ils仪表着陆系统统是什么意思 《法语助手》法汉

F-14雄猫式战斗机
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F-14雄猫式战斗机(F-14 "Tomcat" Fighter)是曾使用的一款及长程拦截用。采双发动机、与双尾翼、双座配置,由格鲁门(Grumman)公司承包开发制造,专门负责以航空母舰为中心的舰队防卫任务。首架F-14于1970年试飞,1974年正式服役,以取代鬼怪式战机作为美国航空母舰舰队的防卫。F-14在服役后期曾追加,具备有基本的精确对地攻击能力。F-14在美国海军服役32年后,于日正式退役,由所取代。
可变后掠翼是F-14的一大特点,在高速时,主翼完全后掠而成三角翼状(左),在低速时,主翼伸展(右),使得F-14在各种高度、速度都有最佳的升阻比。
F-14的设计定位为制空战机及海军长程,为使驾驶者有良好视野,其驾驶舱罩为设计,驾驶舱有两个座位,前者为驾驶员,后者为雷达拦截官(RIO-Radar Intercept Officer)。机翼为设计,机翼后掠角度可随飞行速度改变,以使在任何速度机翼的升力及阻力都能做到最优化。
两具引擎分别置于机身左右两侧的独立机舱,各离机身1-3呎远。机身由驾驶舱往后渐修薄,在两引擎之间形成一扁平机体,这个扁平机体形成了机翼以外的另一升力体,产生额外升力,占整体升力的40%-60%(视机翼后掠角而定),当中容纳了油箱、航空相关设备(例如可变后掠翼的机械)及飞控系统。此扁平机体下方可以挂载各式各样的武器或其他装备,基本的包括AIM-54、AIM-7及AIM-9飞弹,而内置武器为一具20mm
置于左侧。
机身与机翼
一架隶属于第211战斗机中队(VF-211)的F-14正在上进行飞行前的准备。
F-14在两引擎之间有一扁平状机身、常被暱称为「pancake」(薄烤饼)。
F-14翼套附近的近照,主翼完全伸展,翼套后的气袋(黑色部份)充气填补了主翼伸展后留下来的缝隙,同时主翼上其中一片扰流板(红色)也已张开。
F-14机身为三胴机体结构,两个引擎分别置于驾驶舱两则后方的独立舱体内,与驾驶舱相隔数吋之远,驾驶舱往后渐修薄,在两引擎之间成一扁平状机身把两引擎相连,此段机身容纳了油箱、电子、飞控系统,与及可变后掠翼的机械结构。这种气动布局与把引擎喷嘴紧密靠近相比有较低的气动阻力,因为两喷嘴过于紧密会气流交互干涉而扁平的机身也成了机翼以外的升力体,为战机带来额外的升力,降低了翼负荷,大为提升了转向能力,前苏联的Su-27系列也使用类似设计。
F-14的机翼后掠角度可以由20°(完全伸展)至68°之间变动,最大变动速度为每秒7°后掠角由机上的飞行电脑(Central Air Data Computer - CADC)自动控制(必要时也可由飞行员直接控制),使机翼在任何高度与速度下都能达到最佳的升阻比,使得F-14有惊人的高速及转向性能。停泊时,机翼后掠角可增至75°,与水平尾翼(升降舵)部分重叠,以节省航空母舰上的宝贵空间。在紧急情况下,机翼后掠角68°或不对称也能在航母升降。
机翼前后都有襟翼,在低速时,例如降落,可以下打以增加升力。每机翼上有4片扰流板,控制扰流板打开的数目就能在不影响俯仰角不变的情况下控制升力,在航母降落时,飞行员就能保持对飞行甲板的视线下精确控制飞机的高度及下降速度,以使飞机在甲板上的适当位置着陆,格鲁曼称这控制方式为"直接升力控制"(Direct lift control - DLC)。
两引擎前方、进气道外则各有一翼套,可变后掠翼的转动点就在翼套内,使得转动点远离机身纵轴,目的是为了减少因可变后掠翼改变后掠角而引起的升力重心位置变动,由于三胴机体的两发动机相隔较远,相比同时期的F-111,F-14机翼转动点离机身较远,因此升力重心的移动更少。机翼固定于两个翼梁,各置于一长6.7m、横跨机身的箱型结构的两端,箱型结构内置了油箱,以钛合金制成,轻而强度高,但加工困难且成本高,格鲁曼在生产时使用了电子束焊接技术由于可变掠翼转动的需要,当机翼由完全后掠转至伸展时,原先后掠时机翼所在位置就留下了缝隙,这个缝隙会由可以缩胀的气袋封密填补,以免缝隙产生气动阻力,而气袋缩胀所需的高压气体则由引擎提供。
