航空电子设备的历史
20世纪70年代以前,航电这个词还没有出现。当时的航空仪表、无线电、雷达、燃油系统、发动机控制、无线电导航都是独立的,大部分时间都属于机械系统。
航空电子诞生于20世纪70年代。随着电子行业的整合,航空电子市场正在蓬勃发展。20世纪70年代初,全球90%以上的半导体产品用于军用飞机。到了90年代,这个比例还不到1%。自20世纪70年代末以来,航空电子设备逐渐成为飞机设计中的一个独立部门。
推动航电技术发展的主要动力来自冷战时期的军事需求而非民用领域。大量飞机成为飞行传感器平台,如何让这么多传感器协同工作成为新问题。今天,航空电子设备已经成为R&D军用飞机预算的最大部分。粗略估计,F-15E和F-14 80%的预算都花在了航电系统上。
航空电子设备在民用市场也获得了巨大的增长。飞控系统(电传操纵),恶劣空域条件带来的新的导航需求也促使开发成本相应上升。随着越来越多的人将飞机作为他们的主要交通工具,人们正在不断开发更复杂的控制技术,以确保飞机在有限的空域环境中的安全。同时,民用飞机自然要求所有的航电系统都局限在驾驶舱内,这使得民用飞机在预算和发展方面第一次影响到军事领域。
航电设备经历了漫长的发展道路,经历了几次大的变革,每次变革都提升了飞机的性能,进一步推动了航电技术的发展。在航电系统的发展中,系统结构是不断发展的,因此航电系统的“结构”成为了一个划时代的主要依据。
早期的航空电子系统是一个离散的结构,该系统由许多“独立”的子系统组成,每个子系统都必须依赖飞行员的操作(输入),飞行员不断接收来自每个子系统的信息,以保持对武器系统和外部情况的了解。50年代战斗机F-100,F-101采用典型的离散结构。
混合结构是向综合过渡的一种结构形式,表现为火控计算机、平视显示器、火控雷达等子系统之间的综合。大气数据计算机、高度表、空速表、垂直速度表、攻击传感器和大气温度传感器的组合;飞行制导计算机、导航系统和塔康的组合。每个子系统通过广播数据传输总线(如ARINC429)连接。
组合结构(也称集成结构)是美国DAIS研究计划的主要成果。它通过1553总线链接大部分航电子系统,实现统一的信息调度。这一时期的另一个重要特点是电子技术已经应用于飞行的关键部分,如飞行控制和地形跟随。与此同时,传感器和子系统的能力一直在增加,如雷达能力、红外传感器、激光测距和电子战设备。这种结构被美国现役战斗机采用,如F-16C/D、F/A-18、F-15E等。这种结构在美国和其他国家已经成为一种成熟的技术,许多飞机都采用这种系统进行改装和更新。
新一代航电系统结构(即一体化程度更高的结构)是基于美国“铺路支柱”项目的结构概念。该计划于20世纪80年代完成。最早实现“宝石竹”系统结构的战斗机是美国的F-22战斗机,RAH-66轻型攻击/侦察直升机也采用了这种结构。子系统通过1553和HSDB(高速数据总线)连接。
继“宝石竹”项目之后,美国正在实施“铺路帕莱”项目,并继续向纵深方向推进一体化。系统一方面实现各系统处理功能(通用处理模块和动态重构)的集成,进而实现传感器功能和信号处理功能的集成;另一方面,整合的范围也在扩大。包括飞行控制、发动机控制和通用设备控制,形成飞机管理系统的概念,将应用于21世纪的美国军用飞机。