航空儀表的發展方向研究

于海龍

摘 要：一直以來航空航天都是綜合國力競爭的主要領域，航空儀表的發展在一定程度上代表著一個國家航空航天業的發展水平。特別是近些年全球關系緊張，航空儀表的研發在空戰方面有著舉足輕重的作用。研究航空儀表發展的經過，探索影響航空儀表發展的主要因素，分析航空儀表發展的趨向，為了更好地把握航空航天業發展的先機，為祖國航空航天事業的發展創造更多機會。

關鍵詞：航空儀表;發展研究;發展趨向

中圖分類號：TH89 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）10-0126-02

0引言

航空儀表是飛機飛行中的“感官系統”，在飛行時負責檢測飛機飛行的高度、天氣情況、發動機狀態等，以便飛行員隨時掌握飛機飛行的狀態，做出正確的操作選擇，確保飛機分型的安全、可靠。近些年，一些空難告訴我們，航空儀表的“稍有疏忽”便會帶來巨大災難，因此，研究航空儀表的發展，探索其在飛機飛行中的價值非常有必要[1]。

1 航空儀表的發展研究

1.1機械儀表階段

最早的儀表誕生在1852年，當時第一個框架式螺旋儀器誕生，為各類儀表的發展奠定了基礎。進入20世紀后，儀表開始應用于飛機、輪船，這是航空儀表最早的存在。因為這一時期航空儀表的制造和應用主要以機械相關知識和原理為基礎，所以也被稱為機械儀表階段。

上世紀20年代，航空儀表開始發展，這一時期航空儀表的最大特點就是“簡陋”，飛機上風速計、轉速表、氣壓表等制作粗略，靈敏度差，精準度差，工作可靠性難以保障。雖然有眾多缺點，但人們對于航天事業的熱愛使人們對于航空儀表的研發非常熱衷，這一時期航空儀表也有一些優勢，一方面，航空儀表的誕生標志著航天的發展進入一個新的階段，為之后航空、航天的發展制造了機會，使人在研究航空問題中有了更新穎、更大膽的想法。另一方面，這一時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了機遇，只用了十年，航空儀表的研發和利用就進入了一個新的階段[2]。

1.2電器儀表階段

上世紀30年代，航空儀表進入電氣儀表時代，受戰爭影響，飛機加入戰爭需要更為精準的儀器，使飛行員在飛行過程中掌握方向、高度等，以方便投彈、隱藏等。因此，這一時期航空儀表的發展非常迅速，飛機能夠在云中和夜晚進行飛行。但這一時期，航空儀表仍然依靠人眼觀測獲得數據，只是在靈敏度、精密度上有所提高。

電氣儀表時代采用傳感器與指示器分離的方式，使傳感器采集、傳輸的數據更準確，儀表精度更高。指示器則靠近駕駛員，方便駕駛員的觀測和判斷。由于同為一個儀器的傳感器和指示器不在同一處的特點，這一時期的航空儀表也被稱為遠讀儀表。航空儀表的反應速度、精準度都有很大提升，而且儀表的體積在不斷縮小。

這一時期航空儀表反應速度、精準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離駕駛艙，其受到的干擾減少，所以精準度更高。其次，這一時期機械制造也發展迅速，很多新型材料及儀表制作工藝問世，對航空儀表的發展起到了積極的促進作用。加之受戰爭影響，飛機在戰爭中的用途越來越廣，作用越來越大，與飛機相關的航空儀表的研究力度也在加大。因此，電氣航空儀表的發展非常快，儀表的精密度和數量不斷增加，給飛機航行提供了可靠的技術保障。同時，儀表的“泛濫”也使飛機所載航空儀表的質量大增，不僅影響到飛行員對飛機的操控水平，還影響到飛機的速度、飛行的安全性等[3]。