两翼套的前侧位置设有可收纳和张开的小三角前翼,作用可以让升力重心前移,目的是扺消机翼后掠时导致的升力重心后移及超音速飞行时产生的机首下压的现象。当主翼伸展至后掠角小于35时前翼会被禁止张开,以避免升力重心过度前移而导致不稳定在M1.4以上会自动伸出,这使F-14在M2下仍可以有7.5g的机动性,但后来为了简化维修而取消了此功能。就算前翼收起,翼套本身也对F-14的飞行性能有所帮助,除了提供升力外,翼套的后略角较大,形成了像双三角翼或LEX的作用,在较大攻角时(16°— 25°)会产生边缘涡流,流经主翼上方时令升力提升最多达40%,并在攻角达至90°也不失速。而机翼上的襟翼也可在机动时下打,除增加升力外也在主翼上方产生低压吸引机首产生的涡流远离垂直尾翼,使垂直尾翼在高攻角时也能发挥较大的作用,保持机身的横向稳定性。以上使F-14有相当的高攻角性能,在小于38°攻角可完全受控,而瞬间则可以拉大到65°。
三胴机体减少了气动阻力、可变后掠翼优化了在任何环境下的升阻比、加上扁平机体产生相当的额外升力(特别是当主翼收入至最大后掠角时,超过60%的升力由机身产生),F-14的敏捷性远比预期为佳。但由于可变后掠翼的翼轴在机动时会承受极其强大的应力,F-14的机动最大只可有7.5g。
F-14的水平尾翼可以在+15°至-35°之间差动或连动,负责控制升降及与扰流板一起充当副翼的功能,当主翼后掠角小于50°时,侧滚是由扰流板及水平尾翼一起负责,大于50°时就由水平尾翼负责。
F-14的原设计只有一片垂直尾翼,在引擎舱下方设有可收折的腹鳍,以增加在超音速飞行时的稳定性,但经风洞测试后改为后果更佳的双垂直尾翼,外倾5°,置于两引擎舱的上方,只保留细小的外倾腹鳍,以平衡垂直尾翼所产生的阻力,并简化为固定式。与单一垂直尾翼相比,双垂直尾翼可以在保有同样操纵性下有较低的高度,较适合航舰的操作环境。
由于机翼后掠角是可变的,机翼下的挂架不可能以固定方式装在机翼下,不然武器的指向就不能与机首指向一致,若要挂架随后掠角变动作对应的调整,机械上就变得复杂,重量、可靠性及成本都有影响,幸而F-14的扁平机体及翼套提供了足够的位置给武器挂架,格鲁曼于是将所有挂架都设置于扁平机体及翼套。引擎舱下也可以各加装外部油箱。
F-14A 采用2具P&W TF-30-P-414A引擎
F-14A+和D改采用2具GE F-110-GE-400引擎
F-14A的前座仪表配置(1984年)
F-14D的仪表配置,增加多功能显示器(Multi Function Display, MFD)的使用
F-14A使用两具(Pratt & Whitney)生产的TF30低旁通比。TF30是美国第一部涡轮风扇发动机,使用于当时的F-111、A-7。TF30只是海军无可选择下的“临时性”决定,TF30的性能并不符合F-14的设计要求(F-14设计推重比为1),用上了TF30的F-14推重比与F-4一样,只是F-14优异的气动性能使F-14比F-4有更高的爬升率。
F-14的进气道有活动的斜面、分流门,由飞行电脑控制,使震波在任何速度、高度下也远离引擎,喷嘴有可动瓣,可根据引擎需要而调节。即使如是,TF30的可靠性、稳定性仍远低于要求,有28%的事故跟引擎有关,压缩段叶片容易失速,例如吸入已发射导弹留下的气流,如果问题发生的时候没有及时的进行修正,F-14会进入难以回复的水平旋转(以F-14飞行员为主题的著名军事电影《》(Top Gun)中就曾出现过类似场景),初期曾有压缩段叶片断裂后飞出而损及机体,因此要更换叶片材质,另外还在发动机的风扇段加外壳以减少断裂叶片对机体的损害。涡轮段的单晶叶片耗损速率高过预期、良品率低。后燃器常常无法点燃。TF30问题曾经导致F-14需要停飞。飞行员也不能随意快速改变油门。日由甘迺迪号航舰上,一F-14失去控制掉入的意外算是最有名的一桩事件。美国海军怕会捞起并得到机上雷达与,威胁舰队整体安全,调动大批舰艇以及机密的NR-1核子动力潜艇进行,两个月后终于将飞机与所有的飞弹捞起。
性能不足、可靠性低,海军曾想改用为F-X计划(也就是后来的)研发的发动机,海军版为F401-PW-400,但是在发展阶段海军决定退出计划,这也间接导致后来F100发动机的测试与性能发生问题,美国空军一度还要和普惠对簿公堂。之后美国海军考虑过授权生产的斯佩(Spey)发动机、F401-PW-26C以及(GE)新开发的F101X,但最终还是回和空军合作,使用发展替代F-15与这两款战斗机所使用的F100发动机。
