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1、飞机座舱驾驶仪表训练系统设计【摘要】驾驶舱仪表训练系统主要是为满足航空设备教学实训要求而设计的，主要演示飞机的飞行的姿态（纵向、升降、倾向、俯仰、横滚和航向） 以及飞行过程中各种仪器仪表的变化，对飞机的飞行原理以及驾驶技术有一定的了解。通过模拟飞行仪表和发动机仪表的工作条件使之和真实飞机仪表一样，实现飞行数据的指示。该系统的所有仪表一律采用真实仪表，并且该系统仪表与真实飞机仪表一样，成T字排布。关键词： 三自由度陀螺 基准线 地垂线 水平修正器 方位修正器 俯仰角 倾斜角 稳定性 进动性 章动 定轴性 磁航向 大圆圈航向 真空膜盒 开口膜盒 指示空速 真空速 地磁感应元件 陀螺力矩 牵连角速度
2、Abstract: Cockpit instrumentation training system is mainly practical training to meet the requirements of teaching aviation equipment designed primarily to demonstrate the aircrafts flight attitude (vertical, movements, tendencies, pitch, roll and heading), and the flight of various instrumentation
3、 changes, so that aircraft flight principle and driving skills have a certain understanding. By simulating the flight instruments and engine instruments and working conditions to make it as real aircraft instruments to achieve flight data instructions. All the instruments of the system be used real
4、instruments, and that the real aircraft instrumentation and instrumentation systems, like into a T-row cloth. Keywords: 3-DOF gyroscope, baselines, to vertical, horizontal modifiers,location modifiers, pitch angle, tilt angle, stability, precession nature of nutation, will be axial, magnetic heading
5、, a big circle course, vacuummembrane box, open film boxes, instructions airspeed, vacuum-speed, magnetic sensing element, gyro torque, angular velocity implicated目录1 飞机座舱仪表概述11.1 飞行仪表简史11.2 飞行仪表发展1 组成及工作原理2.系统组成22.1.1 仪表部分22.1.2 模拟部分22.1.3 控制部分22.2 工作原理23 航向仪表33.1航向仪表的功用33.2 航向仪表的组成33.3单相地磁感应元件的测量原
6、理33.4 三相地磁感应元件的测量原理44 转弯侧滑指示器64.1转弯侧滑指示器的功能64.2 转弯侧滑指示器的组成64.3转弯仪工作原理64.4 侧滑仪原理85 发动机转速表95.1 发动机转速表的功能95.2发动机转速表的组成95.3发动机转速表的工作原理106 座舱高度压差表116.1 座舱高度压差表的功能116.2 座舱高度压差表的组成116.3 座舱高度压差表的工作原理127 操作步骤及方法：128 主要技术规格148.1 外型尺寸148.2 使用环境要求14结 束 语15谢 辞16文 献171 飞机座舱仪表概述1.1 飞行仪表简史飞行器仪表的发展与飞行器的发展密切相关。早期飞机上没
7、有专门设计的仪表。莱特兄弟首次飞行时，飞机上只有一块秒表、一个风速计和一个转速表。早期装在飞机上的还有其他一些地面用的简陋仪表，如指示高度用的真空膜盒式气压计、指示航向用的航空仪表。指示飞机姿态用的气泡式水平仪。1909年，法国飞行员L.布莱里奥第一次驾机飞越英吉利海峡时，机上仍没有任何专门的飞机仪表。那时人们主要靠肉眼观察，在能见度许可的情况下飞行。1.2 飞行仪表发展1916年英国皇家空军的S.E. 5型飞机的仪表板上已装有3种较为可靠的飞行仪表及4种发动机仪表。1927年，美国飞行员C.A.林白驾机飞越大西洋，除上述主要仪表外，他的飞机还装备了罗盘、倾侧和俯仰角指示器、转弯倾斜仪和时钟。
8、1929年9月,美国飞机驾驶员J.H.杜立特凭借仪表和无线电导航设备安全完成首次盲目飞行,即仪表飞行,开创了仪表发展的新阶段。从30年代开始，一些国家相继规定飞机上必须配备能完成盲目飞行的一定数量的基本仪表，其中包括空速表、高度表、陀螺地平仪、航向陀螺仪、升降速度表和转弯倾斜仪。随着大型、多发动机、高速飞机的机载系统逐渐增多，仪表需求量也日益增长。3050年代，飞机仪表有了很大的发展，出现了远读仪表、伺服仪表等新式仪表。这一时期最重大的进展是出现了各种机电型综合仪表，最有代表性的是指引地平仪、航道罗盘、大气数据计算机。6070年代电子技术、尤其是包括微处理机在内的微电子技术的发展以及彩色阴极射
