航空儀表的發(fā)展方向研究

于海龍

摘 要：一直以來航空航天都是綜合國力競爭的主要領(lǐng)域，航空儀表的發(fā)展在一定程度上代表著一個國家航空航天業(yè)的發(fā)展水平。特別是近些年全球關(guān)系緊張，航空儀表的研發(fā)在空戰(zhàn)方面有著舉足輕重的作用。研究航空儀表發(fā)展的經(jīng)過，探索影響航空儀表發(fā)展的主要因素，分析航空儀表發(fā)展的趨向，為了更好地把握航空航天業(yè)發(fā)展的先機，為祖國航空航天事業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造更多機會。

關(guān)鍵詞：航空儀表;發(fā)展研究;發(fā)展趨向

中圖分類號：TH89 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）10-0126-02

0引言

航空儀表是飛機飛行中的“感官系統(tǒng)”，在飛行時負責(zé)檢測飛機飛行的高度、天氣情況、發(fā)動機狀態(tài)等，以便飛行員隨時掌握飛機飛行的狀態(tài)，做出正確的操作選擇，確保飛機分型的安全、可靠。近些年，一些空難告訴我們，航空儀表的“稍有疏忽”便會帶來巨大災(zāi)難，因此，研究航空儀表的發(fā)展，探索其在飛機飛行中的價值非常有必要[1]。

1 航空儀表的發(fā)展研究

1.1機械儀表階段

最早的儀表誕生在1852年，當(dāng)時第一個框架式螺旋儀器誕生，為各類儀表的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。進入20世紀(jì)后，儀表開始應(yīng)用于飛機、輪船，這是航空儀表最早的存在。因為這一時期航空儀表的制造和應(yīng)用主要以機械相關(guān)知識和原理為基礎(chǔ)，所以也被稱為機械儀表階段。

上世紀(jì)20年代，航空儀表開始發(fā)展，這一時期航空儀表的最大特點就是“簡陋”，飛機上風(fēng)速計、轉(zhuǎn)速表、氣壓表等制作粗略，靈敏度差，精準(zhǔn)度差，工作可靠性難以保障。雖然有眾多缺點，但人們對于航天事業(yè)的熱愛使人們對于航空儀表的研發(fā)非常熱衷，這一時期航空儀表也有一些優(yōu)勢，一方面，航空儀表的誕生標(biāo)志著航天的發(fā)展進入一個新的階段，為之后航空、航天的發(fā)展制造了機會，使人在研究航空問題中有了更新穎、更大膽的想法。另一方面，這一時期的航空儀表成本較低，所以航空儀表研究的成本也較低，這就為航空儀表的研究帶來了機遇，只用了十年，航空儀表的研發(fā)和利用就進入了一個新的階段[2]。

1.2電器儀表階段

上世紀(jì)30年代，航空儀表進入電氣儀表時代，受戰(zhàn)爭影響，飛機加入戰(zhàn)爭需要更為精準(zhǔn)的儀器，使飛行員在飛行過程中掌握方向、高度等，以方便投彈、隱藏等。因此，這一時期航空儀表的發(fā)展非常迅速，飛機能夠在云中和夜晚進行飛行。但這一時期，航空儀表仍然依靠人眼觀測獲得數(shù)據(jù)，只是在靈敏度、精密度上有所提高。

電氣儀表時代采用傳感器與指示器分離的方式，使傳感器采集、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)更準(zhǔn)確，儀表精度更高。指示器則靠近駕駛員，方便駕駛員的觀測和判斷。由于同為一個儀器的傳感器和指示器不在同一處的特點，這一時期的航空儀表也被稱為遠讀儀表。航空儀表的反應(yīng)速度、精準(zhǔn)度都有很大提升，而且儀表的體積在不斷縮小。

這一時期航空儀表反應(yīng)速度、精準(zhǔn)度提高的原因之一就是“傳感器與指示器的分離”，受此影響，航空儀表的敏感元件遠離駕駛艙，其受到的干擾減少，所以精準(zhǔn)度更高。其次，這一時期機械制造也發(fā)展迅速，很多新型材料及儀表制作工藝問世，對航空儀表的發(fā)展起到了積極的促進作用。加之受戰(zhàn)爭影響，飛機在戰(zhàn)爭中的用途越來越廣，作用越來越大，與飛機相關(guān)的航空儀表的研究力度也在加大。因此，電氣航空儀表的發(fā)展非?？?，儀表的精密度和數(shù)量不斷增加，給飛機航行提供了可靠的技術(shù)保障。同時，儀表的“泛濫”也使飛機所載航空儀表的質(zhì)量大增，不僅影響到飛行員對飛機的操控水平，還影響到飛機的速度、飛行的安全性等[3]。