经过普惠与奇异两家公司的竞争之后,美国空军在1979年3月给奇异公司一份30个月的F101DEF发动机的研发订单。换装F101DEF进行试飞的F-14于日试飞,到1982年3月测试完毕,效果良好。新引擎的效率较高,增加了F-14的作战半径;推力的增加,弹射起飞时再不用开,更重要的当然是再没有TF30的可靠性问题。在美国空军首先订购的诱因下,海军也决定采用F110-GE-400发动机在新生产与现役的F-14机体上面,而这一款海军版的发动机与空军的F110-GE-100有82%的零件互通性。装上新发动机的F-14,爬升率增加61%,作战半径增加35%,拦截半径增加62%,除此之外,飞行员再也不需要担心快速变化时发动机会有熄火或更严重的问题发生,不受任何限制的自由操作以发挥F-14最大性能,且维修间隔也比TF30发动机增加近一倍。
航电与飞控
F-14的驾驶舱内配置两位飞行员,其中前座为驾驶员,后座则是雷达拦截官(RIO),驾驶员座设有抬头显示器(HUD),由于研发年份较早,在F-14A、B型上并无多功能显示器(MFD - Multi function display)的配置,一直到之后的F-14D才开始配置。
F-14有一值得注意的Central Air Data Computer,是早期版本F-14的综合飞行控制系统,采用以MOS技术制成LSI的芯片组,MP944,是史上第一部的微型处理器设计。
F-14的电子反制系统(ECM)十分复杂,主要装备是(Hughes)开发的AN/AWG-9远程火控系统,工作于X波段,其内置了敌我识别功能,使用平面数组雷达天线,功率达10kW。量大对搜索范围达190km,单一目标追踪距离达150km,对战机目标锁定范围120-140km。可以同时追踪24个90km内的目标,并能同时导引式远程空对空导弹对其中6个目标进行攻击。AWG-9对低高度目标同样有探测及锁定能力。
F-14也拥有在当时独有的数据链,能把雷达测得的数据与其他F-14分享,如此,F-14的雷达画面可以显示其他F-14探测到的目标。
其他的航电的电战设备有电战系统、雷达告警系统,雷达干扰丝,红外线干扰诱饵及导航系统。早期使用惯性导航系统,后来增加GPS。红外线干扰火焰弹诱饵置于机尾。电战系统、雷达告警接收机系统共有4个天线,可以大约测出威胁所在的方向与距离,也可分别出该雷达正工作于搜索、追踪或导引模式,该系统还可分析并发射所需的干扰信号。
初期装有红外线探测器,但发现效果不佳,被诺斯洛普的AAX-1光学电视所取代,但只在昼间有作用,电视的有效范围可达97km,可以自动追随雷达所发现的目标。当新的F-14D装备服役时就换上IR/TCS战术电眼系统,同时包含了红外线与光学追踪功能。
发射凤凰飞弹
挂上六枚的F-14
F-14拦截苏联熊式长程轰炸机,是冷战时期东西方抗衡的经典画面
经典的骷髅涂装F-14
基本武器为内置于机身左则座舱下方的一门20毫米口径。F-14的砲弹供应系统与其他战斗机稍有不同的地方是,使用完毕的弹壳会被送回到弹药鼓中,不会排放到机身外,原因是机炮位于进气口的前方,抛弃的弹壳有可能被吸入而损伤发动机。备有藏弹量676发,射速可选每分钟发。由使用了,翼下挂架需要配合机翼的角度变化而旋转,所以F-14的机翼并无挂架,武器挂架置于机身多处:
扁平的机身下方、机腹位置,分前后两排共有4个武器挂架;此处可以携带炸弹,空对空飞弹,干扰与侦查荚舱等。
两翼套下也有一武器挂架,可以使用双联装挂架携带两枚空对空飞弹,一枚飞弹与一具火箭夹囊,或者是一枚飞弹与低空夜间标定暨导航荚舱(LANTRIN)。当F-14携带6枚时,其中两枚是装在这个位置。
两边进气道下方各一处:此处专门携带。最初是设计用来携带凤凰飞弹,可是基于与地面的空间过小而改到翼套的位置。
可挂载的武器包括,,。
时代,为首的**势力所拥有之机载型以及反舰巡弋飞弹,有能力对美国舰队短时间内发射多枚飞弹,令美国舰队在同一时间内受到多枚飞弹攻击,也就是。为了御防敌方的饱和攻击,F-14配置休斯(Hughes)开发的AN/AWG-9长程系统,配合专为此雷达而设计的AIM-54凤凰飞弹(由于雷达系统与重量问题,其他战机难以使用此型号飞弹),可以同时追踪24个90km内的目标,并能同时对其中6个目标进行攻击或栏截。这是当时美军海军所拥有唯一的多目标同时接战系统,另一个多目标接战系统是9年后服役的神盾系统。F-14是当时唯一拥有类似的多目标同时接战功能的战机,直到1991年(17年后)服役后,美军才有其他战机做得到。
由于A-6的退役,而且无后继机,F-14在1990年代被赋予对地攻击任务,但因为F-14的主要任务是舰队防护,对地由其他战机负责,起初F-14只使用无导引的炸弹。之后为了能使用精确导引武器,F-14加装了(Low Altitude Navigation and Targeting Infrared for Night, LANTIRN),使F-14具有前视红外线系统,可于夜间作战及雷射目标标定能力。
