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电子飞行仪表系统与大气和惯性基准系统的集成摘要：大气和惯性导航与综合显示系统组合为飞机提供了危害性等级为灾难级的空速、高度、姿态、航向等导航功能。
文章通过对航线及取证中的部分民用飞机航电系统构架的研究，结合相关条款要求和咨询通报建议，简单研究分析了几种典型构架。
关键词：电子飞行仪表系统；大气数据系统；惯性基准系统；比较监控；等效安全考虑到AC25－11A的建议，一般民用飞机的飞机级FHA中均将“驾驶舱所有姿态/空速/气压高度/航向（包括备用仪表）的丧失”及“两侧主姿态、空速（伴随失速或过速告警丧失）、气压高度错误指示”的危害性等级定义为灾难级；将正副驾驶两侧主姿态、空速、气压高度及航向的丧失危害性等级定义为主要或者危险的。
另外，对于采用传统控制系统的飞机，要求姿态数据的显示延迟（包括传感器）不应超过100 ms的一阶系统的等效时间常数。
这就使大气数据和惯性基准系统与综合显示系统之间交联构架的可用性、完整性和延时特性成为航电集成的至关重要的问题。
1 系统简述电子飞行仪表系统（EFIS）一般通过ARINC429和ARINC664总线从飞机大气数据和惯性基准系统接收飞机姿态、航向、空速、高度、温度等飞行和导航数据，并通过一定的计算把相关的飞行和导航信息提供给正、副驾驶，作为两侧主显示。
同时，考虑到两侧关键数据错误指示的危害性，显示系统会对这些关键的数据进行对比监控，并将结果通报给飞行员，以便在非正常状态下，飞行员能够及时知晓并采取相关动作，将危害降到最低。
2 相关条款要求美国联邦航空管理局（FAA）和中国民航当局（CAAC）在其适航规章FAR25和CCAR25部的1303条款“飞行和导航仪表”（b）中均要求“每一驾驶员工作位置处必须安装空速表、高度表（灵敏型）、升降速度表（垂直速度）、带有侧滑指示器（转弯倾斜仪）的陀螺转弯仪、倾斜俯仰指示器（陀螺稳定的）、航向指示器（陀螺稳定的磁罗盘或非磁罗盘）。
其中，按有关营运条例装有在360度俯仰和滚转姿态中均可工作的第三套姿态仪表系统的大型飞机，只需有侧滑指示器”。
飞机的仪表系统飞机的电子仪表系统共分为三部分，飞行控制仪表系统、导航系统和通信系统。
飞机的电子仪表系统是飞机感知和处理外部情况并控制飞行状态的核心，相当于人的大脑及神经系统，对保障飞行安全、改善飞行性能起着关键作用。
（一）飞行控制系统飞行控制系统的基本功能是控制飞机气动操纵面，改变飞机的布局，增加飞机的稳定性、改善操纵品质、优化飞行性能。
其具体功能有：保持飞机姿态和航向；控制空速及飞行轨迹；自动导航和自动着陆。
该系统的作用是减轻飞行员工作负担，做到安全飞行，提高完成任务的效率和经济性。
飞行控制系统一般由传感器、计算机、伺服作动器、控制显示装置、检测装置及能源部分组成。
飞机的控制仪表系统通过提供飞机飞行中的各种信息和数据，使驾驶员及时了解飞行情况，从而对飞机进行控制以顺利完成飞行任务。
早期的飞机飞行又低又慢，只装有温度计和气压计等简单仪表，其他信息主要是靠飞行员的感觉获得。
现在的飞机则装备了大量仪表，并由计算机统一管理，用先进的显示技术直接显示出来，大大方便了驾驶员的工作。
飞行控制仪表包括以下几种类型。
（1）第一类是大气数据仪表，由气压高度表、飞行速度表、气温度表、大气数据计算机等组成；（2）第二类是飞行姿态指引仪表，该系统可提供一套精确的飞机姿态数据如位置、倾斜、航向、速度和加速度等，实现了飞机导航、控制及显示的一体化；（3）第三类是惯性基准系统，主要包括陀螺仪表。
20世纪70年代以前是机械式陀螺，现代客机使用更先进的激光陀螺。
（二）电子综合仪表系统20世纪60年代后，由于计算机的小型化及显像管的广泛应用，飞机飞行仪表产生了革命性变化，新一代电子综合仪表广泛应用。
