■宋 茹 周 樂 周笑玥

今年5月，國外一家航空儀表公司宣布，該公司研發(fā)出一款適用于多種機型的機載防撞系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠有效檢測到飛機周圍環(huán)境變化情況，并通過航空儀表盤顯示各種符號和顏色，幫助飛機用最佳方案規(guī)避危險。

作為戰(zhàn)機飛行狀態(tài)信息的真實 “記錄者”，儀表能夠引導飛行員在各種飛行環(huán)境下做出正確的判斷和操作，為安全飛行提供有力支撐。自一戰(zhàn)以來，隨著科技快速發(fā)展，航空儀表不斷更新迭代，從最早的機械儀表一步步發(fā)展為電子綜合顯示儀表。

航空儀表雖然個頭不大，但設計制造要求極為精密，其關鍵核心技術考驗著一個國家航空電子工業(yè)制造水平。站在世界維度看航空儀表發(fā)展，它有哪些核心功能？制造難點是什么？后期又該如何維修保養(yǎng)？請看本文為您一一解讀。

國外某型戰(zhàn)機儀表。資料照片

記錄信息脈搏——

“一表多用”一目了然

現(xiàn)代戰(zhàn)機逐漸朝著高速度、高機動性和多任務性演變，飛行環(huán)境也愈發(fā)復雜。如何在復雜飛行條件下精確掌握戰(zhàn)機的飛行狀態(tài)，航空儀表的作用至關重要。

早期，人類飛行還處于探索階段，科學家并沒有為戰(zhàn)機設計專門的儀表。萊特兄弟首次飛行時，“飛行者一號”飛機上只有一塊秒表、一個風速計和一個轉速表，只能反饋出極其簡單的飛行參數，需要飛行員結合自身經驗判斷飛行狀態(tài)變化。

戰(zhàn)爭催生新裝備誕生。一戰(zhàn)時，英國S.E.5型戰(zhàn)機上安裝了3種專門的飛行儀表和4種發(fā)動機儀表。但飛行員仍然主要依靠目視觀察飛行環(huán)境，儀表僅作為一種功能非常有限的飛行輔助工具，并沒有發(fā)揮太多實質性作用。

這樣的飛行方式沒有持續(xù)太久，隨著戰(zhàn)機飛行速度、高度不斷增加，科學家發(fā)現(xiàn)，僅依靠肉眼觀察，飛行員很難在短時間內對飛行狀態(tài)做出判斷，遇到大霧、雷雨等惡劣天氣時，甚至會因誤判引發(fā)飛行事故。他們意識到，利用儀表飛行已經迫在眉睫。

1929年，航空儀表終于迎來“高光”時刻。美國飛行員杜立特爾用帆布蓋住座艙，在看不見外界飛行環(huán)境的情況下，完全根據儀表數據進行飛行試驗。這段“蓋罩”儀表飛行，堪稱奇跡，成為航空科技發(fā)展史上一座新的里程碑。

這一時期的儀表以機械式和電氣式為主，受到技術能力限制，其靈敏度較低、指示誤差較大、抗震穩(wěn)定性差等問題逐漸暴露，倒逼著科學家絞盡腦汁開始了新一輪的創(chuàng)新工作。

20世紀50年代，航空儀表發(fā)展到第二代，出現(xiàn)了各種機電式伺服航空儀表及傳感器，故障率更小、精度更高、傳輸信號更強。

不過，第二代航空儀表也暴露出一個致命問題——隨著機載設備日益增多，儀表數量大幅增加，儀表板變得擁擠不堪，對飛行員讀取數據造成了極大干擾。于是，將功能相關儀表巧妙組合在一起，成為航空儀表發(fā)展的必然趨勢。

“一表多用”理念很快應用到第三代儀表的研發(fā)工作中。沒過多久，以綜合羅盤指示器、組合地平儀為代表的機電式綜合儀表成功問世，并一直沿用至20世紀60年代末。

技術催生變革，航空儀表的科技化趨勢于此時萌發(fā)。隨著電子技術快速發(fā)展，液晶顯示器、發(fā)光二極管等新型光電元件相繼問世，航空儀表技術跨入第四代。在第三代“一表多用”理念基礎上，科學家通過信息數據集成研發(fā)出電子顯示屏幕，并逐漸成為儀表盤上的新主角。例如，美軍F-35戰(zhàn)機首次采用整塊大尺寸多功能的觸摸式彩色液晶顯示屏，各種關鍵信息飛行員可以實現(xiàn)“一目了然”。

先進的屏顯技術讓航空儀表成為戰(zhàn)機上最精密、造價最高的設備之一，也成為判斷戰(zhàn)機先進性的顯著標志。

儀表遇上“黑科技”——

引領時代的“潮品”

隨著戰(zhàn)機性能迭代提升，飛行員需要掌握的飛行參數越來越多，這對航空儀表的輸出功能提出更高要求。

現(xiàn)代航空儀表“家族”龐大繁多，按照功用劃分，可以分為4大類——指示戰(zhàn)機飛行參數的飛行儀表、檢測發(fā)動機工作狀態(tài)的發(fā)動機儀表、指示飛機相對地球位置的導航儀表、指示戰(zhàn)機操作和空調電源液壓系統(tǒng)運行情況的狀態(tài)儀表。

