飞机驾驶舱泛光照明的设计分(fēn)析

飞机驾驶舱泛光照明用(yòng)于照明仪表板、左右控制台和中央控制台。合理(lǐ)的驾驶舱泛光照明可(kě)以保证飞行员快速、清晰、不易疲劳。否则，判断和操作错误会增加，即人為(wèi)错误率会增加。根据國(guó)外飞行事故统计分(fēn)析，人為(wèi)错误造成的事故占所有(yǒu)事故的40%，直升机占70%。驾驶舱泛光照明不合理(lǐ)，视觉疲劳是人為(wèi)错误的直接原因之一。

验证设计的合理(lǐ)性。验证设计的合理(lǐ)性。

1.驾驶舱照明相关标准

现行民(mín)用(yòng)飞机驾驶舱照明标准大致分(fēn)為(wèi)适航规则和行业标准。适航规则CCAR － 25 该部门只对驾驶舱照明提出了定性要求，但尚未提出定量要求。现有(yǒu)的國(guó)家军事标准和航空工业标准大多(duō)制定在20世纪80年代和90年代，照明技术参数不能(néng)完全满足现代民(mín)用(yòng)飞机的需求。最具代表性的外國(guó)标准是美國(guó)的军事标准和SAE标准，这些标准大多(duō)是2000 多(duō)年后，能(néng)更好地體(tǐ)现现代照明技术的水平，可(kě)作為(wèi)泛光照明的设计输入。

通过对比研究相关标准，依据SAE －ARP4103和SAE － ARP1161，给出驾驶舱泛光照明的定量设计要求，详见表1。

表1 泛光照明设计要求

2、led 泛光照明的优点

如节能(néng)、寿命長(cháng)、稳定性好、抗震性好等。如节能(néng)、寿命長(cháng)、稳定性和抗震性好等。

LED 利用(yòng)PN 结中少子与多(duō)子的结合实现发光，发光波長(cháng)对应PN 结的禁带宽度。LED 照明光源具有(yǒu)體(tǐ)积小(xiǎo)、可(kě)靠性高、启动冷、亮度可(kě)调性好、低压直流工作安全等优点。LED它属于一次光源。在发光过程中，電(diàn)能(néng)直接变成光能(néng)。在与普通白炽灯保持相同亮度的情况下，其功耗仅為(wèi)后者的十分(fēn)之一。LED 是固态光源，无活动部件和易损部件（ 如灯丝等） ，良好的抗振动性能(néng)。LED一般寿命可(kě)达2万~1万 与荧光灯相比，小(xiǎo)时遠(yuǎn)高于白炽灯，响应速度快。LED不含有(yǒu)害人體(tǐ)健康的汞，是无污染光源。

利用(yòng)LED光源提高照明系统性能(néng)是飞机照明技术的发展方向。LED 的可(kě)靠性高（ 國(guó)外供应商(shāng)提供的泛光灯MTBF 值可(kě)达50000小(xiǎo)时) ，因此，可(kě)以大大降低飞机照明系统的故障率，降低飞机的维护成本。

3、LED泛光照明的设计分(fēn)析

3. 1 光色分(fēn)析

纵观飞机驾驶舱照明的发展，常用(yòng)的有(yǒu)红光、白光、蓝白光、夜视绿等4种 种光色。GJB455-88认為(wèi)驾驶舱照明可(kě)以选择红光、白光和蓝白光，并规定其色度坐(zuò)标范围。SAE ARP1048和SAE AS264只提到红光和白光，只要求红光波長(cháng)600nm 以上。MIL－DTL－7788H要求四种光色均匀。

灯光颜色的选择主要基于不同的视觉需求，即根据不同飞机的飞行任務(wù)需求和总體(tǐ)要求选择合适的灯光颜色。一般来说，对于民(mín)用(yòng)飞机来说，飞机航程長(cháng)，飞行时间長(cháng)，非常强调為(wèi)飞行员创造良好舒适的工作条件和环境。由于飞行员長(cháng)时间工作精细，很(hěn)容易造成视觉疲劳，所以白色照明更适合中遠(yuǎn)程民(mín)用(yòng)飞机的驾驶舱照明。飞行任務(wù)要求飞行员保持最佳的外部视力，即中低空飞行，需要频繁更换观察舱内外飞行时间短的飞机，驾驶舱更适合红光照明。对于飞行任務(wù)，我们不仅要區(qū)分(fēn)颜色差异，还要粗略观察目标细节，选择红白光之间的蓝白光更合适。

