航空仪表的发展方向研究

于海龙

摘 要：一直以来航空航天都是综合国力竞争的主要领域，航空仪表的发展在一定程度上代表着一个国家航空航天业的发展水平。特别是近些年全球关系紧张，航空仪表的研发在空战方面有着举足轻重的作用。研究航空仪表发展的经过，探索影响航空仪表发展的主要因素，分析航空仪表发展的趋向，为了更好地把握航空航天业发展的先机，为祖国航空航天事业的发展创造更多机会。

关键词：航空仪表;发展研究;发展趋向

中图分类号：TH89 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）10-0126-02

0引言

航空仪表是飞机飞行中的“感官系统”，在飞行时负责检测飞机飞行的高度、天气情况、发动机状态等，以便飞行员随时掌握飞机飞行的状态，做出正确的操作选择，确保飞机分型的安全、可靠。近些年，一些空难告訴我们，航空仪表的“稍有疏忽”便会带来巨大灾难，因此，研究航空仪表的发展，探索其在飞机飞行中的价值非常有必要[1]。

1 航空仪表的发展研究

1.1机械仪表阶段

最早的仪表诞生在1852年，当时第一个框架式螺旋仪器诞生，为各类仪表的发展奠定了基础。进入20世纪后，仪表开始应用于飞机、轮船，这是航空仪表最早的存在。因为这一时期航空仪表的制造和应用主要以机械相关知识和原理为基础，所以也被称为机械仪表阶段。

上世纪20年代，航空仪表开始发展，这一时期航空仪表的最大特点就是“简陋”，飞机上风速计、转速表、气压表等制作粗略，灵敏度差，精准度差，工作可靠性难以保障。虽然有众多缺点，但人们对于航天事业的热爱使人们对于航空仪表的研发非常热衷，这一时期航空仪表也有一些优势，一方面，航空仪表的诞生标志着航天的发展进入一个新的阶段，为之后航空、航天的发展制造了机会，使人在研究航空问题中有了更新颖、更大胆的想法。另一方面，这一时期的航空仪表成本较低，所以航空仪表研究的成本也较低，这就为航空仪表的研究带来了机遇，只用了十年，航空仪表的研发和利用就进入了一个新的阶段[2]。

1.2电器仪表阶段

上世纪30年代，航空仪表进入电气仪表时代，受战争影响，飞机加入战争需要更为精准的仪器，使飞行员在飞行过程中掌握方向、高度等，以方便投弹、隐藏等。因此，这一时期航空仪表的发展非常迅速，飞机能够在云中和夜晚进行飞行。但这一时期，航空仪表仍然依靠人眼观测获得数据，只是在灵敏度、精密度上有所提高。

电气仪表时代采用传感器与指示器分离的方式，使传感器采集、传输的数据更准确，仪表精度更高。指示器则靠近驾驶员，方便驾驶员的观测和判断。由于同为一个仪器的传感器和指示器不在同一处的特点，这一时期的航空仪表也被称为远读仪表。航空仪表的反应速度、精准度都有很大提升，而且仪表的体积在不断缩小。

这一时期航空仪表反应速度、精准度提高的原因之一就是“传感器与指示器的分离”，受此影响，航空仪表的敏感元件远离驾驶舱，其受到的干扰减少，所以精准度更高。其次，这一时期机械制造也发展迅速，很多新型材料及仪表制作工艺问世，对航空仪表的发展起到了积极的促进作用。加之受战争影响，飞机在战争中的用途越来越广，作用越来越大，与飞机相关的航空仪表的研究力度也在加大。因此，电气航空仪表的发展非常快，仪表的精密度和数量不断增加，给飞机航行提供了可靠的技术保障。同时，仪表的“泛滥”也使飞机所载航空仪表的质量大增，不仅影响到飞行员对飞机的操控水平，还影响到飞机的速度、飞行的安全性等[3]。

