fā)出任何警告,表明飛機已向選定的新的飛行高度飛行。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)空客飛機的高度警告系統(tǒng)的方式邏輯有所不同:從高于或低于預選高度900ft以外向預選高度接近時,飛到距離預選高度900ft的高度,有警戒音響,琥珀色“ALERT”燈亮;繼續(xù)接近到300ft時,警戒音響消失,“ALERT”燈滅;如果飛離預選高度300ft時,有警戒音響,琥珀色“ALERT”燈閃亮;繼續(xù)飛離到距離預選高度900ft的高度時,警戒音響消失,“ALERT”燈滅。4.警告信息早期飛機的高度警告是當飛機偏出預選高度后,高度警告計算機發(fā)出C調(diào)音響,琥珀色的“ALTITUDEALERT”信號器亮。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)而現(xiàn)代飛機的高度警告是由高度比較器的輸出信號進入方式邏輯電路,由方式邏輯電路向EFIS/EICAS顯示管理計算機發(fā)出警戒(ALERT)或提醒(ADVISE)信號。若飛機飛行偏離預選高度在300ft以上,顯示管理計算機將處理的信息送到EICAS的顯示器上,EICAS上顯示“ALTITUDEALERT”B級高度警戒信息,將警告燈的離散信號送到正、副駕駛的主警戒燈,正、副駕駛員前方遮光板上的琥珀色的“CAUTION”燈亮;偏離預選高度在300~900ft之間時,音響合成卡將電子合成出來的貓頭鷹叫聲通過正、副駕駛的警告喇叭發(fā)出,如圖7.1-4所示為高度警告系統(tǒng)———B級警戒指示。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)綜上所述,若飛機飛行偏離自動駕駛方式控制板上的預選高度300~900ft之間時,在駕駛艙發(fā)出的警告包括有警告音響、EICAS信息和警告燈指示;從900ft以外,向300ft接近預選高度時,有EICAS咨詢信息,無警告燈和警告音響。到接近預選高度300ft時,表示已經(jīng)截獲到預選高度,無任何指示。在進近著陸過程中,當飛機的起落架和襟翼在著陸布局或儀表著陸系統(tǒng)的下滑道截獲后,高度警告系統(tǒng)抑制高度警告信號的發(fā)出,此時需要飛行員精神高度集中,避免外部干擾,完成進場著陸的過程。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)7.1.3超速警告1.概述馬赫空速警告系統(tǒng)是警告系統(tǒng)的一個組成部分。由空氣動力學可知,飛行速度越大,則空氣流過飛機前方的壓力也變大,引起空氣壓縮量越大,會對飛機結構造成損壞。因此,出現(xiàn)超速飛行時,超速警告信息就會以一定方式出現(xiàn),引起駕駛員的注意。在分立式儀表上,如前面已經(jīng)講到的馬赫空速指示器,對飛機的超速狀況進行監(jiān)控、警告。在屏幕顯示的飛機上,速度限制在主飛行顯示器(PFD)的空速帶上用紅黑相間區(qū)域表示。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)2.馬赫空速警告系統(tǒng)1)馬赫空速指示器馬赫空速表是將空速指示器和超速指示器組合在一起,構成一組合式儀表。馬赫空速指示器顯示出實際空速和速度限制(最大操作速度)。馬赫空速表上的白色指針代表計算空速(CAS),表上的窗口還用數(shù)字形式指示出計算空速和馬赫數(shù)。紅、白相間指針指示最大操作速度(VMO)、最大操作馬赫數(shù)(MMO)。若馬赫空速警告計算機出現(xiàn)故障,窗口內(nèi)顯示VMO和MACH故障旗,如圖7.1-5所示為電動式馬赫空速表。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)2)馬赫空速警告系統(tǒng)的組成及原理大氣數(shù)據(jù)計算機(ADC)根據(jù)全靜壓系統(tǒng)提供的全壓值、靜壓值、全溫探頭的溫度信號,計算出所需的指示空速(IAS)、計算空速(CAS)、馬赫數(shù)(MACH)等大氣數(shù)據(jù)參數(shù),發(fā)送到馬赫空速警告計算機和指示器上。