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藏在C919着陆灯中的细节

时间:2017年12月27日 16:28   来源:航空知识微信公众号
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  从今年5月5日C919首飞之后,我们的大飞机每隔几个月就会出现在媒体上,这不,今天7时33分,第二架C919飞机从上海浦东国际机场起飞,飞行2小时57分钟完成预定试飞科目后,于10时30分安全返航着陆,顺利完成第二次试验飞行。

  夜晚的机场,我们总能清楚的看到机身两侧两道耀眼的白光,和汽车一样,那就是飞机的“大灯”(着陆灯)。众所周知,汽车大灯可为夜间或恶劣天气中行驶的车辆提供照明,以保证行车安全,飞机也不例外,同样需要着陆灯为其提供机外照明。着陆灯是飞机灯光系统中最重要的外部照明设备,主要作用是为飞机的夜间起降或在能见度不佳的情况下提供照明,保证良好视觉环境。由于直接关系到飞行安全,着陆灯的重要性不言而喻。

 

  国产大飞机C919翼根主着陆灯。C919一定程度上参照了国际主流机型的细节设计,并在此基础上有一定创新,机体外部灯光设备为中国商飞与UTC宇航系统公司联合设计制造。下方豁口为采用NACA标准的APU进气口。 

 

  着陆灯有多重要 

  飞机在夜航进近中,需要借助灯光照明与指示确保安全着陆。尽管大量的研究表明,飞行员可以在不需要着陆灯的情况下,仅通过机场助航灯光系统(地面灯光)的照明和指示,进行跑道位置判断识别,并安全完成夜航着陆,但是助航灯光更多只能起到基本的指示作用,并不能让飞行员更清楚地了解跑道道面及周边环境。根据SAE-ARP693(《着陆和滑行灯安装设计标准》)提出的飞机着陆灯作用说明:着陆灯为飞机进近、触地、滑行、起飞提供环境参考信息,在飞机夜航进近滑行时照射机场跑道上的主要障碍物,因此机场助航灯光系统必须有着陆灯配合使用才能更好地遵循航空安全领域“零容忍”的最高原则。

 

  着陆灯设计要求多 

  民航客机的跑道入口速度一般可达140节左右(约260千米/小时),这一速度已是大多数汽车表盘上的极限速度,因此对飞行员而言,着陆灯必须拥有更好的聚光性、足够的光线强度以及合适的安装角度,才能在夜航进近时让飞行员更清楚地观察到足够距离和宽度范围内的地面环境,并目测高度,如果着陆范围内有障碍物阻碍,飞行员可以及时观察到异常情况,并预留出更多判断时间,以便尽早做出复飞的决定。因此,着陆灯在设计阶段往往需要按照要求对其光强、布局、安装角度等问题进行多方面的考虑,以达到设计标准。

 

  

  波音737-900ER翼根主着陆灯全部采用大功率LED照明系统,进一步提高亮度与寿命的同时,还降低了能耗,该设计也将成为未来大型客机的主流。

 

  飞机较大的体型使得着陆灯得拥有足够的照明强度,因此其光源的选择就尤为重要。目前绝大多数客机主要采用HID(气体放电灯)作为着陆灯光源,其优点就是发光效率高,且光强大。大型飞机的着陆灯夜间空中开启后,其他飞机可以在超过100英里(约160千米)外的地方清楚看到。此外,为了保证光源的会聚性,着陆灯内的反光镜通常采用镀铬抛光材质,并具有抛物线形状。同时,为了保证其光照范围达到要求,根据中国民用航空规章CCAR-121.323(夜间运行的仪表和设备)要求,大型客机至少需要装有2具着陆灯。目前主流的民航客机会在机翼前缘中部、翼根或机腹下方,以及前起落架上,根据光源的光学特性以及飞机座级大小安装总共3~6具着陆灯。由于民用航空器适航管理條例对着陆灯的光束角度、照射距离和照射宽度都有着严格的规定,因此着陆灯的安装角度也需要进行科学的分析。试飞时,根据飞机进近、触地、滑行和起飞时的姿态进行分析,以确定着陆灯最合适的安装角度,达到合适的照度标准。一般情况下,飞机夜间降落,当高度下降到50英尺(约15米)时,着陆灯必须照亮跑道道面,照明宽度超过主起落架之间的距离。