1.3机电式伺服仪表阶段

上世纪40年代末，进入机电式伺服仪器时代，航空仪表采用了综合化和自动化模式，利用信息反馈的形式统一飞行信息的获取、输出和输入，使航空仪表的灵敏度和精准度又上了一个新台阶。同时，航空仪表的种类还在增加，如温度控制仪表、监控报警仪器等，致使飞机的仪器载重进一步超标。飞行员观测仪表的时间被迫缩短，根据仪表信息判断飞行操作的时间也在缩短。在此情况下，众多的仪表仪器让飞行员应接不暇，在飞行过程中很容易出错。上世纪50年代中到60年代末，在机电式伺服仪器发展的基础上，航空仪表的综合性更强，也有研究者将这一时期航空仪表的发展称为“综合仪表”时期，仪表的类型进一步增加，但航空仪表的体积、质量却在不断减少，这就使飞行员观测仪表的时间增加，使其对仪表的判断更准确，进而对于信息的分析更正确，促进了飞机驾驶的安全性和稳定性。

这一时期航空仪表的功能增加，仪表的敏感度、精准度也有增加，且仪表显示逐渐电子化，这为以后的智能仪表发展打下了基础。另外，这一时期航空仪表的载重已成为飞机飞行的制约因素，如何解决是影响航空航天发展的关键问题。

机电式伺服仪表的发展离不开航空航天行业的发展和推动，因飞机性能提高，飞机的飞行速度和发动机性能都有很大提升，从而引起航空领域对飞机飞行稳定性有了更高要求。这就要求航空仪表性能不断提升，且航空仪表的灵敏度、精确度要不断提升。此外，这一时期，航空仪表的综合化和自动化逐渐将人“眼”从仪表观测中解放出来，使驾驶员有更大的精力操控飞机，提高了飞机飞行的安全性。电子导航、制造工艺等的进一步发展，也推动了航空仪表的发展。

1.4电子仪表阶段

上世纪70年代，航空仪表进入电子仪表时代，电子化综合仪表实现了人机“对话”，飞行员根据人机“对话”操作飞机变得简单了许多。这一时期，航空仪表的特点主要有：第一，高度综合的航空仪表节省了驾驶室的空间，也降低了飞机的载重，使航空业得到了飞速发展。第二，航空仪表种类多，对飞机的飞行检测、发动机检测等都很全面，仪表的相互补充和信息的快速交换、处理提高了飞行员判断仪表数据的效率和准确性，使飞机驾驶更安全。第三，电子综合显示仪表对于各类信息的显示更直观，加之系统对各类数据的快速、准确处理，飞行员与仪表进行“对话”，有效提高了飞机的驾驶水平，实现了飞机操作的稳定、安全、可靠和智能。

进入上世纪80年代以后，多功能彩色显示器出现，航空仪表得到了进一步发展。同时，为了满足飞机的不同飞行要求，飞机上又配备了不少仪器，使驾驶员能够全面地、直观地、准确地了解飞机的整体情况，通过各种仪表得到的数据为飞机的安全飞行和飞行隐患排查提供了可靠信息资源。例如，飞机检修时，通过对航空仪表记录数据的分析，发现异常数据，对数据表现出来的可能问题进行排查，能够更快、更早地掌握飞机的安全隐患，确保飞机的安全、稳定飞行。

2 航空仪表的发展趋势

2.1影响航空仪表发展的因素分析

在航空仪表的发展过程中，影响其发展的因素是多方面的。第一，飞机使用价值的开发促进了航空仪表的发展。例如上世纪30年代，由于战争需要，航空仪表从简单、灵敏度低的机械仪表发展成为灵敏度高、准确度高的电气仪表，而且航空仪表的功能和数量迅速增加。第二，航空仪表的发展受机械制造水平、工艺的发展影响很大，同时受新材料开发的影响。例如，上世纪30年代机械制造业、新材料制造业的迅速发展极大地推进了航空仪表的发展，很多机械制造的新工艺、新的材料都应用在航空仪表制造当中，极大地提升了航空仪表的灵敏度、精准度，使航空仪表制造得到了迅速发展。同时，机械制造业、新材料制造的新理念、新思想也广泛地应用于航空仪表的制造、使用当中，这为航空仪表的持续、创新发展创造了机遇。第三，科学技术的发展、电子技术的发展、信息通信的发展极大地促进了航空仪表的发展。在航空仪表进入综合化、自动化以后，科技、电子和通信的发展给航空仪表的发展带来了巨大契机，航空仪表逐渐向智能化方向发展，届时人机“交流”更加通畅，飞机的驾驶更加智能化，数据的收集、处理和传输更快、更准，其发展能够为航空事业的发展提供更大助力[4]。

