于海龍

摘 要：一直以來(lái)航空航天都是綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)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(gè)國(guó)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(guò)，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(jī)，為祖國(guó)航空航天事業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造更多機(jī)會(huì)。

關(guān)鍵詞：航空儀表;發(fā)展研究;發(fā)展趨向

中圖分類(lèi)號(hào)：TH89 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）10-0126-02

0引言

航空儀表是飛機(jī)飛行中的“感官系統(tǒng)”，在飛行時(shí)負(fù)責(zé)檢測(cè)飛機(jī)飛行的高度、天氣情況、發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)等，以便飛行員隨時(shí)掌握飛機(jī)飛行的狀態(tài)，做出正確的操作選擇，確保飛機(jī)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(huì)帶來(lái)巨大災(zāi)難，因此，研究航空儀表的發(fā)展，探索其在飛機(jī)飛行中的價(jià)值非常有必要[1]。

1 航空儀表的發(fā)展研究

1.1機(jī)械儀表階段

最早的儀表誕生在1852年，當(dāng)時(shí)第一個(gè)框架式螺旋儀器誕生，為各類(lèi)儀表的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。進(jìn)入20世紀(jì)后，儀表開(kāi)始應(yīng)用于飛機(jī)、輪船，這是航空儀表最早的存在。因?yàn)檫@一時(shí)期航空儀表的制造和應(yīng)用主要以機(jī)械相關(guān)知識(shí)和原理為基礎(chǔ)，所以也被稱(chēng)為機(jī)械儀表階段。

上世紀(jì)20年代，航空儀表開(kāi)始發(fā)展，這一時(shí)期航空儀表的最大特點(diǎn)就是“簡(jiǎn)陋”，飛機(jī)上風(fēng)速計(jì)、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(diǎn)，但人們對(duì)于航天事業(yè)的熱愛(ài)使人們對(duì)于航空儀表的研發(fā)非常熱衷，這一時(shí)期航空儀表也有一些優(yōu)勢(shì)，一方面，航空儀表的誕生標(biāo)志著航天的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的階段，為之后航空、航天的發(fā)展制造了機(jī)會(huì)，使人在研究航空問(wèn)題中有了更新穎、更大膽的想法。另一方面，這一時(shí)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(lái)了機(jī)遇，只用了十年，航空儀表的研發(fā)和利用就進(jìn)入了一個(gè)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(jìn)入電氣儀表時(shí)代，受戰(zhàn)爭(zhēng)影響，飛機(jī)加入戰(zhàn)爭(zhēng)需要更為精準(zhǔn)的儀器，使飛行員在飛行過(guò)程中掌握方向、高度等，以方便投彈、隱藏等。因此，這一時(shí)期航空儀表的發(fā)展非常迅速，飛機(jī)能夠在云中和夜晚進(jìn)行飛行。但這一時(shí)期，航空儀表仍然依靠人眼觀(guān)測(cè)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(shí)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(guān)測(cè)和判斷。由于同為一個(gè)儀器的傳感器和指示器不在同一處的特點(diǎn)，這一時(shí)期的航空儀表也被稱(chēng)為遠(yuǎn)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(shí)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(yuǎn)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(shí)期機(jī)械制造也發(fā)展迅速，很多新型材料及儀表制作工藝問(wèn)世，對(duì)航空儀表的發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。加之受戰(zhàn)爭(zhēng)影響，飛機(jī)在戰(zhàn)爭(zhēng)中的用途越來(lái)越廣，作用越來(lái)越大，與飛機(jī)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(jī)航行提供了可靠的技術(shù)保障。同時(shí)，儀表的“泛濫”也使飛機(jī)所載航空儀表的質(zhì)量大增，不僅影響到飛行員對(duì)飛機(jī)的操控水平，還影響到飛機(jī)的速度、飛行的安全性等[3]。

