[原创]从飞豹断电看备份仪表的命运?

从飞豹夜航断电看当今飞机备份仪表的命运?

最近中央媒体报道了2011年12月9日,南海舰队航空兵夜航训练中,一架飞豹突然:舱内主警告灯闪亮,飞行控制系统自动关闭,显示屏黑屏,信号灯熄灭,随后,右发电机停止工作。但飞行员蒋江涛(前舱)、赵明月(后舱),沉着稳定,靠后舱飞行员用手电照着备份仪表,并指挥前舱,飞豹安全着陆,成功化解一次可能发生重大事故的故障隐患。

这里本人注意一个细节“备份仪表”,什么是备份仪表?一个争论已久的问题,重新回到现实,令人深思。

一. 现代电子数控飞机要不要保留老式仪表?

最早在飞机上使用综合数据显示屏(电子屏显)来显示飞行数据的,是民航客机。欧洲的Airbus空客飞机,先于波音采用电子综合显示器,开始是阴极射线管屏幕,后来改为黑白/彩色液晶屏。并率先推出完全电传操纵的A-330和A-340。像波音-747-200型以前一直是传统指针式仪表(机组需要5-6个人),到出现B-747-400型,波音才有真正的玻璃座舱,但仍是传统机械传动操纵(机组2-3人),直到B-777出现,波音才真正实现“电传操纵”(机组2人),但波音公司坚持传统的驾驶盘位置,并不效仿空客左右座飞行员外侧单手握杆,就连B-787“梦幻”客机仍坚持采用,中置双手握驾驶盘。

飞机采用机载电脑和高度效率的信息数据系统,完全实现高技术自动控制,还需要“原始的”指针式仪表吗?两种思想长时间进行博弈。世界各国军用飞机发展也有这样的争论。美国第一代隐身F-117,完全使用老式仪表,历经多场战争,飞遍世界热点地区,安然无事。可到了更高级的F-22和F-35,实现全显,不备一块老式仪表,结果不灵了,接二连三的电子故障把设计者摔怕了,在军方强烈要求下,更改设计增加备份仪表势在必行。

我国三代机座舱如何?由于是机密不得而知。但本人手中有一些照片,可以参考,歼-10飞机座舱仪表板由“一平三显”组成,并在中下仪表板保留有11块老式仪表做备份。


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1-01 上图为空军航空博物馆展出的歼-10座舱示意图(实拍于2009年11月19日),我们可以清楚看见驾驶杆前下方仪表板上的备份仪表。根据本人的经验分辨有:地平仪、升降速度表、飞行高度表、飞行速度表、综合罗盘航向仪(含侧滑仪)、发动机转速表、发动机温度表、滑油压力温度表、马赫数表、电流电压表、氧气压力表、座舱压力表和领航时钟(在主仪表板右上侧)等。可谓应有尽有。

下面是美国战斗机F-15和F-16不同型号飞机的座舱仪表面板,对比一下,就清楚备份仪表多重要。


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1-02a. 上图为F-15A的座舱仪表,日本韩国目前都使用该型飞机,全部是直读式机械仪表,明显落后一代。


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1-02b 上图为美制F-15E/F的座舱,改造后明显升级,三个综合显示屏(可显示32种控制页面)大大解放飞行员的负担,-E/F型为增强对地攻击型。但仍保留10多个老式仪表备份。


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1-03a 上图为美制F16A座舱,其布局很有意思,以老式仪表为主居中布置(加上右侧的一共18个),两个攻击系统屏幕在两侧,当然,F-16最大变化是将驾驶杆改到座椅右侧(F-15在中间),这是欧洲战机早就采取的电传操纵布局。


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1-03b 上图为F-16D型飞机,最明显的不同,两块综合屏显合并仪表板到中间,说明该机电子综合控制系统性能明显提高,已经居于主体地位,但保留的老式仪表一个没有少。由于没有找到最新对地攻击型F-16E/F的座舱图,无法在比较证明。

综上可见,无论军用民用,许多飞机还是选择保留老式仪表用来备份。

二. 现代客机逐步取消备份仪表?