该仪表系统由两大部分组成，一是电子飞行仪表系统(包括电子水平状态指示器、电子姿态指引仪、符号发生器及方式控制面板、信号仪表选择板等）；一是发动机指示与机组警告系统，可以显示发动机的参数并对其进行自动监控，如出现厂作异常情况则会发出瞥告并记录下故障时的系统参数。
填空选择题库1。
飞行仪表不包括:41。
大气数据仪表 2.航向仪表 3.指引仪表4。
陀螺仪表2.当飞机以恒定的计算空速(CAS）爬升时，真空速（TAS）将（3）:1.保持不变2.减小3。
增大4.先增大后减少3 如果飞行指引计算机失效，PFD上会出现 2A FD指令杆消失B FD指令杆消失，同时红色FD警告旗出现C FD指令杆停在原处D FD指令杆停在原处，同时红色FD警告旗出现4 姿态指引仪中使用的是哪一种陀螺？ 2三自由度方位陀螺.三自由度垂直陀螺.二自由度速率陀螺。
二自由度积分陀螺.5 陀螺力矩的方向是牵连角速度矢量绕转子转动方向转过 190°180°120°60°6 三自由度陀螺仪的两个最基本特性是 3稳定性和章动性进动性和定轴性稳定性和进动性张动性和进动性7 陀螺坐标系的三轴分别指（）。
1自转轴、内框轴和外框轴；自转轴、内框轴和与前两轴所构成的平面相垂直的轴；内框轴、外框轴和与前两轴所构成的平面相垂直的轴；自转轴、外框轴和与前两轴所构成的平面相垂直的轴；8 三自由度陀螺仪稳定性的表现形式是 1章动和定轴性定轴性和进动性进动性和章动定轴性和惯性9 下列关于“静压源误差”的叙述哪个正确？ 2所有类型飞机的SSE都一样,它仅取决于空速；SSE取决于静压口、空速、襟翼及起落架的位置；SSE是静压口有冰造成的；SSE仅与静压口的位置有关。
10 升降速度表除了能测飞机的升降速度之外，还能用来判断 2飞机所受大气压力。
飞机是否平飞。
飞机的稳定性. 飞机的操纵性。
11 如果静压管被完全堵塞，且飞机正在以恒定速度爬升时，将有什么指示？ 2ASI指示减小，高度表指示保持不变，VSI指示爬升；ASI指示减小,高度表指示保持不变，VSI指示为0;ASI指示增加，高度表指示减小，VSI为0。
ASI指示减少,高度表指示减小，爬升.12 对于每个静压系统来说,为什么要有两个静压口？ 2当一个静压口被冰堵塞时,另一个作为备用。
（下册）第5章仪表系统1、飞行仪表位于正、副驾驶员的仪表板上，飞行仪表包括大气数据仪表、航向仪表和指引仪表。
发动机仪表位于中央仪表板上。
2、仪表发展的五个阶段：机械仪表阶段、电气仪表阶段、机电式伺服仪表阶段、综合指示仪表阶段和电子综合显示仪表阶段。
（机电机综电）。
3、EFIS电子飞行仪表系统，EICAS发动机指示和机组警告系统。
4、PFD主飞行显示器，ND导航显示器。
但仍保留了陀螺地平仪、气压式高度表、空速表三块指针式备用仪表。
5．“T”型格式，既上左－空速表、上右－气压高度表、上中－姿态仪、下中－航向仪。
在PFD上，左边是空速带，中间是姿态指示球，右边是气压式高度表，下边是航向带，也构成“T”型格式。
6、标准海平面大气压参数：气压P0=1013hPa(760mmHg或29.921inHg)；气温T0=+15ºC；密度ρ0＝0.125kg/m3。
1、（1）绝对高度：飞机从空中到海平面的垂直距离；（2）相对高度：飞机从空中到某一指定参考平面既机场地面的垂直距离；（3）真实高度：飞机从空中到正下方的地面目标上顶的垂直距离；（4）标准气压高度：飞机从空中到标准海平面（既大气压力等于760mmHg的气压面）的垂直距离。
标准气压高度是国际上通用的高度，飞机在加入航线时使用的高度；（5）机场标高：机场平面到当地海平面之间的几何高度，机场的标高长时间不变的，既机场海拔高度。