其他武器与装备
早期F-14只有挂载各种,经过改良之后可以携带、、侦查荚舱和电子干扰系统等等。F-14选择在固定的翼套上设置左右各一处的挂载点。
伊朗伊斯兰共和国空军:由于零件、武器遭美国禁运,有报道说伊朗将改装了成为AIM-54的替代品。
F-14A是F14系列中第一种服役的机型,也是唯一外销的F-14。2006年9月所有F-14全部退役完毕,因此目前只剩下的F-14A仍在服役中。
早在F-14A服役之前,格鲁门公司已经知道TF30涡轮扇发动机有许多问题,因此于1970年2月提出换装新发动机的建议,预备采用的对象将会与设计中的FX,也就是后来的相同的发动机。改用新发动机的编号为F-14C。
可是在试飞33小时之后,海军决定取消换装计划,并以TF30继续装配F-14A,因此F-14B生产计划于1974年4月宣告终止。但许多技术应用到
后期型的F-14B、F-14D上面。
F-14A+/F-14B
美国空军对于普惠解决问题的消极态度不满之下,决定与海军合作发展第二来源,也就是获胜的F110涡轮扇发动机。空军用来换装F-15与,海军则为饱受批评的F-14更换。由F-14A换装发动机之后的编号最初为F-14A+,海军生产38架全新F-14A+与及改装48架F-14A为F-14A+。新引擎推力达123kN(开启后燃器之下),在不开启后燃情况下也能在航舰上弹射起飞,除爬升率增加61%,战斗巡逻半径增加35%,拦截半径增加62%外,战机的推重比也能在低载油量下超过1。F-14B也改用了新的雷达锁定预警系统ALR-67,第一架改装F-14A+于1986年12月首次试飞,第一架全新生产的F-14A+则于1987年11月首度飞行。1991年5月美国海军决定将这些飞机的编号修改为F-14B。在最初的改装计划当中,F-14A+/F-14B只是一个中间改装计划,所有F-14B最后都将提升至F-14D的规格,最后却因恶劣政治干涉取消。
一架升级为F-14D(R)的雄猫加装了ROVER,照片中红色圈内为ROVER的发射天线。
最后一型号的F-14为F-14D,跟F-14B一样是改采用了F110发动机。驾驶舱也全面玻璃化,增加了两个多功能显示器,雷达改用APG-71雷达,使有效探测距离增加至370km。数据链改用Link-15,并且加装IR/TCS系统。按原有计划,所有的F-14都会升级至F-14D的水平,但当时的国防部长拒绝批准F-14D升级,美国国会决定关闭F-14的生产线。前期承诺购买55架F-14D,最终有37架新造的F-14D,18架从F-14A升级至F-14D的水平,称为F-14D(R)。另有一计划为F-14更新电脑程序,使F-14能发射(先进中程空对空导弹),但在试射成功后被取消。在2005年,部分F-14得到Rover III(Remotely Operated Video Enhanced Receiver, 远程视频接收器)的升级、使地面部队的前沿空中管制官能实时地看见机上所能见的地面影像。
F-14的空军型,原本计划取代的本土防空拦截机的构案。最后输给。
技术数据(F-14D)
F-14三视图
乘员: 2 (机师与雷达拦截官—RIO)
长度: 62 英尺 9 英吋(19.1 m)
翼展: 31 英尺(9.45 m)
展开 **呎1吋(19.54 m)
收折 38呎2吋(11.65 m)
高度: 16 英尺(4.88 m)
翼面积: 565 平方英尺(54.5 m?)
NACA **A209.65 mod root, 62A298.91 mod tip
43,735磅(19,838 kg)
一般起飞重量: 61,000 磅(27,700 kg)
最大起飞重量: 74,350 磅(33,720 kg)
发动机: 两俱 Gneral Electric F110-GE-400 afterburnign turbofans
军用推力 13,810 磅 (51.4 kN) (每俱)
最大推力 27,800 磅 (123.7kN) (每俱)
最大载油量: 内部油箱16,200磅
最大速度: 2.34 马赫( 1,544 英里/时)(2,485 km/h )(高空)
作战半径: 500 海哩(572 英里,926 km)
最大航程: 1,600 海里 (1,840里,2,960 km)
最大升限: 50,000 英呎(15,240 m)
爬升率: &45,000 英尺/分(229 m/s)
翼负荷: 113.4 磅/平方英尺(553.9 kg/m?)