在航空器上,必须把飞机、发动机及其他系统所测试的参数显示出来,以帮助飞行员及时了解,并正确操控飞机完成任务的,无论采取什么形式,性能稳定可靠是航空仪表的第一要素。

一般我们把指示飞行数据的设备叫仪表,它是由许多相关传感器和设备,把各个部位采集的数据收集起来,通过仪表板,展现飞行员面前。自从出现了电子综合处理系统,人们就把部分仪表显示由阴极射线管显示屏(现在是液晶显示屏)来代替,其明显的好处是,可以把原来众多单独仪表显示的信息,通过数字化处理集合在一块屏幕上,既便于飞行员观察,也便于机载电脑集中控制和监测,为飞机进一步自动控制打下基础。

早期的显示器都是机械式、电气式和机电伺服式的。上世纪70年代后期,出现了电子综合显示器,随着航空计算机数字技术日趋成熟,成为现代飞机的主要显示系统。有鉴于此,对显示飞行数据的仪表有了不同的称呼。业内通常把除数字屏显以外的仪表赋予不同称呼:(a)多数航空类教材称“指读”式仪表(由指针和刻度盘组成);(b)航空爱好者称“老式”仪表;(c)一些航空专家也称“基础”仪表;(d)飞行人员则习惯叫“备份”仪表。本文选择“老式”仪表,更适合网友军迷的理解习惯。

老式仪表显示的数据,是利用测量部件间的相对运动来显示被测参数的数值,如指针+刻度盘、指针+刻度带、图形+标记、机械计数累加等,结构简单可靠,显示清晰并带有变化趋势指向性。一般一个仪表独自成立一体,除了电源电路,几乎互不干扰互不影响,飞行员需要点对点观察,独立判断分析,通过大脑构成飞机的总体运动形态。所以飞行经验是第一位重要的。老式仪表必然带来很大的局限性,外界大气千变万化,飞机运动五花八门、各系统工作千差万别,都显示在仪表上靠飞行员去甄别驾驭,所谓“点对点”观察就成为“一点对万点”难度可想而知。请看早期的波音B-747-200,四台发动机的远程客机的座舱是个什么样子?


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1-04 上图为波音B747-200型远程客机的驾驶舱,全部是老式仪表,上下左右布满开关、电门、按钮。它的右后侧是空中机械师的座席,更是让你眼花缭乱,看下图。


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1-04b 上图为空中波音B747-200机械师的工作座席,四台发动机就有四套各种各样显示,飞行员看不过来,都交给机械师了。


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1-05 上图为美空军B-52D型战略轰炸机,八台强大的发动机,八个油门把手,八套发动机仪表,也必须全靠后面的两个机械师来处理。

但自从有了电子综合显示技术,各个系统都有各自的处理器,把处理过的数据传输给飞行管理计算机,经过集中处理过的数据再经过“字符信号发生器”,使综合电子屏显发亮并显示必要的图形,构成供飞行员参考的数据,而且是数字动态效果,形象逼真,条理清晰,彻底实现有电脑代替大脑的革命转变。


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1-04c 上图为波音B-747-400型客机驾驶舱,仍然是四台发动机的远程客机,却宽敞明亮,六块大尺寸的液晶彩色显示屏,取代了90%的仪表,机组只需两名飞行员,就能飞遍全世界。

尽管如此,波音公司当时还是不敢取消老式仪表做备份。从上图上可以看到有5块老式仪表:地平仪、飞行速度表、飞行高度表、综合罗盘和风挡上沿的领航时钟。


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1-06 上图为波音B-777-31宽体客机,到如此高科技的玻璃驾驶舱,仍保留了三块机电仪表:地平仪、高度表和速度表。不敢麻痹,以防万一。直到波音B-787“梦幻”客机,才彻底取消备份仪表。请看下图。


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1-07 上图为 波音B-787“梦幻”客机驾驶舱,正仪表板四块宽屏显示器,左右各一块飞行员个人数据电脑屏幕,中间操纵台有四块操纵电脑,再也找不到备份仪表了。


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1-08 上图为空客A-380“超级巨无霸”客机的驾驶舱。共使用了10快独立的显示屏,两个电传操纵杆一左一右,是空客的传统布局,显得飞行员面前异常宽敞,尤其飞行员大腿外侧的电脑屏幕格外人性化,要调取一些导航数据,着陆信息和计算编制新航线等,非常方便。看似没有保留备份仪表,但还是露出端倪,正前方两块小仪表,就是变形的机电地平仪和航向罗盘,可能更精确了但起码是独立工作的(不可转换的),根据原理凡不能联网变换的,都是独立仪表。另外,据朋友讲,前仪表板左右下角两个空园圈,据说也是老仪表,但有一个伸缩盖,必要时可打开(什么表不知道),有人说是音响,错了,工作重地怎能听音乐(要听也可以用耳机,放出声来会影响整个机组的)。

三. 战斗机能离开备份仪表吗?