儀表之間配合默契，能夠提供龐大的飛行數據?！俺壌簏S蜂”戰(zhàn)機的顯示器上能夠呈現(xiàn)出62種畫面、600余種不同符號，排列組合起來超過1000多種信息，為戰(zhàn)機飛行安全提供重要保障。

作為戰(zhàn)機飛行數據的真實“記錄者”，儀表最重要的性能之一是要保證顯示參數的準確性。現(xiàn)代航空儀表集合了傳感技術、量子力學技術、智能化技術等一系列“黑科技”，成為戰(zhàn)機最核心的系統(tǒng)之一。

以陀螺儀為例，它是戰(zhàn)機上最精密、科技含量最高的儀表之一，能夠為飛行員提供戰(zhàn)機精確的方位、俯仰、位置、速度等一系列信息，其重要性不言而喻。自陀螺儀誕生以來，其研發(fā)制造工藝一直是尖端核心技術。目前，世界上只有少數國家具備陀螺儀的研發(fā)和生產制造能力。

早期陀螺儀多為機械式，之后發(fā)展為光學陀螺儀，為滿足航空裝備性能監(jiān)測需要，各種先進技術被應用于陀螺儀研發(fā)工作中。經過科學家多年研究，一種名為微電子機械系統(tǒng)（MEMS）的陀螺儀成功誕生。

顧名思義，“微”系統(tǒng)內部將傳感器、信號處理和電路等一系列部件，集成在一個小型系統(tǒng)中，具備智能化、微型化、集成化等諸多方面優(yōu)勢，非常適用于大批量生產，很快受到各國軍工企業(yè)的青睞。

那么，MEMS陀螺儀是如何生產的呢？

以國外某MEMS陀螺儀為例，與多數人想象中的“陀螺”形狀不同，它將先進的微電子技術和微加工技術相結合，采用半導體生產中的成熟工藝，通過制作電路、鍵合、退火等一系列工序，將機械裝置和電子線路集成在幾乎只有指甲大小的硅質芯片上；再經信號測試校準等一系列嚴格測試后，才能正式投入使用。

此外，為了防止內部高溫濕熱和一些高速飛行的污染物進入，設計師通常會選擇密封圈、橡膠管等材料，通過封膠、焊接等工藝，對產品進行密封，延長其使用壽命、防止材料腐蝕。

MEMS陀螺儀不僅在戰(zhàn)機等軍事領域大顯身手，而且在智能手機、智能駕駛、無人機等民用領域得到廣泛應用。隨著人類對智能電子設備需求不斷增大，MEMS陀螺儀逐漸成為引領時代的“潮品”。

從“疑似”到“確診”——

戰(zhàn)機健康的“晴雨表”

航空儀表作為飛行員的“得力助手”，在戰(zhàn)爭中扮演著極為重要角色。然而，航空儀表的功用遠不止于此?；氐降孛?，儀表又搖身一變，成為戰(zhàn)機維修人員調試戰(zhàn)機的重要工具?？梢哉f，它是戰(zhàn)機健康的“晴雨表”。

在大修廠，當一架戰(zhàn)機進入總裝調試階段，“戰(zhàn)機醫(yī)生”常常依據儀表顯示參數，對異常指標進行調試修理。一架戰(zhàn)機想要重返藍天，必須經過儀表“同意”，才能夠辦理“出院”手續(xù)。

顯然，無論飛行員還是維修人員，都要依據航空儀表反饋數據來判斷戰(zhàn)機性能狀態(tài)。如果航空儀表自身“帶病上崗”，就會提供錯誤參數，按照錯誤的參數調試和操縱飛機，極易引發(fā)重大事故。

在這種情況下，確保航空儀表“健康”就變得尤為重要?，F(xiàn)代航空儀表結構復雜、電路精密，極易因部件老化、運輸顛簸等原因發(fā)生故障，區(qū)別于機械系統(tǒng)，電路信號看不見、摸不著，“病灶”發(fā)生位置判斷極為不易，這給檢修工作帶來不小挑戰(zhàn)。

在實際應用過程中，科研人員與維修人員對航空儀表檢修方法的探索從未停止，在長期實踐與摸索中，逐漸形成了系統(tǒng)檢修方法，并歸納為以下三步：

第一步重現(xiàn)故障。當航空儀表出現(xiàn)故障后，為了快速精準地識別故障信息，維修人員通常會模擬電子儀表的正常工作環(huán)境，還原故障發(fā)生的場景，尋找“病情原因”，防止“誤診”情況發(fā)生。

第二步隔離故障。對“病情原因”初步判斷分析后，維修人員會將疑似問題進行標識和隔離，切斷與其他元器件的聯(lián)系，避免局部故障造成更大面積的“并發(fā)癥”。在隔離區(qū)域內，維修人員將逐步排查，進一步縮小“病情”范圍。

第三步排除故障?！安∏椤狈秶s小后，根據儀表的工藝特點、內部結構、故障表現(xiàn)進行地毯式排查，維修人員將通過更換元器件、檢查電路焊點等方式，將“疑似”變?yōu)椤按_診”，采取針對性“治療”，直到故障徹底消除。

故障消除就代表戰(zhàn)機恢復健康了嗎？當然不是。

為了確保萬無一失，在戰(zhàn)機起飛前，維修人員、飛行員還要對儀表和設備再次檢測和調試，逐項排查各種隱患，經過一系列“復診”，所有指標檢測合格后，戰(zhàn)機才能順利出廠。