一架隶属于(Pacific Missile Test Center, PMTC,今海军空战中心前身)、携带着的F-14。1982年时摄于上空。
20mm火神炮,备弹675发
AIM-9两枚 + AIM-54六枚(此配置之重量使F-14无法在航舰上降落,加上阻力的限制,很少出现)
AIM-9两枚 + AIM-54两枚 + AIM-7三枚(冷战时期经常性配备)
AIM-9两枚 + AIM-54四枚 + AIM-7一枚
AIM-9两枚 + AIM-7六枚
AIM-9两枚 + AIM-54四枚
AIM-9两枚 + AIM-7四枚
AIM-120八枚+AIM-9两枚(仅作为测试用途)
铺路者雷射导引炸弹(Paveway)雷射导引炸弹,包括GBU-10、GBU-12、GBU-16(铺路者II)与GBU-24(铺路者III)等版本
,包括Mk-82、-83与-84等不同重量的版本
(Rockeye II)
战术空中侦察荚舱系统(Tactical Airborne Reconnaissance Pod System, TARPS)
荚舱(LANTIRN pod)
AN/APG-71雷达
AN/ASN-130惯性导航(INS)、(IRST)与战术控制(TCS)系统
远程视频接收器(ROVER)
伊朗空军的F-14,图为新式迷彩涂装
伊朗巴勒维王朝曾向盟友美国引入了F-14与其搭载的,后来发动的推翻了**的巴勒维王朝,使得美国与伊朗断交,美国向伊朗支付款项买回尚未交机的F-14,并中止了F-14的技术与后勤补给支持,因此使伊朗F-14在保修、训练方面陷入窘境。有鉴于美国中止了对伊朗的军火援助,伊朗当局就发动“自足奋斗”(有一说是将几架F-14交与中国研究并使其帮忙伊朗逆向制造零件),将F-14的零件国产化;在此同时伊朗也转而向前苏联与中国友好,改向两国购买武器。
锡德拉湾战役
美国与在利国沿岸的曾经发生过两次小规模的空战,史称「第一次和」,而利空军在两场空战中分别派出两架和均被美军击落。
F-14发动机停机时喷口不对称的现象
停泊状态的 F-14A 尾管「左小右大的情况」
F-14A 尾管「左小右大的情况」
停泊状态的F-14A尾喷管会出现左小右大的情况,这与F-14和TF30的设计有关。
F-14全机的液压系统和电力系统的能源供应全来自两台发动机,TF30发动机的变截面喷管动作由发动机上的加力燃烧室供油泵提供,喷管截面的调整除了可在飞行中由飞控电脑控制外,还设置了两种自动模式:起落架负重(weight on wheels)和起落架空载(weight off wheels)。
这两种模式由主起落架上的重量传感器控制,飞机在地面时处于起落架负重模式,发动机喷口会自动扩张至最大的状态降低排气速度,减低推力,避免高速排气对地勤人员造成伤害。
飞机起飞离地后,就会自动转换成起落架空载模式,此时除了开加力,发动机的喷口都是在收缩状态,增加推力。
由于TF30的这两种模式切换需要电力操作,出于安全理由万一在飞行中出现电力系统故障,需要自动收缩喷口以获得高推力,所以发动机在没有电力供应时的缺省为起落架空载模式,而无论飞机是在地面还是空中,F-14发动机停车是先右后左,右发停车后左发仍持续提供电力和液压供应,此时两台发动机都处于起落架负重状态,所以喷管都处于最大状态;当左发停车后,由于失去电力所以左发从起落架负重自动转成起落架空载模式,此时机体液压不会立即消失,还能以3000psi的压力运行一段时间,于是喷口就自动收缩了,形成一大一小的情形。基本上F110也是这样,由于喷管动作方式不一样,停车后F110已经收缩的左喷管会在重力的作用下慢慢变回扩散状况,故停泊状态的F-14A+/D两个喷管都处于最大状态。
其他作品中的F-14
《》(Top Gun,1986年):作为电影故事背景的就是以F-14作为学员的训练机。
《核子母舰遇险记》(The Final Countdown,1980年):在该片中VF-84中队的F-14戏份贯穿全片,并有穿越时空击落两架日本零式战斗机的镜头。整部电影全部在尼米兹号航空母舰上完成实景拍摄,并有RF-8、F-8、A-6、A-7、EA-6B、S-3B、E-2C等其他机种参演演出。
《》(Executive Decision,1996年):在该片后半段,隶属于美国海军VF-84「骷髅中队」的F-14A+受命前往拦截遭挟持的。
《》(Independence Day,1996年):片尾人类对发起反击时,庞大的机队是由包括F-14在内的各式军机所组成。
《》(Turbulence,1997年):电影后半曾出现过前往支持拦截的F-14,将因意外卡在747客机上的车辆击毁、让客机安全降落的剧情。
《》(Transformers: Revenge of the Fallen,2009年):狂派袭击航空母舰时,母舰上有许多F-14,但照年代美军的F-14早已退役了。
漫画、动画
《》(エリア88):日本漫画家自1979年开始连载的空中漫画与衍生动画作品。在故事中,主要配角之一的米奇·赛门(Mickey Simon)即是以F-14作为主要座机。
日本科幻战争动画《》(Macross)中的(Valkyrie)的设计就是参考F-14。
日本科幻战争动画《》中,主角驾驶的F-14应剧情需要遭"可变型战机"击落。
F-14伸出加油管,准备空中加油
美国仿照伊朗涂装的F-14作为假想敌机
F-14夜间从上起飞
VF-211中队的F-14A
