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LED在民用飞机驾驶舱泛光照明中的应用优势

2016-01-22 16:17
棒棒书香
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  飞机驾驶舱泛光照明用于照亮仪表板、左/右操纵台以及中央操纵台等区域。合理的驾驶舱泛光照明能保证飞行员看得快,看得清,又不易疲劳。否则,判读和操纵的错误将增加,即“人为差错率”上升。国外飞行事故统计分析资料介绍, “人为差错”造成的事故占全部事故的40%,直升机达70%。驾驶舱泛光照明不合理,引起视觉疲劳是造成“人为差错”的直接原因之一。

  本文首先分析研究驾驶舱照明的相关标准,提出泛光照明的设计需求。其次,结合LED 光源本身的特性,剖析LED 应用于泛光照明的优势。再次,从光色、供电、布置和调光控制等4 方面对泛光照明的设计进行详细地分析说明,并形成了一种方案:白光LED、28VDC 供电、PWM 调光。最后,选用合适的灯具进行仿真测试,验证设计的合理性。

  1、驾驶舱照明相关标准

  现有的民用飞机驾驶舱照明的标准大致分为适航规章和行业标准。适航规章CCAR - 25 部仅对驾驶舱照明做了定性要求,尚未提出定量要求。而目前已有的国家军用标准和航空工业标准,大多制定于20世纪80年代和90年代,这些标准所提的照明技术参数已经不能完全符合现代民用飞机的需求。国外标准中最具代表性的是美国军用标准和SAE标准,这些标准多数制定于2000 年以后,能较好地体现现代照明技术的水平,可作为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需求,详见表1。

  表1 泛光照明设计需求

  2、LED 应用于泛光照明的优势

  泛光照明的合理设计涉及较多的实际工程问题,而照明光源的选用是其中一个比较突出的问题。据调查,现役的民航客机多数使用传统的白炽灯( 尤其是卤素灯) 或荧光灯作为驾驶舱照明光源,而新型的民航客机,如A380 和B787 都不同程度上使用了LED。LED 被引入到飞机驾驶舱照明,是出于它在某些方面所表现出的优势,如节能、寿命长、稳定性和抗震性好等。

  LED 利用PN 结中少子与多子的复合来实现发光,发光波长对应于PN 结的禁带宽度。LED 用作照明光源具有体积小、可靠性高、能冷启动、亮度可调性好、低压直流工作更安全等优点。LED属于一次光源,在发光过程中,电能直接变成了光能,在与普通白炽灯保持同样亮度下,其耗电量只有后者的十分之一。LED 是固态光源,没有活动部件和易损坏部件( 如灯丝等) ,抗振动性能好。LED的寿命一般可达到20000~100000 小时,远高于白炽灯,而且响应速度快。与荧光灯相比较,LED不含有危害人体健康的汞,是无污染的光源。

  利用LED光源提高照明系统性能是飞机照明技术的发展方向。由于LED 的可靠性高( 国外供应商提供的泛光灯的MTBF 值可达50000小时) ,因此能大幅降低飞机照明系统的故障率,减少飞机的维护成本。

  3、LED泛光照明的设计分析

  3. 1 光色分析

  纵观飞机驾驶舱照明的发展历程,常用的有红光、白光、蓝白光和夜视绿等4 种光色。GJB455-88认为座舱照明可以选择红光、白光和蓝白光三种,并对其色度坐标范围作了规定。SAE ARP1048和SAE AS264则只提到红光和白光,且只要求红光波长在600nm 以上。MIL-DTL-7788H则对4种光色均作了要求。

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