飞机驾驶舱泛光照明的设计分析

飞机驾驶舱泛光照明用于照明仪表板、左右控制台和中央控制台。合理的驾驶舱泛光照明可以保证飞行员快速、清晰、不易疲劳。否则，判断和操作错误会增加，即人为错误率会增加。根据国外飞行事故统计分析，人为错误造成的事故占所有事故的40%，直升机占70%。驾驶舱泛光照明不合理，视觉疲劳是人为错误的直接原因之一。

验证设计的合理性。验证设计的合理性。

1.驾驶舱照明相关标准

现行民用飞机驾驶舱照明标准大致分为适航规则和行业标准。适航规则CCAR － 25 该部门只对驾驶舱照明提出了定性要求，但尚未提出定量要求。现有的国家军事标准和航空工业标准大多制定在20世纪80年代和90年代，照明技术参数不能完全满足现代民用飞机的需求。最具代表性的外国标准是美国的军事标准和SAE标准，这些标准大多是2000 多年后，能更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要求，详见表1。

表1 泛光照明设计要求

2、led 泛光照明的优点

如节能、寿命长、稳定性好、抗震性好等。如节能、寿命长、稳定性和抗震性好等。

LED 利用PN 结中少子与多子的结合实现发光，发光波长对应PN 结的禁带宽度。LED 照明光源具有体积小、可靠性高、启动冷、亮度可调性好、低压直流工作安全等优点。LED它属于一次光源。在发光过程中，电能直接变成光能。在与普通白炽灯保持相同亮度的情况下，其功耗仅为后者的十分之一。LED 是固态光源，无活动部件和易损部件（ 如灯丝等） ，良好的抗振动性能。LED一般寿命可达2万~1万 与荧光灯相比，小时远高于白炽灯，响应速度快。LED不含有害人体健康的汞，是无污染光源。

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。LED 的可靠性高（ 国外供应商提供的泛光灯MTBF 值可达50000小时) ，因此，可以大大降低飞机照明系统的故障率，降低飞机的维护成本。

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，常用的有红光、白光、蓝白光、夜视绿等4种 种光色。GJB455-88认为驾驶舱照明可以选择红光、白光和蓝白光，并规定其色度坐标范围。SAE ARP1048和SAE AS264只提到红光和白光，只要求红光波长600nm 以上。MIL－DTL－7788H要求四种光色均匀。

灯光颜色的选择主要基于不同的视觉需求，即根据不同飞机的飞行任务需求和总体要求选择合适的灯光颜色。一般来说，对于民用飞机来说，飞机航程长，飞行时间长，非常强调为飞行员创造良好舒适的工作条件和环境。由于飞行员长时间工作精细，很容易造成视觉疲劳，所以白色照明更适合中远程民用飞机的驾驶舱照明。飞行任务要求飞行员保持最佳的外部视力，即中低空飞行，需要频繁更换观察舱内外飞行时间短的飞机，驾驶舱更适合红光照明。对于飞行任务，我们不仅要区分颜色差异，还要粗略观察目标细节，选择红白光之间的蓝白光更合适。

3. 2 供电分析

LED使用低压直流电源（ 电流） 因此，在使用控制LED 照明时，对飞机电源系统也提出了更高的要求。据调查，国内外军用民用飞机采用的电源系统主要有115台 /200V 400Hz115/2000恒频交流V变频交流、28V低压直流和28V 直流和115/200V由变频交流组成的混合电源系统等。前两种电源系统不提供低压直流电源，若使用LED灯，每个LED灯必须配备电源箱，这将增加照明系统的重量，降低系统的可靠性。后两个电源系统直接提供28个V 更适合直流电源LED 使用光源。

3. 3 布置分析

布局分析是根据驾驶舱的整体布局和各系统的照明需求来确定泛光灯的安装位置，使安装设计既能满足各系统的整体输入需求，又能满足相关标准的要求。驾驶舱空间有限，设备布局非常紧凑。

泛光灯的布置不仅要让飞行员看得清各操纵面板，还要尽量避免眩光，做到光线柔和，提供一个舒适的光环境。

1 驾驶舱照明布局典型

现代民用飞机驾驶舱灯具的典型布置如1所示。仪表板泛光灯布置在遮阳板下表面，侧操作台泛光灯布置在侧操作台上方窗户下边缘，中央操作台泛光灯布置在顶部控制板上。

3. 4 调光控制分析

3. 4. 1 PWM调光

LED 当驱动电流在一定范围内变化时，光特性通常被描述为电流函数，而不是电压函数，LED光通量随着驱动电流的增加而不是线性增加（ 如2 所示） ，因此采用恒流源驱动可以更好地控制LED亮度。

2 光通量与驱动电流的关系曲线

LED它可以实现快速开关，开关速度可以高达微秒，这是任何发光器件都无法比拟的。因此，恒流源用于改变LED切断时间的方法可以改变其亮度（ 当电流恒定时，LED亮度与导通时间成正比) ，即脉宽调制（PWM）调光法。

PWM调光的本质是通过的PWM 信号控制LED在一定的固定频率下，通过调整脉冲的比例来改变LED开关时间。在整个工作过程中LED 电流值要么为零，要么为恒定值。由于利用人眼的视觉暂留效应，达到一定频率后，人眼对准LED亮度感是连续稳定的光。

PWM与传统串联电阻降压调光相比，调光具有以下优点：

a） 保证调光过程颜色的一致性： 改变LED的电流会使LED的PN结温度发生变化，导致发射光谱的功率分布发生变化，进而导致发光颜色发生变化。PWM调光只改变电流脉宽调节LED 亮度，电流值在通电时间内保持不变，因此PWM调光可保证调光过程中颜色的一致性；

b） 降低功耗： 在黑暗状态下，电压调光电路的大部分功率消散在电位器和其他电阻设备上，并使用PWM调光可避免此类功耗，从而有效降低功耗；

c） 总线控制技术易于实现。

3. 4. 2 LED泛光照明的调光设计

民用飞机对泛光照明的调光采用分区调光的控制方法。泛光照明分为五个照明区： 包括仪表板左侧泛光照明、仪表板右侧泛光照明、左控制台泛光照明、右控制台泛光照明和中央控制台泛光照明。相应设置5个区域调光旋钮，每个调光旋钮100%连续调节区域泛光照明。

为更好地保证光色均匀性和调光一致性，LED采用泛光照明PWM 调光方法，通过调光控制箱实现。泛光照明作为主照明的备用光源，由于安全余额，模拟调光信号直接传输到调光控制箱。调光控制箱通过硬线输出PWM信号给各区域的泛光灯，如3 所示。

3 LED 泛光照明调光架构

当飞机遇到雷雨时，泛光照明可以通过雷雨开关STORM统一控制。调光控制盒直接接收雷雨开关的模拟信号，并根据接收到的信号调整输出，使驾驶舱内所有的泛光照明处于最亮状态。