3. 2 供電(diàn)分(fēn)析

LED使用(yòng)低压直流電(diàn)源（ 電(diàn)流） 因此，在使用(yòng)控制LED 照明时，对飞机電(diàn)源系统也提出了更高的要求。据调查，國(guó)内外军用(yòng)民(mín)用(yòng)飞机采用(yòng)的電(diàn)源系统主要有(yǒu)115台 /200V 400Hz115/2000恒频交流V变频交流、28V低压直流和28V 直流和115/200V由变频交流组成的混合電(diàn)源系统等。前两种電(diàn)源系统不提供低压直流電(diàn)源，若使用(yòng)LED灯，每个LED灯必须配备電(diàn)源箱，这将增加照明系统的重量，降低系统的可(kě)靠性。后两个電(diàn)源系统直接提供28个V 更适合直流電(diàn)源LED 使用(yòng)光源。

3. 3 布置分(fēn)析

布局分(fēn)析是根据驾驶舱的整體(tǐ)布局和各系统的照明需求来确定泛光灯的安装位置，使安装设计既能(néng)满足各系统的整體(tǐ)输入需求，又(yòu)能(néng)满足相关标准的要求。驾驶舱空间有(yǒu)限，设备布局非常紧凑。

泛光灯的布置不仅要让飞行员看得清各操纵面板，还要尽量避免眩光，做到光線(xiàn)柔和，提供一个舒适的光环境。

1 驾驶舱照明布局典型

现代民(mín)用(yòng)飞机驾驶舱灯具的典型布置如1所示。仪表板泛光灯布置在遮阳板下表面，侧操作台泛光灯布置在侧操作台上方窗户下边缘，中央操作台泛光灯布置在顶部控制板上。

3. 4 调光控制分(fēn)析

3. 4. 1 PWM调光

LED 当驱动電(diàn)流在一定范围内变化时，光特性通常被描述為(wèi)電(diàn)流函数，而不是電(diàn)压函数，LED光通量随着驱动電(diàn)流的增加而不是線(xiàn)性增加（ 如2 所示） ，因此采用(yòng)恒流源驱动可(kě)以更好地控制LED亮度。

2 光通量与驱动電(diàn)流的关系曲線(xiàn)

LED它可(kě)以实现快速开关，开关速度可(kě)以高达微秒(miǎo)，这是任何发光器件都无法比拟的。因此，恒流源用(yòng)于改变LED切断时间的方法可(kě)以改变其亮度（ 当電(diàn)流恒定时，LED亮度与导通时间成正比) ，即脉宽调制（PWM）调光法。

PWM调光的本质是通过的PWM 信号控制LED在一定的固定频率下，通过调整脉冲的比例来改变LED开关时间。在整个工作过程中LED 電(diàn)流值要么為(wèi)零，要么為(wèi)恒定值。由于利用(yòng)人眼的视觉暂留效应，达到一定频率后，人眼对准LED亮度感是连续稳定的光。

PWM与传统串联電(diàn)阻降压调光相比，调光具有(yǒu)以下优点：

a） 保证调光过程颜色的一致性： 改变LED的電(diàn)流会使LED的PN结温度发生变化，导致发射光谱的功率分(fēn)布发生变化，进而导致发光颜色发生变化。PWM调光只改变電(diàn)流脉宽调节LED 亮度，電(diàn)流值在通電(diàn)时间内保持不变，因此PWM调光可(kě)保证调光过程中颜色的一致性；

b） 降低功耗： 在黑暗状态下，電(diàn)压调光電(diàn)路的大部分(fēn)功率消散在電(diàn)位器和其他(tā)電(diàn)阻设备上，并使用(yòng)PWM调光可(kě)避免此类功耗，从而有(yǒu)效降低功耗；

c） 总線(xiàn)控制技术易于实现。

3. 4. 2 LED泛光照明的调光设计

民(mín)用(yòng)飞机对泛光照明的调光采用(yòng)分(fēn)區(qū)调光的控制方法。泛光照明分(fēn)為(wèi)五个照明區(qū)： 包括仪表板左侧泛光照明、仪表板右侧泛光照明、左控制台泛光照明、右控制台泛光照明和中央控制台泛光照明。相应设置5个區(qū)域调光旋钮，每个调光旋钮100%连续调节區(qū)域泛光照明。

為(wèi)更好地保证光色均匀性和调光一致性，LED采用(yòng)泛光照明PWM 调光方法，通过调光控制箱实现。泛光照明作為(wèi)主照明的备用(yòng)光源，由于安全余额，模拟调光信号直接传输到调光控制箱。调光控制箱通过硬線(xiàn)输出PWM信号给各區(qū)域的泛光灯，如3 所示。

3 LED 泛光照明调光架构

当飞机遇到雷雨时，泛光照明可(kě)以通过雷雨开关STORM统一控制。调光控制盒直接接收雷雨开关的模拟信号，并根据接收到的信号调整输出，使驾驶舱内所有(yǒu)的泛光照明处于最亮状态。