1.3機(jī)電式伺服儀表階段

上世紀(jì)40年代末，進(jìn)入機(jī)電式伺服儀器時(shí)代，航空儀表采用了綜合化和自動(dòng)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(gè)新臺(tái)階。同時(shí)，航空儀表的種類(lèi)還在增加，如溫度控制儀表、監(jiān)控報(bào)警儀器等，致使飛機(jī)的儀器載重進(jìn)一步超標(biāo)。飛行員觀(guān)測(cè)儀表的時(shí)間被迫縮短，根據(jù)儀表信息判斷飛行操作的時(shí)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(guò)程中很容易出錯(cuò)。上世紀(jì)50年代中到60年代末，在機(jī)電式伺服儀器發(fā)展的基礎(chǔ)上，航空儀表的綜合性更強(qiáng)，也有研究者將這一時(shí)期航空儀表的發(fā)展稱(chēng)為“綜合儀表”時(shí)期，儀表的類(lèi)型進(jìn)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(guān)測(cè)儀表的時(shí)間增加，使其對(duì)儀表的判斷更準(zhǔn)確，進(jìn)而對(duì)于信息的分析更正確，促進(jìn)了飛機(jī)駕駛的安全性和穩(wěn)定性。

這一時(shí)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(shí)期航空儀表的載重已成為飛機(jī)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(wèn)題。

機(jī)電式伺服儀表的發(fā)展離不開(kāi)航空航天行業(yè)的發(fā)展和推動(dòng)，因飛機(jī)性能提高，飛機(jī)的飛行速度和發(fā)動(dòng)機(jī)性能都有很大提升，從而引起航空領(lǐng)域?qū)︼w機(jī)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(shí)期，航空儀表的綜合化和自動(dòng)化逐漸將人“眼”從儀表觀(guān)測(cè)中解放出來(lái)，使駕駛員有更大的精力操控飛機(jī)，提高了飛機(jī)飛行的安全性。電子導(dǎo)航、制造工藝等的進(jìn)一步發(fā)展，也推動(dòng)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(jìn)入電子儀表時(shí)代，電子化綜合儀表實(shí)現(xiàn)了人機(jī)“對(duì)話(huà)”，飛行員根據(jù)人機(jī)“對(duì)話(huà)”操作飛機(jī)變得簡(jiǎn)單了許多。這一時(shí)期，航空儀表的特點(diǎn)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(jī)的載重，使航空業(yè)得到了飛速發(fā)展。第二，航空儀表種類(lèi)多，對(duì)飛機(jī)的飛行檢測(cè)、發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)等都很全面，儀表的相互補(bǔ)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(jī)駕駛更安全。第三，電子綜合顯示儀表對(duì)于各類(lèi)信息的顯示更直觀(guān)，加之系統(tǒng)對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)的快速、準(zhǔn)確處理，飛行員與儀表進(jìn)行“對(duì)話(huà)”，有效提高了飛機(jī)的駕駛水平，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)操作的穩(wěn)定、安全、可靠和智能。

進(jìn)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(jìn)一步發(fā)展。同時(shí)，為了滿(mǎn)足飛機(jī)的不同飛行要求，飛機(jī)上又配備了不少儀器，使駕駛員能夠全面地、直觀(guān)地、準(zhǔn)確地了解飛機(jī)的整體情況，通過(guò)各種儀表得到的數(shù)據(jù)為飛機(jī)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(jī)檢修時(shí)，通過(guò)對(duì)航空儀表記錄數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來(lái)的可能問(wèn)題進(jìn)行排查，能夠更快、更早地掌握飛機(jī)的安全隱患，確保飛機(jī)的安全、穩(wěn)定飛行。

2 航空儀表的發(fā)展趨勢(shì)

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(guò)程中，影響其發(fā)展的因素是多方面的。第一，飛機(jī)使用價(jià)值的開(kāi)發(fā)促進(jìn)了航空儀表的發(fā)展。例如上世紀(jì)30年代，由于戰(zhàn)爭(zhēng)需要，航空儀表從簡(jiǎn)單、靈敏度低的機(jī)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(jī)械制造水平、工藝的發(fā)展影響很大，同時(shí)受新材料開(kāi)發(fā)的影響。例如，上世紀(jì)30年代機(jī)械制造業(yè)、新材料制造業(yè)的迅速發(fā)展極大地推進(jìn)了航空儀表的發(fā)展，很多機(jī)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(shí)，機(jī)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(jī)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(jìn)了航空儀表的發(fā)展。在航空儀表進(jìn)入綜合化、自動(dòng)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(lái)了巨大契機(jī)，航空儀表逐漸向智能化方向發(fā)展，屆時(shí)人機(jī)“交流”更加通暢，飛機(jī)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?yàn)楹娇帐聵I(yè)的發(fā)展提供更大助力[4]。