馬赫空速指示器內(nèi)部設有最大操作馬赫數(shù)、最大操作速度探測裝置。當探測到超速狀況時,系統(tǒng)提供目視和音響警告。除大氣數(shù)據(jù)輸入外,還有系統(tǒng)測試、各種條件(如放下起落架)及方式選擇的輸入,如圖7.1-6所示為馬赫空速警告系統(tǒng)的組成。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)大氣數(shù)據(jù)計算機(ADC)輸出的大氣數(shù)據(jù)信號和直流電源,發(fā)送到馬赫空速指示器內(nèi)的超速微處理器。指示器上的白指針指示的是計算空速(CAS),紅白指針指示的是馬赫空速超速微處理器計算出的空速極限值VMO。超速微處理器根據(jù)起落架是否放下、副油箱是否有油、是否掛了第五臺發(fā)動機等條件,分別計算出不同條件下的超速極限值。裝有兩部大氣數(shù)據(jù)計算機的系統(tǒng),機長和副駕駛的馬赫空速指示器采用不同的電源,音響警告喇叭也使用獨立的電源。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)當飛機在不同條件下飛行接近超速時,馬赫空速指示器內(nèi)部的超速微處理器的輸出信號使指示器上的白色空速指針超越紅白指針的限制值,并且使音響警告喇叭發(fā)出超速警告聲。所有噴氣式飛機都有獨立的音響超速警告。因為飛機超速飛行是非常危險的,它會造成飛機結構的損壞,另外,高速飛行時產(chǎn)生的激波也會對飛機造成傷害,并使飛行的安全性下降。音響超速警告揚聲器既可以由主警告系統(tǒng)觸發(fā),也可以由分離系統(tǒng)觸發(fā)。只要空速大于VMO或MMO,超速警告都將發(fā)生。通過中央維護計算機或測試按鈕可以對超速警告進行測試。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)3)電子顯示器上的馬赫空速警告現(xiàn)代飛機上裝備的電子飛行儀表顯示飛行速度、超速和馬赫數(shù)信息,是在主飛行顯示器速度帶上。顯示器上的輸入源來自大氣數(shù)據(jù)計算機。大氣數(shù)據(jù)計算機除計算當前速度外,也可以用于計算飛機在不同布局、不同飛行階段時的最大操作速度VMO和最大操作馬赫數(shù)MMO,超速指示在速度帶的上部,馬赫數(shù)的指示則在空速帶的底部。速度帶的讀數(shù)框內(nèi)白色數(shù)字表示當前空速、超速時變?yōu)榧t色。它的超速信號來自大氣數(shù)據(jù)計算機,超速信號還送往警告系統(tǒng)的計算機,產(chǎn)生超速警告。在波音EICAS顯示器警告區(qū)域顯示紅色超速“OVERSPEED”警告信息,超速時還伴有音響警告和紅色主警告燈。如圖7.1-7所示為主飛行顯示器速度帶上巡航和下降時的馬赫數(shù)指示。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)4)警告曲線不同型號的飛機有不同的飛行速度限速值,如波音737-300飛機正常布局最大操作馬赫數(shù)為0.826,空客330飛機的限速值馬赫數(shù)為0.86,波音747-400飛機正常布局最大操作馬赫數(shù)為0.92。飛機在不同構型情況下的速度限制是不同的。如圖7.1-8所示為某型飛機的馬赫空速警告曲線。飛機正常構型時,在海平面時的最大操作速度(VMO)為365kn,而在24477ft高度時的最大操作速度(VMO)為395kn,最大操作馬赫數(shù)(MMO)為0.92;當起落架放下時,在海平面時的最大操作速度(VMO)為270kn,而在30840ft高度時的最大操作馬赫數(shù)(MMO)為0.73;當飛機副油箱有油時,在海平面時的最大操作速度(VMO)為340kn;而掛第五臺發(fā)動機時的最大操作速度(VMO)為330kn,在不同的高度,飛機的限速也各有不同。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)如圖7.1-8所示為某型飛機的馬赫空速警告曲線。7.1.4失速警告1.概述飛機之所以能夠在空中飛行,是因為機翼上產(chǎn)生了足夠的升力,而升力的大小取決于機翼的翼剖面、飛行速度和飛機迎角。