8、气压式高度表原理是根据静压与高度对应的关系（1hPa=30ft）；高度表的感受部分是一个真空膜盒。
气压式高度表可以测量飞机的相对高度、绝对高度和标准大气压高度。
利用气压高度表测量标准气压高度时，先转到调整旋钮使指针指示标准气压。
10、例题：飞机从北京飞往广州，其高度表指示的标准气压高度是1000ft，当时广州海平面压力是1003hPa，问飞机的绝对高度是多少？解：1013－1003＝10hPa10×30=300ft1000-300=700ft飞机的绝对高度是700英尺。
航空电子设备(复习)-2020.05.12一．大气数据计算机ADC/ADCS二．惯性导航系统INS三．低高度无线电高度表RA四．飞行管理计算机系统FMCs五．电子仪表系统EIS六．自动飞行控制系统AFCS七．机载气象雷达系统WXR八．二次监视雷达和应答机SSR XPONDER 九．空中交通警戒与防撞系统TCAS十．近地警告系统GPWS十一.跑道感知咨询系统RAAS十二.预测式风切变系统PWS十三.警告系统WS十四.飞行记录系统FDR十五.平视显示器HUD附：1.缩略词2.习题Notes:※重点掌握※了解，不考此内容航空电子系统（AVIONICS）→飞机性能、任务完成逻辑：简述-组成-原理-特点-应用一．大气数据计算机ADC/ADCS1.安装2套-PIC（左侧）F/O（右侧）※故障时，另一侧（转换电门），只针对显示器的显示信息IN-参数:全压、静压、总温、AOA（迎角）（误差修正）--传感器OUT-参数：气压高度、IAS/CAS、VS、M、TAS、SAT（大气静温）对应仪表：高度表、空速表、升降速度表※左ADC-FD、AFCS、FMC、GPWS、FDR2.组成：IN+ADC+OUT各组成部分作用：①IN:大气数据信号→电信号②ADC:处理、计算、静压源误差修正（SSEC）→大气数据参数③OUT:显示参数信息、参数输出到FD、AFCS等设备Detail:2.1 ：ADC-计算、误差修正、故障监控（形式-警告旗，储存故障信息）分类：模拟式、数字式、混合式（过渡）1）：解算模块-机电伺服解算装置/函数凸轮/函数电位计，SSEC模块-AOA、M2）：计算装置-微型计算机（程序-处理并完成IN、计算、OUT，ROM单片机-程序储存器，常数储存器），处理-模拟量、数字量、离散量，输出-数字信号、离散信号，线矩阵-SSEC规律、V mo/M mo规律※3）：过渡eg:B7472.2：IN-大气数据信号转为电信号（传感器）→ADC1）：压力传感器（静压、总压/动压）：①模拟式-波纹管及相关电路，P x和P r关系→静压、全压、动压，压力变化（电容值变化-电桥测量→压力值）②数字式-固态压力传感器及相关电路，压阻式（石英晶体压电效应制整体膜片→应变电阻条→硅压阻芯片）、压容式、压频式2）：总温传感器：流线型支柱-机头-不发生绝热压缩，感温元件-2个同心白金管，感温电阻值（电路转换→电压值）-总温※地面或低速时，引入发动机引气（某些飞机）→负压加速流经感温部件的大气，提高测量精度3）：迎角传感器：2个-机身两侧-ADC使用平均值-减小误差2.3：OUT-输出大气数据参数去向-显示器；FD、AFCS※SSEC-模拟式：SSEC模块-马赫数信号、迎角信号；数字式9非线性校正）：SSEC规律编排成矩阵（改变销钉排列顺序→改变矩阵中元素-适应不同机型）3.数字式ADC特点（简答）①提高可靠性和使用寿命②计算误差小，降低对传感器特性的要求③提高信息的一致性④易于标准化、系列化，大大提高适应性、经济性和易维护性⑤可实现高度综合化，可以向大系统方向发展⑥有冗余度的系统，可靠性很高4.