对远航搭乘旅客而言,客机和驾驶员更大的责任是绝对保证安全,所以投入的智能高技术,远远大于军用飞机(包括:质量、数量和重量)。而战斗机不同,曾经有美国空军专家论述,如果把民用客机比作可重复使用的日用品,军用飞机只能算是“一次性”用品。言外之意,军机要打仗,在可用耐用中选择,不会按民用机要求去制造战斗机,可用性投入的资金大大超过耐用性。

战斗机的可用性包括:制空优越性、对地精确性、攻击智能性、导航自主性、通信数字化、指挥体系化等等,总之向小型化发展。至于耐用性,在规定的要求之内即可,不必追求过分的舒适豪华和过高的安全指标。军机和客机最大的区别是对飞机自身“自动控制”驾驶上,大型客机的机载飞行数据计算机足有数吨重,5-6个机柜,承载者成百上千个微处理器,光通风散热设备就够战斗机背一阵子。所以它才拥有如此豪华的“玻璃驾驶舱”。

在我的资料库里,各国战斗机座舱千篇一律,一大推老仪表,外加“一平两显”,有经验的人一看便知,那些老仪表是驾驶飞机(或备份驾驶仪表)的,“一平”是瞄准具了投影平显;“两显”(或三显)指综合显示屏,它可以完成基本的飞行驾驶指示,更多的是起到:攻击系统指示、电子地图显示、战场实时图像、作战导航引导等,适用于卫星通信导航、机载光电红外照射、机载雷达目标捕获。

请看部分三代机座舱图,它们大都保留老式仪表。


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1-02b 上图为美制F-15E/F型飞机座舱。该机具有强大的对地攻击性能,典型的三屏显是美军对地攻击型标准配置,同时也保留了10多个老仪表。


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1-02a 上图则为美制F-15A/B型飞机,现在日本、韩国都拥有此种飞机为主力战机,飞机表面看很威风,内部确实落伍亟待升级。一名飞行员要对付真么多的东西,还要打仗真不容易。


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2-02a 上图为美制F-16A型飞机座舱,该机为日本、台湾所拥有主力战机。图中可见主操纵仪表都是老式仪表,并位居仪表板正中,攻击用屏幕分列两侧。但本人发现,F-16飞机的驾驶杆竟然在右侧,明显的游戏手柄状。这是典型的欧洲座舱布局风格。据说-A型并不是电传操纵,可能给今后升级打基础。还有一个优点,战斗机飞行员的正前方清净利索了。


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2-02b 上图为美制F-16D型飞机座舱,该型最大变化,是将两个综合屏显放在中间并列,看来屏显在操纵飞机方面将起更大作用,分散了老仪表,但没有减少。台湾梦寐以求的“求购”就是它。由于只有两个综合屏显,表明该机以对空为主,美国主流对地攻击型,均为三屏布局。由于没有F-16E/F的座舱图,无法验证。


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2-03 上图为神秘的F-117A隐身战斗机,如此高度机密的“夜莺”,看来也是充满老式仪表的座舱,没有一块综合屏显,不可理解。尽管它已经退役,但能得到它的遗照也很难得。可以想象,一名飞行员,驾驶这样的飞机,趁着夜幕,多次空中加油飞行上千公里偷袭“南斯拉夫”,也够他辛苦的。


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2-04 上图为美国海军的F/A-18C“超级大黄蜂”飞机座舱,看来比F-16要简明些,三块大屏幕显示器,倒品字布局,中间夹着攻击系统的各种控制按钮。该机只有5-6快老仪表,其中本人最不可思议的是右边风挡框边上一块仪表(傍边有个黄色保险盖的),你知道是什么仪表吗?它是有数百年航海历史的指南针式罗盘仪,叫“水罗盘”,老一点的飞行员都见过它(不知现在的初教六还有吗?有知道的请告之)。它的原理是利用指南针原理,在一个密闭容器里(仪表盒)盛上液体(水),放进一个带磁性的刻度盘圈,由于它的永久指北性,在任何情况下(如断电),导航系统故障。“水罗盘”会像大海里的救星,帮你指明方向。尽管不准确,但它忠实可靠。没想到在如此先进的“超级大黄蜂”战机里,能发现如此古老的仪表,如果不写这篇帖子,还真发现不了呢。


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2-04b 上图为美国海军的F/A-18D“超级大黄蜂”飞机座舱。比上面的-C型维护的要好些。请看,在右侧仍然有那个神奇的最原始的“水罗盘”。人家毕竟是海军,深信在大海上的保佑作用。

实在对不起,四代机的照片很难得到,不管歼-20还是F-22、F-35都没有。对于老仪表的命运,留到以后再定论。不管是保留还是取消,都有它的道理。不是“就怕万一”继续留着备份,就是高科技将它请出“历史舞台”,一切都有可能。

以两张三代半战机,欧洲EF-2000“台风”的座舱图作为本帖的最后疑问,这里已经找不到老仪表的的身影,难道战斗机已经开始走入全新境界?