9、线管和其他新型电光元件(液晶显示器、发光二极管等)的相继问世，为仪表数字化、小型化、综合化和智能化提供了条件。数字式大气数据计算机、捷联式惯性导航系统等带微型计算机的数字测量系统和以平视显示器为代表的电子综合显示仪的出现，标志着飞行器仪表进入一个新的发展阶段。 组成及工作原理.系统组成根据培训设备的要求，可将整个系统分为飞机仪表部分、模拟部分和控制部分，主要实现对飞机仪表工作条件的模拟，各个仪表的工作条件相对独立。2.1.1 仪表部分该系统所有仪表分可为两大类（飞行仪表和发动机仪表）：（1）飞行仪表：陀螺方向仪；姿态显示仪（地平仪）；空速表；转弯倾斜指示器；高度表；爬升率指示器（垂直速度计）；
10、领航时钟。（2）发动机仪表：发动机转速表；进气压力表；三用表；座舱压差指示器。2.1.2 模拟部分由于各个仪表相对独立，所需驱动信号各不相同，故所需的驱动设备也各不相同。飞行仪表的驱动设备有：三相36V交流电源、直流28V电源、真空泵、角度传感器、真空压力调节器、变频器、压力传感器。发动机仪表的驱动设备有：转速发生器、滑油温度传感器、滑油压力传感器、燃油压力传感器、全压静压系统、可变压力源及调节装置等。与仪表连接的所有信号线和管路都从一块板上经过，并且在信号线和管路旁边标明该信号名称、大小、方向和要驱动的仪表名称，使学生能够一目了然，知道该仪表的工作原理。2.1.3 控制部分控制部分的主要功能
11、主要用来实现控制各个信号的大小，使仪表指针发生偏转。控制部分统一做在走线路和管路的板子上面。两个摇杆分别用来控制仪表板的上下翻转和左右翻转，以实现地平表的俯仰和倾斜指示；四个压力控制阀来控制气压信号的大小、以实现气压驱动仪表的偏转。2.2 工作原理该系统的主要原理是：通过分析各个仪表工作时所需的信号（如工作电压范围或工作所需压力大小），然后对其进行模拟，并加到仪表上，满足其工作的条件即可。该系统的主要原理是：通过分析各个仪表工作的条件（如工作电压范围或工作所需压力大小），然后对其进行模拟，并加到仪表上，使其正常工作并指示准确数值。为了操作简便，部分仪表可改装成直流或交流电压驱动式仪表，由电位计
12、控制其输入。（如图2-1）控制阀模拟信号仪表气压信号仪表信号源（模拟信号和气压信号）控制阀图2-1 信号流程3 航向仪表3.1航向仪表的功用用来指示飞机的磁航向。飞机的航向是指飞机机头的方向，航向角的大小用飞机纵轴的水平投影线与地平面上某一基准线之间的夹角来度量，同时规定从基准线的正方向按顺时针至定位线的角度为正航向角。根据基准线不同，航向分为磁航向、真航向、罗航向、大圆航向和陀螺航向。在此我们只研究磁航向。磁航向指磁子午线（即地理磁经线）与飞机纵轴在水平面上的夹角为磁航向角。3.2 航向仪表的组成地磁感应元件、指示器。3.3单相地磁感应元件的测量原理单相地磁感应元件是利用电磁感应原理，测量镍
13、铁合金棒磁通变化所产生的感应电动势来表示磁航向的。常用的单相地磁感应元件由两根并排的镍铁合金棒、一组测量测量线圈和一组磁化线圈组成，如图4-1（a）所示：图4-1（a） 单相地磁感应元件原理磁化线圈共两个，分别绕在两根合金棒上，互相串联，通以交流电；测量线圈产生感应电动势。下面首先研究感应电动势是怎样产生的，然后分析感应电动势与航向的关系。从表面上看来，感应电动势似乎是测量线圈受到磁化线圈的交流磁通的感应作用而产生的，实际上不是这样。由于两个磁化线圈的圈数相等，通电后产生的交变磁通的方向相反，因此两个磁化线圈的交变磁通在测量线圈处抵消，不使测量线圈产生感应电动势。交变磁通的作用是使合金棒的导磁
14、系数周期地变化（磁通小时，导磁系数大；磁通大时，导磁系数小，导磁系数变化频率等于磁通变化频率的二倍），从而使合金棒的磁阻周期地变化。随着磁阻的变化，地磁水平分量在合金棒中产生的磁通也相应地变化。这样，便使测量线圈产生感应电动势。在导磁系数周期变化的情况下，磁通的变化量，也与航向的余弦成正比，从而使感应电动势按航向的余弦规律变化。图4-1（b） 三相地磁感应元件利用单相地磁感应元件测量航向的缺点是；当它处在相对磁子午线对称的两个位置时，测量线圈产生的感应电动势的大小相等、相位相同，单相地磁感应元件无法区别这些对称位置，所以它不便于单独用来测量航向。3.4 三相地磁感应元件的测量原理三相地磁感应元
15、件由三个单相地磁感应元件组成，形状为等边三角形。它测量航向的原理与单相地磁感应元件基本相同，但克服了单相地磁感应元件的缺点，如图4-1（b）所示：三相地磁感应元件的三组磁化线圈相互串联，三组测量线圈成三角形连接。由于各组线圈的中心线与地磁场水平分量的夹角不同，因此，各组测量线圈产生的感应电动势的大小不同。三个感应电动势数值之间有一定的比例关系，它们的相位则依次相差，航向改变时，三个感应电动势的大小随之改变，他们之间的比例关系也发生变化，但它们的相位关系仍保持依次相差。三相地磁感应元件与感应式同位器的定子绕组相连，如图4-1（c）所示：图4-1（c） 三相地磁感应元件连线图在三个感应电动势的共同作用下，定子绕组中有电流通过，产生交变的合成磁场，合成磁场的方向取决于飞机的航向。当航向为时，电动势为零，电动势与大小相等，电流自1、2两接点流出，经定子绕组到3接点构成回路，或由3接点流出，至1、2接点构成回路。于是在定子绕组内产生一个变化的合成磁场，其方向与第绕组的中心线重合。所以地磁感应元件1接点的点位与定子绕组中心接点的点位相等，定子绕组的第线组中无电流，电流自3接点