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F-14A突破音障
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" style="width:120height:90px" src="https://wiki-gateway.eudic.net/wikipedia_zh/I/m/-F-14_Tomcat_sonic_boom.ogg.jpg">
以1马赫飞行的F-14掀起海面波滔(影片)
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与ILS信号耦合的飞机姿态仪
仪表降落系统(:Instrument Landing System,:ILS)又译仪器降落系统,俗称盲降系统,是目前应用最为广泛的精密进近和降落导引系统。这是一种在诸如低云、低能见度的仪表气象条件下可以正常运行,使用信号以及高强度灯光阵列来为飞机安全进近降落提供精密引导的陆基仪表进近系统。而这一套系统必须保证一定的精确度,因此,飞行校验组织每隔一定时间都会使用特别改装的飞机对于ILS的关键参数进行校准和验证。它的作用是由地面发射的两束无线电信号实现航向道和下滑道指引,创建一条由指向空中的虚拟路径,飞机通过机载接收设备,确定自身与该路径的相对位置,使飞机沿正确方向飞向跑道并且平稳下降高度,最终实现安全降落。
精密仪表进近图就是为ILS进近而出版的,它可以向飞行员提供仪表飞行规则下ILS进近所需的信息,包括ILS或其它助导航设施的频率,以及能见度最低要求。
位于跑道远端的航向台波束天线
位于跑道近端的下滑台波束天线
ILS航向台和下滑台的波束
航向台和下滑台
一套ILS系统主要由两个子系统,一个提供水平引导(航向台Localizer),另一个提供垂直引导(下滑台,Glide Slope或Glide Path)。通过两个子系统的配合使得飞机准确降落在跑道上。而这个引导是由飞机上的ILS接收机对接收到的无线电信号的调制深度进行比较得到的。
航向台的。通常是多对定向天线,固定在跑道末端外。频段在108.10与111.95MHz之间,间隔0.05MHz但十分位为奇数,故有40个频道。使用时发送两个信号,一个调制成90Hz,另一个调制成150Hz,由独立但安装在一起的天线发送。每个天线都发送一束狭窄的波束,一个在跑道中心线略左边,另一个在中心线略右。
飞机上的航向台接收机能测量出90Hz和150Hz信号的(Difference in the Depth of Modulation)。航向台两个频率的调制深度都是20%。故从两个信号的差异可以判断出飞机相对跑道中心线的位置。如果两个信号强度不一,那幺飞机不是在跑道中心线的延长线上。在驾驶室里,水平指示器HSI或航道指示器CDI会显示飞机相对跑道中心线的位置
下滑台天线阵安装在跑道接地区。其信号使用频段介于328.6和335.4MHz之间,与航向台一一对应。下滑台信号的中心线(即下滑道)一般设为与跑道成3°,波束深1.4°。与航向台相似,一束比下滑道高0.7°,另一束比下滑道低0.7°。
这些信号被显示在驾驶舱的仪表盘上。飞行员通过控制飞机使得仪表指针显示在正确的位置来保证飞机飞在ILS引导的航迹上。现在有很多先进的飞机直接将ILS的信号输入自动驾驶系统,使得飞机能够自动进近。
在一些机场安装有接收频率为75MHz的指点标。指点标的信号是灯光以及音响的提醒。在出版的有关该机场进近要求的文档里记录着指点标距离跑道的距离,同时还伴随着能正确接收ILS信息的过点高度要求。这提供了一个在下滑道上的高度检查。现在,ILS安装时,都合装一台测距仪(DME),来作为另一个选择,或者说取代了指点标。DME可以不间断地指示飞机距离跑道口的斜距。
外指点标安装在距离跑道入口6.5-11.1千米处,调制频率为400Hz,连续拍发每秒2划。。驾驶舱中的指示是一个蓝色的闪烁灯,并且播放接收到的音频。设置其的目的是在中间以及最后进近阶段提供高度、距离以及设备运行情况的检查。外指点标时常与机场远台安装在一起,叫做LOM(Locator Outer Marker)。
中指点标安装在距离跑道入口0.9-1.2千米处,调制频率为1300Hz,交替拍发点划,每秒2划,每秒6点。。驾驶舱中的指示是一个琥珀色的闪烁灯,并且播放接收到的音频。中指点标的作用是用来指示低能见度下的复飞点。中指点标时常与机场近台安装在一起,叫做LMM(Locator Middle Marker)。
内指点标安装在距离跑道入口75-450米处,调制频率为3000Hz,连续拍发每秒6点。。驾驶舱中的指示是一个白色的闪烁灯,并且播放接受到的音频。内指点标通常飞机飞到安装在II类精密进近的决断高度处。
测距仪(DME)提供给飞行员一个以海里为单位的距跑道的斜距。DME在很多地方替代了指点标。DME为飞行员在ILS下滑道时提供了更精确并且连续的监控信息,并且不需要在机场外额外安装设施。当它和ILS合装的时候,DME通常并不是安装在跑道头,而是考虑到各种误差安装在一个能提供与距跑道头距离误差最小的地方。当DME用于取代指点标时,必须有至少一台DME工作飞机才可以实施进近,而且对于DME可用的要求必须标注在精密仪表进程中。