1.3機電式伺服儀表階段

上世紀(jì)40年代末，進入機電式伺服儀器時代，航空儀表采用了綜合化和自動化模式，利用信息反饋的形式統(tǒng)一飛行信息的獲取、輸出和輸入，使航空儀表的靈敏度和精準(zhǔn)度又上了一個新臺階。同時，航空儀表的種類還在增加，如溫度控制儀表、監(jiān)控報警儀器等，致使飛機的儀器載重進一步超標(biāo)。飛行員觀測儀表的時間被迫縮短，根據(jù)儀表信息判斷飛行操作的時間也在縮短。在此情況下，眾多的儀表儀器讓飛行員應(yīng)接不暇，在飛行過程中很容易出錯。上世紀(jì)50年代中到60年代末，在機電式伺服儀器發(fā)展的基礎(chǔ)上，航空儀表的綜合性更強，也有研究者將這一時期航空儀表的發(fā)展稱為“綜合儀表”時期，儀表的類型進一步增加，但航空儀表的體積、質(zhì)量卻在不斷減少，這就使飛行員觀測儀表的時間增加，使其對儀表的判斷更準(zhǔn)確，進而對于信息的分析更正確，促進了飛機駕駛的安全性和穩(wěn)定性。

這一時期航空儀表的功能增加，儀表的敏感度、精準(zhǔn)度也有增加，且儀表顯示逐漸電子化，這為以后的智能儀表發(fā)展打下了基礎(chǔ)。另外，這一時期航空儀表的載重已成為飛機飛行的制約因素，如何解決是影響航空航天發(fā)展的關(guān)鍵問題。

機電式伺服儀表的發(fā)展離不開航空航天行業(yè)的發(fā)展和推動，因飛機性能提高，飛機的飛行速度和發(fā)動機性能都有很大提升，從而引起航空領(lǐng)域?qū)︼w機飛行穩(wěn)定性有了更高要求。這就要求航空儀表性能不斷提升，且航空儀表的靈敏度、精確度要不斷提升。此外，這一時期，航空儀表的綜合化和自動化逐漸將人“眼”從儀表觀測中解放出來，使駕駛員有更大的精力操控飛機，提高了飛機飛行的安全性。電子導(dǎo)航、制造工藝等的進一步發(fā)展，也推動了航空儀表的發(fā)展。

1.4電子儀表階段

上世紀(jì)70年代，航空儀表進入電子儀表時代，電子化綜合儀表實現(xiàn)了人機“對話”，飛行員根據(jù)人機“對話”操作飛機變得簡單了許多。這一時期，航空儀表的特點主要有：第一，高度綜合的航空儀表節(jié)省了駕駛室的空間，也降低了飛機的載重，使航空業(yè)得到了飛速發(fā)展。第二，航空儀表種類多，對飛機的飛行檢測、發(fā)動機檢測等都很全面，儀表的相互補充和信息的快速交換、處理提高了飛行員判斷儀表數(shù)據(jù)的效率和準(zhǔn)確性，使飛機駕駛更安全。第三，電子綜合顯示儀表對于各類信息的顯示更直觀，加之系統(tǒng)對各類數(shù)據(jù)的快速、準(zhǔn)確處理，飛行員與儀表進行“對話”，有效提高了飛機的駕駛水平，實現(xiàn)了飛機操作的穩(wěn)定、安全、可靠和智能。

進入上世紀(jì)80年代以后，多功能彩色顯示器出現(xiàn)，航空儀表得到了進一步發(fā)展。同時，為了滿足飛機的不同飛行要求，飛機上又配備了不少儀器，使駕駛員能夠全面地、直觀地、準(zhǔn)確地了解飛機的整體情況，通過各種儀表得到的數(shù)據(jù)為飛機的安全飛行和飛行隱患排查提供了可靠信息資源。例如，飛機檢修時，通過對航空儀表記錄數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來的可能問題進行排查，能夠更快、更早地掌握飛機的安全隱患，確保飛機的安全、穩(wěn)定飛行。

2 航空儀表的發(fā)展趨勢

2.1影響航空儀表發(fā)展的因素分析

在航空儀表的發(fā)展過程中，影響其發(fā)展的因素是多方面的。第一，飛機使用價值的開發(fā)促進了航空儀表的發(fā)展。例如上世紀(jì)30年代，由于戰(zhàn)爭需要，航空儀表從簡單、靈敏度低的機械儀表發(fā)展成為靈敏度高、準(zhǔn)確度高的電氣儀表，而且航空儀表的功能和數(shù)量迅速增加。第二，航空儀表的發(fā)展受機械制造水平、工藝的發(fā)展影響很大，同時受新材料開發(fā)的影響。例如，上世紀(jì)30年代機械制造業(yè)、新材料制造業(yè)的迅速發(fā)展極大地推進了航空儀表的發(fā)展，很多機械制造的新工藝、新的材料都應(yīng)用在航空儀表制造當(dāng)中，極大地提升了航空儀表的靈敏度、精準(zhǔn)度，使航空儀表制造得到了迅速發(fā)展。同時，機械制造業(yè)、新材料制造的新理念、新思想也廣泛地應(yīng)用于航空儀表的制造、使用當(dāng)中，這為航空儀表的持續(xù)、創(chuàng)新發(fā)展創(chuàng)造了機遇。第三，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、電子技術(shù)的發(fā)展、信息通信的發(fā)展極大地促進了航空儀表的發(fā)展。在航空儀表進入綜合化、自動化以后，科技、電子和通信的發(fā)展給航空儀表的發(fā)展帶來了巨大契機，航空儀表逐漸向智能化方向發(fā)展，屆時人機“交流”更加通暢，飛機的駕駛更加智能化，數(shù)據(jù)的收集、處理和傳輸更快、更準(zhǔn)，其發(fā)展能夠為航空事業(yè)的發(fā)展提供更大助力[4]。