2.2航空儀表的發(fā)展趨勢(shì)

航空儀表可分為飛行儀表、導(dǎo)航儀表、發(fā)動(dòng)機(jī)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(lèi)的界限會(huì)越來(lái)越模糊，航空儀表的功能會(huì)更加綜合化、智能化。同時(shí)，結(jié)合航空儀表以往的發(fā)展，其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)必將圍繞以下幾點(diǎn)進(jìn)行。第一，觀(guān)測(cè)儀表的方便性、準(zhǔn)確性。最初的機(jī)械儀表、電氣儀表要通過(guò)人眼直接觀(guān)測(cè)，通過(guò)觀(guān)測(cè)不同的儀表，記憶儀表反饋信息，再通過(guò)大腦對(duì)這些信息進(jìn)行加工，最后飛行員對(duì)飛機(jī)駕駛做出反應(yīng)。這一個(gè)過(guò)程不僅很長(zhǎng)還容易出錯(cuò)。航空儀表發(fā)展進(jìn)入綜合化、自動(dòng)化以后，飛行員可以通過(guò)觀(guān)測(cè)顯示器得到綜合性的信息，再以此為依據(jù)進(jìn)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(jìn)，航空儀表系統(tǒng)對(duì)于數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)和處理更有效率，這就把人眼、人腦很大程度上從儀表觀(guān)測(cè)及分析中解放出來(lái)。而且現(xiàn)代化的航空儀表輸出信息更直觀(guān)，對(duì)于信息的處理更智能化，因此飛機(jī)可以在自動(dòng)駕駛狀態(tài)下安全、平穩(wěn)飛行。由此可見(jiàn)，航空儀表的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該向更加智能化、綜合化的方向發(fā)展，進(jìn)一步把人從飛機(jī)駕駛中解放出來(lái)，同時(shí)也為無(wú)人駕駛機(jī)的發(fā)展開(kāi)辟創(chuàng)新路徑。第二，航空儀表會(huì)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(lái)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(guān)測(cè)中解放出來(lái)時(shí)，航空顯示器的研究得到重視，一方面，通過(guò)觀(guān)測(cè)顯示器可以獲得飛機(jī)的綜合信息，進(jìn)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(guò)字符、圖形、表格等眾多形式表現(xiàn)飛機(jī)的飛行狀況，從而起到了預(yù)防安全風(fēng)險(xiǎn)、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(xiàn)，因此，航空儀表發(fā)展中顯示器的重點(diǎn)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(jìn)行研究。另一方面，航空儀表制造材料的價(jià)格、技術(shù)潛力等也是新材料研發(fā)的方向之一，通過(guò)研究可以降低航空儀表的成本，開(kāi)發(fā)出更有價(jià)值的航空儀表產(chǎn)品。總之，通過(guò)新材料的研究和應(yīng)用使航天儀表的使用壽命更長(zhǎng)、使用效益更高是未來(lái)航空儀表發(fā)展的方向[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

時(shí)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(shí)俱進(jìn)。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(jī)遇，其發(fā)展也能帶動(dòng)很多行業(yè)的發(fā)展。而且航空儀表發(fā)展一旦滯后，會(huì)影響航空航天業(yè)的發(fā)展，會(huì)給民航、空戰(zhàn)等帶來(lái)諸多問(wèn)題。因此，努力發(fā)展我國(guó)航空儀表制造業(yè)，做好航空儀表科研，是推進(jìn)我國(guó)綜合實(shí)力發(fā)展的正確路徑，也是提高我國(guó)航天航空業(yè)發(fā)展的必由之路。

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