一些时候,中高强度的进近灯光系统也被安装在其中。通常这些都是大机场的配置,不过在美国不少通用航空机场也使用进近灯光来配合ILS设备取得更低的最低能见度。进近灯光系统协助飞行员从仪表飞行切换到目视飞行,使飞机对准跑道中线。精密进近时,飞行员在决断高(DA,Decision Altitude)需观察进近灯光系统,只要能看到灯光就可以继续进近,无需看到跑道,因为进近灯光也可以作为目视参考。
在美国,没有穿透障碍物穿透净空面的时候,没有进近灯光系统的一类ILS最低VIS(能见度)为0.75英里(RVR4000英尺)。而当拥有英尺(430-910米)的进近灯光的时候,VIS降为0.5英里,RVR降为2400英尺。而当具有高强度跑道边灯(HIEL)、接地区灯(TDZL)、跑道中线灯(RCLL)以及2400英尺(750米)的时候,VIS是0.375英里,RVR是1800英尺(550米)。在中华人民共和国也有类似规定。
事实上,进近灯光系统延长了低能见度运行时,飞机降落的目视参考。二类和三类ILS进近通常要求更为复杂的高强度进近灯光系统,而一类ILS进近通常使用的是中强度的进近灯光。在许多没有塔台的机场,灯光系统可以由飞行员控制。
航向台天线阵和进近灯光
除了前面提到的导航信号,航向台还提供ILS设备的识别信息。这是一种1020Hz莫尔斯码的识别信号。比如说,肯尼迪国际机场4R号跑道的ILS识别码是IJFK,而4L号跑道的则是IHIQ。这使得用户知道自己有没有选中正确的ILS。下滑台没有识别信号,所以ILS设备依赖航向台的识别功能。
反航道进近
现代航向台天线拥有极强的方向性。然而,一些老旧的,方向性较低的天线允许反方向跑道使用一种叫做反航道进近的非精密进近进程。它使得飞机使用航向道天线阵背面发送的信号来降落。飞行员对相同的仪表指示需要使用相反的动作来适应这种反向信号。而且飞行员需要注意,下滑道的信息是针对另一侧的跑道的,应该被忽略,在美国,反航道进近在使用一类ILS的小机场非常常见,因为小机场不会在主跑道的两头都装ILS。
有必要在ILS有影响飞行安全的故障发生时第一时间通知飞行员。为了实现这个目的,监视器持续评估某些传输的重要特性。如果出现了重大偏差,ILS会自动关闭,其它导航和识别组件也将停止工作。当这些发生的时候,飞机上的仪表会出现指示,即所谓的ILS故障旗。
1943年制造,德国空军使用的ILS表盘
在一个管制机场,ATC会通过航向指引使得飞机接收下滑道信号,并保证飞机不过于接近(保持间隔),而且尽量加速交通流量。相隔几英里的飞机也可以同时接收ILS信号。当飞机航向和进近航迹有2.5°以内的差值的时候,说明航向道已经创建。通常情况下,飞机将在至少2英里(3公里)之前的最后进近定位点截获下滑道。
在一个表盘上会指示飞机偏离最优路径的情况。从ILS接收机过来的数据既进入仪表系统显示,也输入飞行控制计算机。可以使用自动驾驶仪或飞行控制计算机自动降落,机组成员监控运行,也可以脱离自动驾驶,由机组控制飞机保持飞机处于ILS航道上手动降落。
仪器降落系统依精确度不同而分为下列等级。
决断高(Decision Height, DH)
跑道视程(Runway Visual Range, RVR)
第一类仪器降落系统(CAT Ⅰ)
550以上或800公尺以上
第二类仪器降落系统(CAT Ⅱ)
100英呎以上且低于200英呎
350公尺以上
第三A类仪器降落系统(CAT ⅢA)
低于100英呎或无决断高
200公尺以上
第三B类仪器降落系统(CAT ⅢB)
低于50英呎或无决断高
50公尺以上且低于200公尺
第三C类仪器降落系统(CAT ⅢC)
无跑道视程限制
决断高是指与的差。
装设等级越高的仪器降落系统,必须有越宽广的净空范围,以避免信号受到干扰,而影响精确度。
和其他运行模式不同的是,CAT III的最低天气条件并不要求降落所需的目视参考来人工降落。这个最低条件的设置是为了允许飞行员决定飞机能否在接地区降落(基本上是CAT I),或者保证在降落滑跑时的安全(基本上是CAT II)。因此,CAT III运行强制使用自动降落系统来降落。它的可靠性必须足以控制飞机接地(CAT IIIA运行)或者足以安全的滑跑并降低到可以安全滑行的速度(CAT IIIB运行,以及需要批准的CAT IIIC)。
在美国,FAA指令8400.13D允许特殊批准的一类ILS进近使用决断高150英尺(45米),RVR1400英尺(450米)。其飞机和机组必须获得二类运行的资格,而且二类或者三类运行模式的平视显示器(HUD)需要开启,直到决断高,并且需要二/三类的复飞进程。
在加拿大,一类进近所需的RVR仅为1600英尺。而在满足了运行规范019、303和503之后,还可下调至1200英尺。3
在美国,许多但不是所有装备了三类进近设备的机场同时提供三类A、三类B、三类C标准(TEPRS)。三类B的RVR最低值受限于跑道和滑行道的灯光以及其它辅助设备,并且与场监雷达相配套。当RVR小于600英尺(180米)时,需要打开跑道中线灯和滑行道红色停止排灯。如果三类B的RVR标准小于600英尺时,并且该条跑道末RVR小于600英尺,就需要机组具有三类C的资格,以及特殊滑行进程、灯光以及额外审批才可以落地。FAA指令8400.13D限制三类进近的RVR必须大于300英尺。在2009年修订的这条指令中,还允许特殊批准的二类进近使用在没有ALSF-2进近灯光以及接地区灯或者跑道中线灯的跑道上,这使得潜在的二类进近跑道大幅度增加。