1.3機電式伺服儀表階段

上世紀40年代末，進入機電式伺服儀器時代，航空儀表采用了綜合化和自動化模式，利用信息反饋的形式統一飛行信息的獲取、輸出和輸入，使航空儀表的靈敏度和精準度又上了一個新臺階。同時，航空儀表的種類還在增加，如溫度控制儀表、監控報警儀器等，致使飛機的儀器載重進一步超標。飛行員觀測儀表的時間被迫縮短，根據儀表信息判斷飛行操作的時間也在縮短。在此情況下，眾多的儀表儀器讓飛行員應接不暇，在飛行過程中很容易出錯。上世紀50年代中到60年代末，在機電式伺服儀器發展的基礎上，航空儀表的綜合性更強，也有研究者將這一時期航空儀表的發展稱為“綜合儀表”時期，儀表的類型進一步增加，但航空儀表的體積、質量卻在不斷減少，這就使飛行員觀測儀表的時間增加，使其對儀表的判斷更準確，進而對于信息的分析更正確，促進了飛機駕駛的安全性和穩定性。

這一時期航空儀表的功能增加，儀表的敏感度、精準度也有增加，且儀表顯示逐漸電子化，這為以后的智能儀表發展打下了基礎。另外，這一時期航空儀表的載重已成為飛機飛行的制約因素，如何解決是影響航空航天發展的關鍵問題。

機電式伺服儀表的發展離不開航空航天行業的發展和推動，因飛機性能提高，飛機的飛行速度和發動機性能都有很大提升，從而引起航空領域對飛機飛行穩定性有了更高要求。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，這一時期，航空儀表的綜合化和自動化逐漸將人“眼”從儀表觀測中解放出來，使駕駛員有更大的精力操控飛機，提高了飛機飛行的安全性。電子導航、制造工藝等的進一步發展，也推動了航空儀表的發展。

1.4電子儀表階段

上世紀70年代，航空儀表進入電子儀表時代，電子化綜合儀表實現了人機“對話”，飛行員根據人機“對話”操作飛機變得簡單了許多。這一時期，航空儀表的特點主要有：第一，高度綜合的航空儀表節省了駕駛室的空間，也降低了飛機的載重，使航空業得到了飛速發展。第二，航空儀表種類多，對飛機的飛行檢測、發動機檢測等都很全面，儀表的相互補充和信息的快速交換、處理提高了飛行員判斷儀表數據的效率和準確性，使飛機駕駛更安全。第三，電子綜合顯示儀表對于各類信息的顯示更直觀，加之系統對各類數據的快速、準確處理，飛行員與儀表進行“對話”，有效提高了飛機的駕駛水平，實現了飛機操作的穩定、安全、可靠和智能。

進入上世紀80年代以后，多功能彩色顯示器出現，航空儀表得到了進一步發展。同時，為了滿足飛機的不同飛行要求，飛機上又配備了不少儀器，使駕駛員能夠全面地、直觀地、準確地了解飛機的整體情況，通過各種儀表得到的數據為飛機的安全飛行和飛行隱患排查提供了可靠信息資源。例如，飛機檢修時，通過對航空儀表記錄數據的分析，發現異常數據，對數據表現出來的可能問題進行排查，能夠更快、更早地掌握飛機的安全隱患，確保飛機的安全、穩定飛行。

2 航空儀表的發展趨勢

2.1影響航空儀表發展的因素分析

在航空儀表的發展過程中，影響其發展的因素是多方面的。第一，飛機使用價值的開發促進了航空儀表的發展。例如上世紀30年代，由于戰爭需要，航空儀表從簡單、靈敏度低的機械儀表發展成為靈敏度高、準確度高的電氣儀表，而且航空儀表的功能和數量迅速增加。第二，航空儀表的發展受機械制造水平、工藝的發展影響很大，同時受新材料開發的影響。例如，上世紀30年代機械制造業、新材料制造業的迅速發展極大地推進了航空儀表的發展，很多機械制造的新工藝、新的材料都應用在航空儀表制造當中，極大地提升了航空儀表的靈敏度、精準度，使航空儀表制造得到了迅速發展。同時，機械制造業、新材料制造的新理念、新思想也廣泛地應用于航空儀表的制造、使用當中，這為航空儀表的持續、創新發展創造了機遇。第三，科學技術的發展、電子技術的發展、信息通信的發展極大地促進了航空儀表的發展。在航空儀表進入綜合化、自動化以后，科技、電子和通信的發展給航空儀表的發展帶來了巨大契機，航空儀表逐漸向智能化方向發展，屆時人機“交流”更加通暢，飛機的駕駛更加智能化，數據的收集、處理和傳輸更快、更準，其發展能夠為航空事業的發展提供更大助力[4]。