2.2航空仪表的发展趋势

航空仪表可分为飞行仪表、导航仪表、发动机仪表和系统仪表，随着航空仪表的继续发展，这些分类的界限会越来越模糊，航空仪表的功能会更加综合化、智能化。同时，结合航空仪表以往的发展，其未来发展趋势必将围绕以下几点进行。第一，观测仪表的方便性、准确性。最初的机械仪表、电气仪表要通过人眼直接观测，通过观测不同的仪表，记忆仪表反馈信息，再通过大脑对这些信息进行加工，最后飞行员对飞机驾驶做出反应。这一个过程不仅很长还容易出错。航空仪表发展进入综合化、自动化以后，飞行员可以通过观测显示器得到综合性的信息，再以此为依据进行判断，做出反应。发展到近代以后，航空仪表的显示器更加先进，航空仪表系统对于数据的收集、存储和处理更有效率，这就把人眼、人脑很大程度上从仪表观测及分析中解放出来。而且现代化的航空仪表输出信息更直观，对于信息的处理更智能化，因此飞机可以在自动驾驶状态下安全、平稳飞行。由此可见，航空仪表的发展趋势应该向更加智能化、综合化的方向发展，进一步把人从飞机驾驶中解放出来，同时也为无人驾驶机的发展开辟创新路径。第二，航空仪表会向更高灵敏度和精确度方向发展。在航空仪表的发展中，灵敏度、精确度一直是衡量航空仪表发展水平的关键，在现代航空航天中，飞行器要面临复杂的环境，更高灵敏度、精确度是航空仪表发展的需要，也是未来航空航天发展的需要。第三，航空仪表的显示器发展将是航空仪表发展的重要方向之一，从航空显示器将人眼从众多仪表观测中解放出来时，航空显示器的研究得到重视，一方面，通过观测显示器可以获得飞机的综合信息，进而得出准确的控制结论，提高了飞行员的驾驶水平。另一方面，显示器通过字符、图形、表格等众多形式表现飞机的飞行状况，从而起到了预防安全风险、保障安全驾驶的作用，为航空航天事业的发展做出重大贡献，因此，航空仪表发展中显示器的重点研发是航空仪表发展的方向之一。第四，航空仪表新材料的研究和应用也是航空仪表的发展趋向。一方面，航空仪表的发展要充分考虑仪表的寿命和可靠性，因此需要稳定、耐用，要确保在任何环境下使用性能都非常好，就要从新材料的使用入手进行研究。另一方面，航空仪表制造材料的价格、技术潜力等也是新材料研发的方向之一，通过研究可以降低航空仪表的成本，开发出更有价值的航空仪表产品。总之，通过新材料的研究和应用使航天仪表的使用寿命更长、使用效益更高是未来航空仪表发展的方向[5]。

3 结语

时代在不断向前发展，科技、信息技术、航空航天技术等都在不斷向前发展，航空仪表作为航空航天业发展的一部分，其发展应该与时俱进。特别是在现代科技、信息技术等的支持下，航空仪表的发展有很多机遇，其发展也能带动很多行业的发展。而且航空仪表发展一旦滞后，会影响航空航天业的发展，会给民航、空战等带来诸多问题。因此，努力发展我国航空仪表制造业，做好航空仪表科研，是推进我国综合实力发展的正确路径，也是提高我国航天航空业发展的必由之路。

参考文献

[1] 张栋善，赵成.航空电子仪表的发展与应用[J].电子测试，2018（5）：135.

[2] 翟荣斌.基于参数化模块化的航空仪表设计平台开发[J].机械工程与自动化，2017（3）：82-83.

[3] 李先翠.航空电子仪表的发展与应用[J].中国航班，2019（9）：37.

[4] 王旭.海军航空仪表的发展动向与分析[J].舰船电子工程，2015（6）：22-25.

[5] 伍瑞卿，张雷，李小翠，等.航空仪表图像自动监测系统研究[J].无线电工程，2017（12）：30-33.