要想使飛機的速度減小,而又要保持恒定的升力,就必須增加迎角,或者通過伸出襟翼、縫翼來增加機翼的翼剖面。當飛機達到最大迎角時,氣流不能流過飛機機翼的上表面,而產(chǎn)生氣流分離。如果迎角再繼續(xù)增大,則氣流分離嚴重,飛機出現(xiàn)失速現(xiàn)象。失速是非常危險的,因為此時升力急劇地下降。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)如果飛機不在足夠的高度上飛行將難以恢復,從而導致飛機墜毀。因此,在發(fā)生失速之前,必須盡可能早地警告駕駛員,這就是失速警告系統(tǒng)的任務。飛機在高速飛行時,也可能導致失速。當飛機速度接近音速時,某些部位可能產(chǎn)生局部激波,阻力急劇增加,飛機速度反而下降,將會導致飛機的穩(wěn)定性和操縱性變壞,甚至產(chǎn)生激波失速。此時,若駕駛員不能有效地控制飛機,就會發(fā)生機毀人亡的危險。所以,在飛機進入失速狀態(tài)之前,必須及早讓駕駛員得到警告。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)2.失速警告系統(tǒng)的組成和功能1)失速警告系統(tǒng)的組成如圖7.1-9所示,典型的失速警告系統(tǒng)由輸入部件、兩部失速警告計算機、警告顯示組件、失速警告測試組件、警告燈和抖桿電動機組成。其中輸入部件包括迎角傳感器,襟翼位置傳感器,大氣數(shù)據(jù)計算機,發(fā)動機指示系統(tǒng)的高、低壓軸轉速信號、空地信號和失速警告測試組件。2)失速警告系統(tǒng)部件的功能(1)迎角傳感器。迎角傳感器又稱為氣流角度傳感器或失速警告?zhèn)鞲衅?它安裝在機身兩側、駕駛員側窗下,用于測量飛機迎角(又稱為攻角)。兩側的傳感器可以互換,空中需要加溫以免結冰。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)(2)襟翼位置傳感器。安裝在大翼前、后緣的襟翼位置傳感器傳送襟翼位置信號。有的飛機只裝有后緣襟翼位置傳感器。傳感器向失速警告系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)和襟翼位置指示器(或EICAS、ECAM)發(fā)送信號。(3)大氣數(shù)據(jù)計算機。ADC用于迎角、計算空速、馬赫數(shù)、VMO/MMO的計算。(4)失速抖桿器。失速警告計算機監(jiān)控飛機在接近低速或大迎角閾值時,失速抖桿器由28V直流電動機作動操縱桿抖動。失速抖桿器安裝在正、副駕駛的駕駛桿上,安裝位置有的在駕駛員地板上部的操縱桿上,多數(shù)飛機都裝在地板下部的操縱桿上。如圖7.1-10所示為某型飛機失速警告系統(tǒng)的部件。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)(5)失速警告計算機。如圖7.1-10所示,無論是獨立安裝的失速警告計算機(SWC),還是警告電子組件(WEU),它們的功能相近。在不同的飛行狀況下,失速警告計算機作動抖桿器,向駕駛員發(fā)出警告。①正常失速警告。根據(jù)襟翼位置的多少確定迎角的閾值。迎角超過閾值(表7.1-1中所列閾值為波音747-400型飛機)時,失速警告計算機作動抖桿器發(fā)出警告。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)②不對稱失速警告。若兩側的襟翼位置不匹配,迎角作動抖桿器的閾值將降低。③大推力失速警告。對于雙發(fā)飛機而言,在對邊發(fā)動機的N2轉速高于75%的情況下,迎角作動抖桿器的閾值將降低。迎角值降低的多少取決于襟翼位置和推力斜率的系數(shù)(CTG)。失速警告計算機使用空速和臨近的發(fā)動機N1轉速計算推力斜率的系數(shù)(CTG)值。④速度閾值失速警告。在不同的襟翼位置,當空速低于表7.1-2中所列速度閾值時,失速警告計算機作動抖桿器發(fā)出警告(下表中所列速度閾值為波音737-300/400/500型飛機)。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)(6)失速警告測試組件。用于起始系統(tǒng)測試。