指示仪表早期-分立式，电动仪表VS 现代-电子仪表和MCDU4.1电动式大气仪表（识读）1）：电动马赫/空速表IAS（KIAS）-SSEC-CAS（KCAS）前提：单位-“节”2）：电动高度表-ALT3）：电动升降速度表-VS4）：全温/静温/真空速综合指示器-TAS、SAT、TAT4.2电子显示器1）PFD-空速左气压高速右，升降速度最右-IAS/CAS、ALT、VS2）ND-左上-TAS3）EICAS主显-左上-TAT4）EICAS辅显-性能维护页面顶部-SAT、M、TAT、ALT、IAS/CAS 5）S/SD-底部左下角（ECAM-波音）-TAT、SAT4.3MCDU-TAS、SATALL：※飞行前，接通和ADCS有关电门飞行中，电动指示仪表故障旗不能出现如果两套ADC都失效，使用备用气压高度表和指示空速表无静温表-根据总温表和飞行马赫数手册查表得到静温)-了解(T H=T T1+0.2Ma2二．惯性导航系统INS1.惯性敏感元件:陀螺-导航坐标系、加速度计-速度kt（一次积分）、位移nm（二次积分）2.提供：位移、目前经纬度、航迹、地速（输入TAS→WSWD）、姿态（三个轴-俯仰、横滚、航向）3.特点（简答）：①自主式系统，隐蔽性好，不受外界电磁干扰②AWO全天候工作，空、地、水下③位置、速度、航向和姿态角信息，连续型好，噪声低④速度更新率高、短期精度高、稳定性好⑤积累误差⑥初始对准时间长⑦成本高⑧不能给出时间信息4.计算速度、位置、高度的原理（简答）对N-S加速度、E-W加速度，进行一次积分得到两个速度，再进行矢量合成（大小、方向）得到大圆航迹的地速和航迹，再对速度积分得到位移：除以地球半径→经度改变量→+初始经度→目前经度；除以地球半径与维度余弦的乘积→维度改变量→+初始维度→目前维度。
大气数据仪表大气数据仪表 (1)1.国际标准大气 (2)2.气压式高度表 (3)3.升降速度表 (8)4.空速表 (9)5.马赫数表 (13)6.全静压系统 (13)7.温度及迎角传感器 (15)8.大气数据计算机 (15)1.国际标准大气1.1.大气基本特点构成对流层、平流层、中间层、电离层、散逸层飞机运行高度范围：对流层及平流层底部对流层特点：高度升高，温度和密度逐渐降低，度越高对流层越薄，低纬度对流层大约10-12km，中纬度10km，高纬度8-10km平流层特点：温度恒定，大约为-56.5°C1.2.国际标准大气ISA国际民航组织根据北半球中纬度地区大气平均特点，订出大气状态数值（平均情况，实际天气很少和标准大气相符）标准大气中气压值为29.92inhg的气压面成为标准海平面温度15°C气压高度较低时，高度升高11米，气压大约下降1mmHg用来估算气压式高度表拨正值误差造成的高度误差标准大气高度升高1000m，气温降低6.5°C2.气压式高度表2.1.功能高、高度、高度层之间的关系QFE高度用来测量高，QNH高度用来测高度，QNE高度用来测飞行高度层，只有标准大气情况下测量值与实际值相符（QFE QNE QNH是气压值，QFE高是高度值）低空时主要用QNH高度或QFE高度，用来保证超障余度航线高度时主要用QNE高度保持航空器间足够的垂直间隔因此飞机爬升到航线高度或从航线高度下降到进场高度时需要调基准面测飞机到地面的垂直距离不是气压式高度表的功能（是无线电高度表的）2.2.原理大气压强随高度升高而减小，根据标准大气中压强与高度一一对应的关系，高度表测出压强大小，就可以表示高度的高低，这种高度称为气压高度。
本质上，气压式高度表反映的是所在高度气压与选定基准面气压的压力差，把气压差以高度形式显示出来只有标准大气情况下，气压高度表指示准确，否则有误差气压信息来源：静压孔传统机械式气压高度表依靠真空膜盒（不灵敏，但自主能力强，不需要外界能源，停电也能用，一般小飞机备用气压高度表就是此种），电子式依靠气压传感器（灵敏，但自主能力差）局限性：高度越高，大气压力随高度变化越小（垂直气压梯度小），致使其灵敏度低。