2.2航空儀表的發(fā)展趨勢

航空儀表可分為飛行儀表、導(dǎo)航儀表、發(fā)動機儀表和系統(tǒng)儀表，隨著航空儀表的繼續(xù)發(fā)展，這些分類的界限會越來越模糊，航空儀表的功能會更加綜合化、智能化。同時，結(jié)合航空儀表以往的發(fā)展，其未來發(fā)展趨勢必將圍繞以下幾點進行。第一，觀測儀表的方便性、準(zhǔn)確性。最初的機械儀表、電氣儀表要通過人眼直接觀測，通過觀測不同的儀表，記憶儀表反饋信息，再通過大腦對這些信息進行加工，最后飛行員對飛機駕駛做出反應(yīng)。這一個過程不僅很長還容易出錯。航空儀表發(fā)展進入綜合化、自動化以后，飛行員可以通過觀測顯示器得到綜合性的信息，再以此為依據(jù)進行判斷，做出反應(yīng)。發(fā)展到近代以后，航空儀表的顯示器更加先進，航空儀表系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)的收集、存儲和處理更有效率，這就把人眼、人腦很大程度上從儀表觀測及分析中解放出來。而且現(xiàn)代化的航空儀表輸出信息更直觀，對于信息的處理更智能化，因此飛機可以在自動駕駛狀態(tài)下安全、平穩(wěn)飛行。由此可見，航空儀表的發(fā)展趨勢應(yīng)該向更加智能化、綜合化的方向發(fā)展，進一步把人從飛機駕駛中解放出來，同時也為無人駕駛機的發(fā)展開辟創(chuàng)新路徑。第二，航空儀表會向更高靈敏度和精確度方向發(fā)展。在航空儀表的發(fā)展中，靈敏度、精確度一直是衡量航空儀表發(fā)展水平的關(guān)鍵，在現(xiàn)代航空航天中，飛行器要面臨復(fù)雜的環(huán)境，更高靈敏度、精確度是航空儀表發(fā)展的需要，也是未來航空航天發(fā)展的需要。第三，航空儀表的顯示器發(fā)展將是航空儀表發(fā)展的重要方向之一，從航空顯示器將人眼從眾多儀表觀測中解放出來時，航空顯示器的研究得到重視，一方面，通過觀測顯示器可以獲得飛機的綜合信息，進而得出準(zhǔn)確的控制結(jié)論，提高了飛行員的駕駛水平。另一方面，顯示器通過字符、圖形、表格等眾多形式表現(xiàn)飛機的飛行狀況，從而起到了預(yù)防安全風(fēng)險、保障安全駕駛的作用，為航空航天事業(yè)的發(fā)展做出重大貢獻，因此，航空儀表發(fā)展中顯示器的重點研發(fā)是航空儀表發(fā)展的方向之一。第四，航空儀表新材料的研究和應(yīng)用也是航空儀表的發(fā)展趨向。一方面，航空儀表的發(fā)展要充分考慮儀表的壽命和可靠性，因此需要穩(wěn)定、耐用，要確保在任何環(huán)境下使用性能都非常好，就要從新材料的使用入手進行研究。另一方面，航空儀表制造材料的價格、技術(shù)潛力等也是新材料研發(fā)的方向之一，通過研究可以降低航空儀表的成本，開發(fā)出更有價值的航空儀表產(chǎn)品?？傊?，通過新材料的研究和應(yīng)用使航天儀表的使用壽命更長、使用效益更高是未來航空儀表發(fā)展的方向[5]。

3 結(jié)語

時代在不斷向前發(fā)展，科技、信息技術(shù)、航空航天技術(shù)等都在不斷向前發(fā)展，航空儀表作為航空航天業(yè)發(fā)展的一部分，其發(fā)展應(yīng)該與時俱進。特別是在現(xiàn)代科技、信息技術(shù)等的支持下，航空儀表的發(fā)展有很多機遇，其發(fā)展也能帶動很多行業(yè)的發(fā)展。而且航空儀表發(fā)展一旦滯后，會影響航空航天業(yè)的發(fā)展，會給民航、空戰(zhàn)等帶來諸多問題。因此，努力發(fā)展我國航空儀表制造業(yè)，做好航空儀表科研，是推進我國綜合實力發(fā)展的正確路徑，也是提高我國航天航空業(yè)發(fā)展的必由之路。

參考文獻

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