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2-05a 上图为两张不同来源的“台风”战斗机座舱,一个深刻印象:整洁、先进、简明。事物就这样,由简到繁,再由繁到简,提高到更新的高度。唯一感到奇怪的是,欧洲战斗机的驾驶杆,怎么又回归到中间传统位置?真是难捉么。

四. 后记。

讲了半天“老仪表”和“综合电子显示”,他们到底什么关系?请看下面的两组图片,本人就不再讲解了,很明白的。

(一)老仪表的主要代表。

1. 地平仪


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2. 气压式高度表


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3. 伺服式高度表


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4. 无线电高度表


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5. 无线电罗盘(NDB导航台指示)


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6. 综合无线电罗盘


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7. 水平位置指示仪


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8. 无线电组合罗盘(着陆方位)


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(二)民航客机上的“综合电子显示”仪。

1. B-747-400客机飞行姿态指示(飞行控制页面)


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2. MD-11客机飞行姿态指示(飞行控制页面)


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3. B-747-400客机水平位置指示(飞行导航页面)


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4. MD-11客机水平位置指示(飞行导航页面)


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5. MD-11客机发动机工作指示(3台发动机温度指示页面)


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6. MD-11客机发动机工作指示(3台发动机供油系统工作指示页面)


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说明:图片中带本人标志的为实拍;其他照片均来自朋友提供或网络下载。


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2012.1.12.编辑补充:

1. 本人曾经拍摄过成飞四代机F某某的座舱图(实比例模型),因为保密原因,选取遮挡较多的两张贡献大家,请原谅。


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请注意,该丝带机为右侧手柄式电传操纵杆,和通体全景显示屏,很新意呀。


2.还有一张SU-35座舱图展览示意图(拍自珠海航展2010年11月),是不是也挺牛。


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3..感谢“第7楼 savage_zh ”回复发来的F-22、F-35座舱图 一并转载补充


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(kjlzywz 解图:请注意上图 F-22 看来采取了操纵杆(手柄)右侧布局,打破美式飞机传统,向欧洲看齐)

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(kjlzywz 解图:请注意上图 F-35 也是采取了操纵杆(手柄)右侧布局,可以说明一个问题,对电传操纵飞机,应该是最佳的选择。另外,咱们丝带机全景屏显和F-35有一拼呀,哈哈)。再次谢谢“第7楼 savage_zh ”

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2013.1.13. 增加补充

感谢“第63楼 谁伸出手”回复发来的两张照片,与本人上传补充的是同一丝带机实比模型。本人不敢发的照片,在铁血抛砖引玉收获颇丰,再次感谢“第63楼”的支持。现本帖转图如下:


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2013.1.14. 增加补充

感谢“第72楼 凹凹凹”回复发来的F-16F/E座舱图照片,更丰富本帖内容,再次感谢“第72楼”的支持。现本帖转图如下:


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本文内容于 2012/1/14 9:16:18 被kjlzywz编辑

[ 转自铁血社区 http://bbs.tiexue.net/ ]

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评论

评 论

热门评论

楼主太专业了,必须顶一个。

四代好大一个屏,好像是16:9?在去战场的路上顺便看个电影应该很过瘾。

27楼粗粮

文章写的图文并茂,楼主费心了。


武器系统的设计中有一个很重要的指标,就是可靠性。

介绍航天设备时经常会听到可靠性99.9%什么的。


设计时,先要提出一个总体的可靠性指标,比如99%。

这个可靠性的提出是根据设备的使用要求和设备的成本要求得来的。


总体的可靠性是由系统的各个部件的可靠性通过公式计算出来的,

反过来说,总体的可靠性指标可以分解成各个部件的可靠性指标。


为什么有了液晶屏就不用老式仪表做备份?

两个原因:

1.可靠性已经达到了任务书的要求,就不要再画蛇添足了,对复杂的系统而言,部件越多,越会降低整体的可靠性。

2.空间布置的考虑,驾驶舱才是真正的寸土寸金,而且设计时恨不能去掉每一克多余的重量。


787当中的那块不是备份仪表么?知识面不够完全啊,现在的新的民用航空器的备份仪表使用的是一体化的电子式备份仪表,将地平仪,高度表,罗盘等结合在一个屏幕上,使用单独的静压孔和皮托管,用电使用的是热汇流条的供电。

110楼zjg5337

个人觉得这种备份有存在的必要,但是比重会越来越小,尤其大规模列装的战斗机,战争爆发的时候就转成消耗品了。

最保险的是最安全的,最先进的是最冒险的,最保险的会影响最先进的;最好让最先进的也成为最安全的,不能抱着最安全而放弃最先进。这个辩证法很难掌握。

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