上述情况都需要有资质的机组和有特定设备的飞机。比如说,三类B需要机组有当时有效的资质,需要飞机具有失效-工作(fail-operational)飞行控制系统,即如果在一个警戒高度下飞行控制系统失效,飞机仍能够自动完成进近、拉平和着陆。而这些对于一类进近来说是不需要的。平视显示器可以允许飞行员作出比飞行控制系统失效-工作后更加灵活的机动动作。一类进近只需要能显示决断高的高度表,而二类和三类需要有无线电高度表来判断决断高。
ILS需要在失效的时候立刻关闭,在类别不同的时候,反应时间也不同。一类只需要在10秒以内,而三类需要在2秒以内。
航向台和下滑台的载波频率是配对的,这样只要一次选择就能将两台接收机调谐好。
航向台 (MHz)
下滑台 (MHz)
航向台 (MHz)
下滑台 (MHz)
航向台 (MHz)
下滑台 (MHz)
航向台 (MHz)
下滑台 (MHz)
历史和局限
ILS的测试始于1929年。在日,从华盛顿特区飞往匹兹堡的宾夕法尼亚中部航空的波音247-D第一次使用仪表着陆系统在暴风雨中降落。而当时的美国民用航空局(Civil Aeronautics Administration)在1941批准在6个地方安装了这套系统。19**年3月,英国皇家航空研究院的贝德福德机场实现了首次ILS全自动着陆。
由于航向台系统和下滑台系统的复杂性,在使用的时候又很多限制。航向台系统对信号覆盖范围内的诸如大型建筑物或机库等障碍物非常敏感。下滑系统同样受到其天线前方地形的限制。如果地形是倾斜或者不平整的,会反射产生不平整的下滑道,造成航道变形。由于天线的复杂和选址的要求,ILS的安装往往是非常昂贵的。为了避免危险的反射影响正常发射的信号,ILS关键区和敏感区就创建了起来。这些区域的创建会影响正在使用滑行道的飞机。而增加飞机间隔又会导致额外的延误。此外由于ILS信号是由阵列天线往一个方向发出的,故而只支持直线进近。
仪表引导系统(Instrument Guidance System)
由于ILS只支持直线进场,于是一种改良后的ILS诞生了。它就是仪表引导系统(Instrument Guidance System)。IGS设备上和ILS基本相同,区别就是它的航向道是偏置的,它所引导的下滑道与跑道有30—60°的夹角。当飞机沿IGS进近到最低下降高度时候要来一个机动转弯,转过来后飞机正好在五边下滑线上,然后保持目视着陆。最知名的使用地点在香港启德机场的13号跑道的非直线进近。
微波着陆系统(Microwave Landing System)
微波着陆系统(Microwave Landing System)在20世纪七十年代作为ILS的替代品被引入 到了20世纪80年代,美国和欧洲开始着力开发,它可以实行曲线进近。然而,航空公司们不愿意为MLS投入资金,再加上GPS的影响,造成了其在民航应用领域的失败。然而,它似乎在英国复活了。 ILS和MLS都是目前仅有的可以实现三类自动进近的系统。民航业第一次使用三类MLS进近是在2009年3月的希斯罗机场。
应答着陆系统(Transponder landing system)
应答着陆系统(Transponder landing system)是另一种ILS的替代品,可以安装在一些ILS无法工作或者安装费用过高的地方。它采用最新的技术,根据飞机已有的雷达应答机发出的信号,计算并跟踪飞机在空中的位置,然后向机舱内的机载ILS接受设备提供导航指示。
GPS时代的来临为飞机的进近提供了一类新的替代品,星基增强系统的垂直引导进近(Localizer Performance with Vertical guidance )。在美国,广域增强系统(Wide Area Augmentation System)支持下的LPV从2007年开始成为新的一种一类精密进近标准。截至2008年11月,FAA出版的LPV进近进程已经超过ILS一类进近进程。
而在欧洲,欧洲地球同步卫星导航增强服务系统(EGNOS)也于2010年开始使用。其他形式的增强系统也在开发,来适应三类标准或者提供更高的精度,比如局域增强系统(LAAS)。
另一种替代技术是基于地基增强系统(Ground-Based Augmentation System)的GLS(GNSS Landing System或者GBAS Landing System)。这是一种增强了GPS标准定位服务(Standard Positioning Service )功能并且同更高进度定位的安全关键系统(safety-critical system )。它通过甚高频为进近、着陆、离场以及地面运行等各个阶段的提供支持。其中局域增强系统是美国建设的GBAS系统。GBAS将在现代化建设、一类二类三类全天候运行、终端区导航、复飞引导和地面运行中起到关键作用。GBAS提供机场使用单一甚高频频率服务所有方向降落飞机的能力,而ILS需要为各条跑道分别设置频率。GBAS一类运行是更加严格的二三类运行的前导。目前已是ICAO标准和建议措施(SARPs)。
. 澳门国际机场. . . 萧山日报. . MH/T 8,MHT 8 航空无线电导航设备 第1部分:仪表着陆系统(ILS)技术要求 FAA指令,8260.3b,终端区仪表进程(TERPS),表3-5a 中国民航局咨询通告,AC-97-FS-2011-01,民用航空机场运行最低标准制定与实施准则 Department of Transportation and Department of Defense.
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