"枭龙"座舱设计远超最新F-16与台风同级

2008-02-27 09:12:37
华夏经纬网

    FC一1型战斗机前后经历了近20年时间,其航电系统和座舱设计几经波折,终于修成正果。 [资料图片]

    FC-1战机新座舱采用一平三下布局,凭借晚10年以上的时间优势,FC-1可以轻松选择比F-16C/D更先进,更优越的设计和电子设备。 [资料图片]

图为欧洲台风战机座舱[资料图片]

以色列空军F-16I BLOCK50/52战机座舱布局[资料图片]

    进入超音速时代后,航空技术飞速发展,每一代战斗机都在座舱环境和航电设备上取得巨大进步。中国和巴基斯坦联合研制的FC一1型战斗机前后经历了近20 年时间,其航电系统和座舱设计几经波折,终于修成正果,不仅具有世界一流的座舱环境,也具有世界先进水平的全数字化航电系统。

    在我们的印象中,战斗机飞行员面前总是充斥着大量仪表和开关。以米格一21为例,仪表台上总共有70多个大小不同的仪表显示飞机各设备的工作情况,飞行员被近200个开关和按钮包围。

    早期战斗机采用的显示设备大多是机电式仪表,功能简单、用途单一,每一个仪表顶多只能显示一、二种设备的工作状态,飞机的功能越复杂,仪表和控制开关也就越多。F一15早期型号的开关数目甚至超过500个,F一14战斗机的设备太多太复杂,有90多个仪表和600多个开关,必须要两个飞行员分工处理才能确保正常使用。

    然而,战斗机座舱的空间相当有限,飞行员面前的仪表台空间和面积非常紧张,随着战斗机越来越复杂、电子设备的功能越来越多,继续走仪表显示、专用开关控制的道路是越来越不可接受。从60年代末期开始,美国战斗机就已使用火控计算机。最初的计算机性能和功能都比较弱,仍然采用直接控制、专用显示的老方案。

    随着技术进步,特别是飞速发展的电了工业,计算机的数据处理能力呈几何级提升,人们已经可以使用计算机对航空设备的电子脉冲信号进行逻辑管理,采用门电路的计算机可以利用程序管理各设备的信号,飞行员通过一些切换按钮将这些预先编排次序的信号显示出来,这样大多数使用频率很小的仪表就可以不出现在仪表台上。

    传统仪表一般采用机电混合结构,采用脉冲模拟信号,计算机只能用逻辑门控制这些信号的开关,不能对其进行处理,这显然浪费了计算机的能力。微型数字式芯片的出现,使在监控设备端直接进行数模转换成为可能,不必再输出简单的脉冲信号,而是输出编码的数字信号,于是出现了数字式仪表。

    数字式仪表大多是多功能的,可以通过简单的周边切换键切换仪表的显示内容,从而成为多功能显示器的前身。霍尼维尔出品了大量军用或民用多功能数字式彩色 LED,可以模拟上百种仪表显示,并且通过编程控制同时在一个画面中显示多个设备参数,不过不能显示图像,色彩也比较单一。

    所谓玻璃座舱,其概念来源于最早期开始应用的多功能显示器。这种显示器从70年代中期开始投入使用,采用传统的阴极射线管。阴极射线管以前一般只用于雷达显示,火控计算机出现以后,它能够在雷达信号显示的同时叠加显示一些相关信息。

    由于采用计算机可编程控制,多功能显示器比数字仪表的固定编组信息显示更灵活,还能够叠加视频图像,因此被尝试性地用于飞机信息显示管理。这种设计无疑很成功,被誉为未来飞机座舱发展的方向。战斗机显示器需要承受很高的载荷,阴极射线管都包着很厚的玻璃壳,因此,人们把全多功能显示化的座舱叫做玻璃座舱,以表示先进的设计概念。

    座舱设计分析

    FC一1战斗机座舱的最初设计目标是接近或者和美国F一16A/B保持一致,因为巴基斯坦空军使用的最先进战斗机就是1981年采购的 F一16 Blockl5。在“超”7计划中,巴基斯坦就希望采用F一16一样的设备,拥有相近或者相同的性能,以便于训练和后勤维护的统一。由于众所周知的原因,采用美国设备的计划破灭了。

    “超”7重生以后,座舱设计基本没有太大变化,只是将设备由美国改为欧洲产品。由于上世纪90年代是F一16 MLU中期改进计划的高潮,欧洲厂商也有大量适用于F一16标准的电子设备,这为FC一1的选择带来很大方便。但是,从“佩刀”Ⅱ到“超”7再到FC一 1,整个计划跨越了漫长的20多年。

    这20多年正是航电系统飞速发展的时代,时代变了、作战目标也变了,甚至武器系统也变了,坚持原有设计几乎是不可能的。所以,当飞机发展接近成熟时,FC一1座舱布局也终于摆脱了F一16系列的影子,发展成一种全新设计。

    首先,FC一1确定了HOTAS设计,能让飞行员双手不离开操纵杆就能完成对主要传感器比如雷达、电子战系统、导弹或者航炮以及显示器包括平显主要功能的控制。FC一1的操纵杆设计和F一16有很多相似之处,这显然是考虑到巴基斯坦飞行员的操作习惯,但不同的是驾驶杆没有采用F一 16的侧置设计,而采用传统的中置驾驶杆。因为FC一1的横向副翼操纵为机械式、纵向平尾又是电传操纵,采用F一16的有限位移力馈式驾驶杆显然并不合适。

    为了更好的人机关系,FC一1采用了更先进的带可变力馈位移操纵杆,将横向和纵向操纵感觉调整到协调一致的地步,杆力和推杆进深随机动过载和操纵面的力回馈而变化,让飞行员具有更直接的驾驶操纵感觉。

    这种位移渐进式力馈的双重控制模式是世界上最先进的操纵杆控制模式,可以有效避免早期F一16战斗机力馈操纵杆造成的飞行员操纵感知闭锁,大大降低诱发震荡的事故率。这个问题不仅让F一16摔过,连F一22都没能幸免,而611研制的数种电传控制系统飞机并没有因为电传系统问题有过坠机纪录。

    FC一1战斗机最初在航展和01、03架样机上应用的座舱设计比F一16C/D简单,更接近于F一20:取消了F一16系列的专用雷达告警接收机显示器(左上角),同时取消了右侧的备份地平仪,采用和F一16C/D相同的“一平两下”设计,两个5.25英寸多功能彩色有源LCD显示器分列在左右两侧。

    不过FC一1的位置比F一16C/D高,中央的多功能平显下还保留了不少仪表,比如地平仪、速度表、迎角表,左侧的多功能显示器下有武器挂载控制和高度表、速度表,右侧则是动力系统仪表。在2002年珠海航展上,这套航电的模拟座舱曾公开展示,并为参观者提供模拟飞行。

    以当时的观感而言,多功能显示器的尺寸偏小,仪表板周边很空,似乎有所预留。当时大多数评论都认为这样的设计估计是为了以后增添设备留下安装控制开关的位置,从同一时期中国出现的FTC一2000和L一15两种高级教练机的座舱设计来看,都大致保持了一致的风格,几乎是清一色的“一平两下”,中间和下侧保留安装一部分仪表,还没有完全玻璃化。(现代兵器)

  
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