在裝有中央維護計算機(CMC)的飛機上,可以從控制顯示組件起始測試,另外也可以在計算機的前面板上使用測試電門測試,如圖7.1-10所示。3.失速警告系統(tǒng)原理失速警告系統(tǒng)將飛機特定的最大迎角與實際的飛機迎角進行比較。最大迎角取決于襟翼和縫翼的位置,該位置也必須進行計算。這一計算可以在獨立的計算機內(nèi)完成,也可以在主警告系統(tǒng)或自動油門系統(tǒng)中完成。通常飛機上有兩個獨立計算系統(tǒng),這樣可以提供足夠余度。當飛機到達臨界迎角時,系統(tǒng)將驅(qū)動抖桿馬達工作,使之產(chǎn)生抖動來模擬真正失速時產(chǎn)生的效應。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)正常時兩部計算機控制其相應的抖桿器作動,若其中一部計算機不工作時,另一部計算機也可以同時作動兩個抖桿器,因為兩個駕駛桿都連接在扭力管上。飛機在地面時可以對系統(tǒng)實時測試,抖桿器作動。若系統(tǒng)不正常時,機器前面板上有故障指示燈亮,不能作動抖桿器抖動,故障排除后方可作動。在某些飛機上,還安裝有駕駛桿推力器。當探測到失速時,它將自動推動控制桿向前以減小飛機的迎角。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)4.失速警告系統(tǒng)的操作方式1)空中方式失速警告系統(tǒng)工作在“空中”方式,由失速警告計算機監(jiān)控。當前起落架和主起落架的下蹲電門指示“空中”位,前輪和主輪在“空中”位并且指示空速達到110kn;機輪不在“空中”位,但指示空速已達160kn(參數(shù)適用于波音737飛機)。2)起飛方式當起落架減振支柱伸出時,空地繼電器銜接失速警告系統(tǒng)工作。失速警告計算機接收迎角和襟翼位置傳感器的信號,這些信號用于確定飛機是否接近失速狀態(tài)。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)3)飛行階段當飛行中出現(xiàn)大迎角或以低速飛行時,失速警告計算機的輸出控制繼電器作動,向抖桿電動機提供28V直流電源,抖桿器抖動。5.失速警告系統(tǒng)的信號顯示在現(xiàn)代飛機上裝備有電子飛行儀表系統(tǒng),主飛行顯示器的左側是空速帶,失速警告計算機的輸出信號發(fā)送到機載顯示管理計算機(或EICAS/EFIS交聯(lián)組件EIU計算機),信號處理后送往主飛行顯示器(PFD),有的飛機在主飛行顯示器的姿態(tài)指示器上顯示俯仰極限,在速度帶上顯示最大操作速度和最小操作速度(或抖桿速度),如圖7.1-11所示為失速警告在主飛行顯示器速度帶上的顯示。上一頁下一頁返回7.1航空儀表警告系統(tǒng)空速帶上用醒目的紅色表示不同飛行階段時的抖桿速度,用琥珀色表示最小機動速度(或稱緩沖速度)。俯仰極限參數(shù)可用于限制起飛時機身的仰角。除了速度帶上的顯示外,接近失速時,抖桿電動機作動抖桿器使升降舵扭力管和駕駛桿抖動。在主EICAS或ECAM上出現(xiàn)紅色的失速信息,警告喇叭發(fā)出語音“STALLWARNING”警告聲,紅色的主警告燈被點亮。上一頁返回圖7.1-1警告系統(tǒng)組成方框圖返回圖7.1-2高度警告系統(tǒng)方框圖和高度給定裝置返回(a)高度警告系統(tǒng)方框圖;(b)高度給定裝置圖7.1-3高度警告系統(tǒng)操作返回圖7.1-4高度警告系統(tǒng)———B級警戒指示返回圖7.1-5電動式馬赫空速表返回圖7.1-6馬赫空速警告系統(tǒng)的組成返回圖7.1-7主飛行顯示器速度帶上巡航和下降時的馬赫數(shù)指示返回(a)無計算數(shù)據(jù)或M<0.4顯示;(b)M>0.4顯示;(c)馬赫故障旗顯示圖7.1-8某型飛機的馬赫空速警告曲線返回圖7.1-9失速警告系統(tǒng)方框圖返回圖7.1-10某型飛機失速警告系統(tǒng)的部件返回表7.1–1襟翼位置與迎角返回表7.1–2襟翼位置與速度返回圖7.1-11失速警告在主飛行顯示器速度帶上的顯示返回圖7.2-1綜合電子儀表系統(tǒng)返回圖7.2-2

EFIS顯示的信息返回圖7.2-3

EFIS的基本組成返回圖7.2-4顯示組件外觀示意圖返回圖7.2-5

EFIS控制面板返回圖7.2-6光遙感器返回圖7.2