2.2航空儀表的發展趨勢

航空儀表可分為飛行儀表、導航儀表、發動機儀表和系統儀表，隨著航空儀表的繼續發展，這些分類的界限會越來越模糊，航空儀表的功能會更加綜合化、智能化。同時，結合航空儀表以往的發展，其未來發展趨勢必將圍繞以下幾點進行。第一，觀測儀表的方便性、準確性。最初的機械儀表、電氣儀表要通過人眼直接觀測，通過觀測不同的儀表，記憶儀表反饋信息，再通過大腦對這些信息進行加工，最后飛行員對飛機駕駛做出反應。這一個過程不僅很長還容易出錯。航空儀表發展進入綜合化、自動化以后，飛行員可以通過觀測顯示器得到綜合性的信息，再以此為依據進行判斷，做出反應。發展到近代以后，航空儀表的顯示器更加先進，航空儀表系統對于數據的收集、存儲和處理更有效率，這就把人眼、人腦很大程度上從儀表觀測及分析中解放出來。而且現代化的航空儀表輸出信息更直觀，對于信息的處理更智能化，因此飛機可以在自動駕駛狀態下安全、平穩飛行。由此可見，航空儀表的發展趨勢應該向更加智能化、綜合化的方向發展，進一步把人從飛機駕駛中解放出來，同時也為無人駕駛機的發展開辟創新路徑。第二，航空儀表會向更高靈敏度和精確度方向發展。在航空儀表的發展中，靈敏度、精確度一直是衡量航空儀表發展水平的關鍵，在現代航空航天中，飛行器要面臨復雜的環境，更高靈敏度、精確度是航空儀表發展的需要，也是未來航空航天發展的需要。第三，航空儀表的顯示器發展將是航空儀表發展的重要方向之一，從航空顯示器將人眼從眾多儀表觀測中解放出來時，航空顯示器的研究得到重視，一方面，通過觀測顯示器可以獲得飛機的綜合信息，進而得出準確的控制結論，提高了飛行員的駕駛水平。另一方面，顯示器通過字符、圖形、表格等眾多形式表現飛機的飛行狀況，從而起到了預防安全風險、保障安全駕駛的作用，為航空航天事業的發展做出重大貢獻，因此，航空儀表發展中顯示器的重點研發是航空儀表發展的方向之一。第四，航空儀表新材料的研究和應用也是航空儀表的發展趨向。一方面，航空儀表的發展要充分考慮儀表的壽命和可靠性，因此需要穩定、耐用，要確保在任何環境下使用性能都非常好，就要從新材料的使用入手進行研究。另一方面，航空儀表制造材料的價格、技術潛力等也是新材料研發的方向之一，通過研究可以降低航空儀表的成本，開發出更有價值的航空儀表產品。總之，通過新材料的研究和應用使航天儀表的使用壽命更長、使用效益更高是未來航空儀表發展的方向[5]。

3 結語

時代在不斷向前發展，科技、信息技術、航空航天技術等都在不斷向前發展，航空儀表作為航空航天業發展的一部分，其發展應該與時俱進。特別是在現代科技、信息技術等的支持下，航空儀表的發展有很多機遇，其發展也能帶動很多行業的發展。而且航空儀表發展一旦滯后，會影響航空航天業的發展，會給民航、空戰等帶來諸多問題。因此，努力發展我國航空儀表制造業，做好航空儀表科研，是推進我國綜合實力發展的正確路徑，也是提高我國航天航空業發展的必由之路。

參考文獻

[1] 張棟善，趙成.航空電子儀表的發展與應用[J].電子測試，2018（5）：135.

[2] 翟榮斌.基于參數化模塊化的航空儀表設計平臺開發[J].機械工程與自動化，2017（3）：82-83.

[3] 李先翠.航空電子儀表的發展與應用[J].中國航班，2019（9）：37.

[4] 王旭.海軍航空儀表的發展動向與分析[J].艦船電子工程，2015（6）：22-25.

[5] 伍瑞卿，張雷，李小翠，等.航空儀表圖像自動監測系統研究[J].無線電工程，2017（12）：30-33.