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除了黑匣子,你还知道哪些航空电子系统知识?

Trista 芯师爷 2022-09-21

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近两日,东航客机坠毁事故牵动亿万人心。目前,失事飞机的一部黑匣子已找到并被送往北京修复译码,搜救人员正在加紧搜寻第二个黑匣子。


我们都知道,每当有空难发生,事故调查组最重要的任务之一就是找到飞机上的“黑匣子”。这个长度半米左右小盒子里保存着飞机失事前最后的信息,是判断事故原因最直接的证据。


那除了黑匣子,你还知道哪些航空电子系统知识?


什么是航空电子系统


航空电子系统,指的是在飞机、卫星和航天器上执行特定功能的所有电子设备和系统。一个最基本的航空电子系统由通信、导航和显示管理等多个系统构成。航空电子设备种类众多,针对不同用途,这些设备从最简单的警用直升机上的探照灯到复杂如空中预警平台无所不包。


现代航空电子系统起源于二战时期


以当今所有飞机都装备了的自动驾驶系统为例,该系统正是二战时期研发的,其目的是为了帮助当时的轰炸机能在高海拔地区稳定飞行,从而能精确击中目标。此外,还有雷达,也是那个时代发明的电子设备。


图为一架喷火式战斗机驾驶舱中的模拟刻度盘和仪表,该战斗机是英国皇家空军和盟国在第二次世界大战期间所使用的。图源:Spit 'n Bailing Wire博客

二战后,航空电子系统的发展还是继续依赖于军方,军方将相当一大部的开支分配给了航空电子。当然,除了国防领域新技术的推动,民用航空也开始在飞机控制系统等方面投入了越来越多的研发预算。
到了20世纪下半叶,电子行业取得了非常重要的突破,这反过来对快速发展的航空电子产生了重大影响。虽然新技术的发展通常是为了促进军用航空的发展,但它们很快也进入了民用和商业航空领域。
此外,随着廉价航空公司的出现,越来越多的民众开始选择飞机出行,增加了空中交通流量,导致航空空域资源更加紧张。因此,急需更复杂的管控方法来确保飞机和乘客的安全。


驾驶舱,是航空电子设备的集中地


驾驶舱的航空电子系统涵盖了控制、监测、通信、导航、气象和防撞系统等:


图源:Pixabay


1

自动控制


自动飞行控制系统减轻了飞行员的工作量,特别是在诸如着陆或悬停等关键时刻,能帮助避免致命的人为错误

2

监测


负责检查关键的传感器数据,以多种方式确定高度和方位,供飞行员随时监测飞行参数,从而保证飞机在严苛的环境里也能安全飞行

3

通信


通信系统分为机内通话、无线电通信系统和飞机事故调查设备三部分。比如我们平时坐飞机,总能听到飞机向旅客广播安全等话语,这就是通信系统实现的。如果不幸发生意外,后续也将通过通信系统记录的信号来进行事故原因的调查

4

导航


导航是确定飞机在地面或上空的位置和航向,并引导飞机按预定航线飞行。导航系统可自动计算位置,并在移动地图显示器上展示给飞行人员。

5

防撞系统


用来增强空中交通管制,可以检测出附近的其他飞机,并提供防止空中相撞的指令。飞机上安装了诸如近地警告系统(GPWS),这种系统通常含有一个雷达测高计,从而防止飞机和地面相撞

6

气象系统


如气象雷达和闪电探测器,对于夜间飞行或者在飞行员无法看到前方的气象条件时至关重要。可帮助飞行员绕过暴雨或闪电等强烈对流和湍流区域

7

飞机管理系统


是飞机上最重要的人机交互接口,如今趋势是对安装在飞机上的多种复杂系统进行集中控制,包括发动机监测和管理。这种控制电子设备不仅必须高度可靠,而且还必须能够承受喷气发动机附近常见的高温和其他恶劣环境


航空电子系统,有哪些半导体企业加持


半导体在航空电子设备中的应用范围广阔,如数据处理单元、计算机、数据显示系统和飞机引导控制组件。根据Technavio的报告,预计 2020 年至 2025 年,军工和航空业的半导体市场份额将增加38.9亿美元,实现约 10.17%的复合增长率,其背后的主要原因是飞机不断现代化和升级换代的推动下,航空电子系统半导体需求不断攀升。
随着第三代半导体材料氮化镓 (GaN) 产业的迅速发展,氮化镓 (GaN) 也将成为航空业半导体市场发展的新动力。相比硅材料,氮化镓氮化镓具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更大的电子饱和度以及更高的抗辐射能力,基于这些优势,氮化镓 (GaN)在各个领域越来越受欢迎。
目前,航空业的主要半导体供应商有英飞凌科技、微芯科技、美光科技、SEMICOA、安森美半导体、先科电子、德州仪器、赛灵思等。


航空电子系统的严苛标准


在早期,整个电子行业有一个分支专门为航空/军事工业设计和制造电子元件,而现在的航空电子系统主要依赖于商用现货(COTS)电子元器件,这些大部分都是为包括消费品在内的所有行业设计的主流产品,但航空业在这些领域的控制权又有限,而且航空电子设备会受到恶劣条件的影响,如高空大气辐射,或超出半导体器件规定范围的温度,尽管如此,航空电子产品在使用寿命内也必须要可靠且安全地运行。
对此,IEC/TC107制定了相关工艺管理标准(IEC/TC107,即国际电工委员会航空电子过程管理技术委员会,是航空电子领域重要的国际标准化技术组织,致力于航空电子领域用系统和设备过程管理标准制定)。比如,IEC/TC107制定了“无铅控制计划”,以此来限制或消除大多数电子设备中会使用的含铅物质,帮助制造商检查他们所用元器件的可靠性。IEC/TC107还为航空电子系统提供了元器件检测指导,避免假冒伪劣电子元器件风险。
此外,还有针对半导体设备的IEC/TC 47、针对电子显示设备的IEC/TC 110等,均为航空电子系统中使用的部件制定了国际标准。IEC 电子元器件质量评定体系——IECQ,更是专门为航空电子设备设计了航空电子设备方案,评估航空航天设备制造商和相关组织的流程是否符合标准。
我们还是相信,中国航空是安全的,也相信创造过世界安全纪录的中国航空,在未来一定再次打破自己曾经的纪录。


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