 

  安装位置不一样 

  为什么波音737的着陆灯分布在翼根前缘和机腹上,而空客k320的着陆灯却分布在翼根下部?为什么有的飞机在前起落架构件上装有着陆灯,而有的飞机却没有?这就属于飞机细节设计领域的事儿了。着陆灯按结构形式可分为固定式和活动式两种,波音737的活动式着陆灯位于机腹靠近翼根的位置,固定式着陆灯安装于机翼前缘。而空客A320因其机翼前缘有缝翼,无法安装固定式着陆灯,只能在机翼翼根下部安装可收放式着陆灯。一般可收放式的着陆灯都安装于有开口处的表面,以方便在收起位置时能够收缩在机身轮廓之内,不影响气动布局。有的飞机还把固定式着陆灯安装于起落架构件上,用于着陆后对跑道道面提供大面积照明。我国C919飞机的着陆灯与737一样,采用气动融合式设计,位于机翼翼根处。部分小型单发螺旋桨飞机的着陆灯就安装在机鼻处,简单却高效。

 

  

  C919前起落架上的着陆灯与滑行灯。该设计与空客A320十分相似,上方两灯为保证聚光性,采用平滑镜面,下方两灯则可以保证飞机地面滑行时的视场宽度。空客A320neo系列飞机的主起落架灯光已采用LED系统。 

 

  白天也得开灯飞? 

  细心的朋友可能已经发现,在天气晴朗的白天,飞机也会开启着陆灯起降,这是为什么呢?根据中国民航总局规定,各航空公司机组在3000米(约10000英尺)以下高度飞行需要打开着陆灯,其主要目的是为了防止鸟击。有调查显示,每年全世界大约会发生2万起飞机鸟击事故,全球民航业每年因鸟击而造成的直接经济损失约为12.8亿美元,鸟击已经成为航空业三大自然灾害之一,因此避免鸟击被视为飞行安全领域的重中之重。与噪声一样,灯光也有一定的驱鸟作用,因此,尽管在着陆灯设计指标中没有关于驱鸟效果的明文规定,但中国民航仍然规定飞机在3000米以下高度飞行打开着陆灯。

  但是,并非所有鸟类都会在灯光的刺激下产生本能的躲避行为。美国内布拉斯加州林肯大学的研究人员对脉冲式白光着陆灯在刺激鸟类躲避行为的课题中进行了研究,发现仅有部分鸟类对“脉冲光”会产生本能的躲避行为。为了减小鸟击事故的发生概率,科学家正致力于对包含特殊波长和脉冲频率的着陆灯进行研究,这种灯光可用于刺激鸟类的视觉感官并产生本能的躲避行为,相信不久的将来,飞机的着陆灯在保障照明的同时,也可以针对性地起到防止鸟击的作用。

 

  着陆灯三步走 

  着陆灯早期使用过大功率封闭式白炽灯和卤素灯,但是由于其光效低热量大、易损坏、寿命短,导致其维护周期短,成本高,因此逐步被气体放电灯取代。气体放电灯是第三代光源,目前飞机大多采用金属卤化物灯作为着陆灯光源。金属卤化物灯在接通交流电之后,灯芯内稀有金属的卤化物渐渐汽化和蒸发,与汞蒸气的混合后产生电弧放电发光,具有发光效率高,光强度大的优点。近年来随着电光源技术的不断发展,人类在大功率LED光源技术上产生了重大的突破,或许不久的将来,LED光源技术在飞机着陆灯的全面应用将会成为发展的主流。

 

  

  乘风破浪会有时,直挂云帆济沧海 

  

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