LED在民用飞机驾驶舱泛光照明中的应用优势

泛光灯的安装位置，使安装设计既能满足总体和各系统的输入需求，又能达到相关标准要求。驾驶舱空间有限，设备布置非常紧凑。

　　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。

　　图1 典型驾驶舱照明布局

　　现代民用飞机驾驶舱灯具典型布置图如图1所示。仪表板泛光灯布置于遮光板下表面，侧操作台泛光灯布置于侧操纵台上方的窗户下沿，中央操纵台泛光灯布置于顶部控制板上。

　　3. 4 调光控制分析

　　3. 4. 1 PWM调光

　　LED 光特性通常描述为电流的函数，而不是电压的函数，即驱动电流在一定范围内变化时，LED光通量随着驱动电流增大而非线性增大（ 如图2 所示） ，因此采用恒流源驱动可以更好地控制LED亮度。

　　图2 光通量与驱动电流的关系曲线

　　LED可实现快速开关，开关速度可高达微秒，是任何发光器件所无法比拟的，因此采用恒流源，用改变LED通断时间的方法，就可以改变其亮度（ 在电流恒定的情况下，LED亮度与导通时间成正比） ，即脉宽调制（PWM）调光法。

　　PWM调光实质是通过PWM 信号控制LED的通断，在某一固定频率下，通过调节脉冲的占空比来改变LED的通断时间。在整个工作过程中LED 的电流值或为零，或为一恒定值。由于利用了人眼的视觉暂留效应，所以在达到一定频率后，人眼对LED的亮度感觉是连续稳定的光。

　　PWM调光相对于传统串联电阻降压调光有较大的优势，主要表现在以下几个方面：

　　a） 保证调光过程颜色的一致性： 改变LED的电流会使LED的PN结温度有所改变，从而造成发射光谱的功率分布发生变化，进而导致发光颜色改变。PWM调光只改变电流脉宽来调节LED 亮度，在通电时间内电流值不变，因此PWM调光能保证调光过程颜色的一致性；

　　b） 降低功耗： 在暗状态时，电压调光电路的大部分功率耗散在电位器等阻性器件上，而采用PWM调光可以避免此类功率消耗，因此能有效降低功耗；

　　c） 便于实现总线控制技术。

　　3. 4. 2 LED泛光照明的调光设计

　　对于泛光照明的调光，民用飞机采用分区域调光的控制方式。泛光照明分为5个照明区域： 包括仪表板左侧泛光照明、仪表板右侧泛光照明、左操纵台泛光照明、右操纵台泛光照明和中央操纵台泛光照明。相应地设置了5个区域调光旋钮，每个调光旋钮均可实现本区域泛光照明100%连续调节。

　　为了更好地保证光色均匀性和调光一致性，LED泛光照明采用PWM 调光方法，并通过调光控制盒实现。泛光照明作为主照明的备用光源，出于安全余度的考虑，均采用硬线直接将模拟调光信号传输给调光控制盒。调光控制盒通过硬线输出PWM信号给各个区域的泛光灯，如图3 所示。

　　图3 LED 泛光照明调光架构

　　在飞机遭遇雷雨天气的情况下，泛光照明可通过雷雨开关"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。

　　4、仿真验证

　　4. 1 仿真条件

　　此次仿真基于某型民用飞机的三维模型进行，选择某公司提供的泛光灯作为仿真灯具，相关参数详见表2。

　　表2 泛光灯相关参数

　　4. 2 仿真结果

　　仪表板仿真灯具布置于遮光板下表面，将探测器置于仪表板表面，从图4所示的照度仿真效果图可以看到，仪表板灯被点亮后，在仪表板垂直方向照度分布由上至下递减，靠近仪表板灯发光处最亮，照度为1225lx，对比度0.86 左右，在水平方向照度比较均匀，对比度0.96左右。

　　图4 仪表板泛光灯仿真效果图

　　左/右操纵台泛光灯仿真灯具布置于侧操纵台上方的窗户下沿，将探测器设置在左/右操纵台表面。

　　从图5 所示的照度仿真效果图可以看出，左/右操纵台泛光灯给操纵台表面提供了足够的照度，平均照度在350lx左右，符合相关标准要求。

　　图5 左/右操纵台泛光灯仿真效果图

　　中央操纵台仿真灯具布置于布置于顶部控制板上，将探测器设置在中央操纵台表面，从图6 所示的照度仿真效果图可以看出，操纵台表面照度均匀，平均照度在450lx左右，符合相关标准要求。

　　图6 中央操纵台泛光灯仿真效果图

　　5 结束语

　　本文从民用飞机泛光照明的基本要求出发，结合LED 光源本身的特性和人体工效学的研究结果，通过光色分析、供电分析、布置分析和调光控制分析形成了一种方案： 白光LED、28VDC 供电、PWM 调光。文章最后基于某型民用飞机的三维模型采用某公司提供的白光LED 泛光灯进行仿真测试，结果显示其光学性能较好地达到了泛光照明的照度要求，为某型民用飞机的泛光照明设计提供一定依据。