- 说说那些革命性的战斗机座舱航电(上)
- 说说那些革命性的战斗机座舱航电(下)

F-22的战术态势画面
F-35战斗机座舱里没有传统的平显,取而代之的是全景式座舱显示器(Panoramic Cockpit Display)和头盔显示器。这个横置式显示器由两部宽10英寸高8英寸的高亮度触控式(touch screen)液晶显示器组成,白天也可清晰阅读,夜间作战时还能与夜视镜兼容。全景式座舱显示器让飞行员拥有更大的显示画面,整个画面划分成战术、传感器、系统、武器信息四区,由飞行员依照个人喜好选定各区的画面大小及种类。画面最上方1英寸用来显示功能控制按钮,最大的单一显示画面是10英寸×7英寸,占了全部显示画面的一半,通常会用来显示周围空域的战术态势,显示距离由18.5公里到1,185公里可自由调整。

F-35的座舱比F-22又有所发展,甚至取消了平显
在画面上以蓝色符号代表飞机本身及僚机,空中及地面的目标以不同的颜色分辨敌我:友军是绿色,敌军是红色,不明者白色。空中目标在画面上是个棒棒糖符号,当圆形部分为中空时,表示是自己飞机探测到的目标;为实心圆时表示是其它飞机探测到,并从数据链传来的目标;为半满圆形时,表示自己和其它飞机都已探测到此目标。棒棒糖的棍子部分,一开始是一条不与圆形接触的垂直直线,当传感器开始锁定目标时,直线会拉长向圆形靠近,但还是保持未接触的状态,一旦直线碰到圆形就表示目标已被锁定,最佳的攻击时机已经来到。

F-35的战术态势画面采用了棒棒糖符号
平显
平显一般由以下子系统组成:
.一部CRT
.一台数字计算机
.一片复合玻璃,称为飞行员显示单元(Pilot Display Unit)
.一组平行透镜
.一片控制面板,置于显示单元的下方
.其它子系统;如:发电机、接收传感器数据的接口单元、根据外界明暗自动调整图像亮度的计算机系统…等。

很简单的平显原理
计算机的主要功能是显示图像、数据处理以及控制CRT,计算机接收接口单元送来的数据,处理后产生信号,控制CRT内的电子束产生图像,再通过一组平行透镜和一片半透明镜在显示单元上投射出图像。外界光线可以透过显示单元,但仅有来自CRT的光线会被部分反射进入飞行员的眼中。
复合玻璃的下方有许多按键,用来选择各种不同的显示模式、调整影像、更换图像(导航、空对面、空对空)、调整亮度和对比。如果平显融入综合式航电系统内,则按键还会赋予控制的功能。

由于GRT的缘故,所以平显组件比较长,这是印度LCA战斗机的平显

平显的CRT就长这样,左边是模拟式,右边是数字式
平显最重要的指拨之一就是显示数据的刷新率和清晰度。平显显示是否精确、准确取决于三个基本要素:显示单元在座舱内的确切摆设位置、数据和图像的计算和投影定位、由透镜造成的光学扭曲。这三个要素可能的误差总和不能超过0.050°~0.060°。亮度调整也很重要,图像太亮会分散飞行员对外界的注意力,太暗又会看不清楚。现在的平显都可由手动或自动方式来控制亮度,以在飞行员的眼睛灵敏度和整体可见度下取得最佳亮度。
实时视场与衍射平显
夜间低空飞行作战时,平显必须综合飞行/导航参数与火控数据,并能显示前视红外(Forward Looking Infra Red)传感器获得夜视影像。马可尼航电公司(Marconi Avionics)为A-7E“海盗II”(Corsair II)攻击机研制了第一套具备这种功能的平显,并于1978年开始交付。这套平显的一大进步是具备了有限但精确的夜间攻击能力,不过它的视场(Field Of View)不宽,带来了很大局限。早期平显在飞行员头部不动的情况下瞬时视场(Instantaneous FOV)大概是水平方向15°,垂直方向13°,显示范围非常小。


A-7E的TRAM平显,可显示来自前视红外吊舱的夜视影像
瞬时视场的大小取决于光学组件中的透镜直径和复合玻璃到飞行员眼睛的距离,一些现役战斗机(如:F-16)的飞行座椅向后倾斜,飞行员眼睛到复合玻璃的距离又远了一些,让这个问题更加难解。有人试图用较大透镜来改善瞬时视场,却未能成功,因为如此一来平显也需等比放大,为了避开弹射椅又要放得更远一些。
无论制造工艺和设计多么精巧,传统光学技术在平显视场和图像明亮度上还是受到复合玻璃和光学系统的限制。要让飞行员看到既清晰又明亮的图像,CRT的就需要足够亮,但若反射图像的复合玻璃又降低了CRT的亮度。这个问题的症结在于复合玻璃除要反射光线外还需有良好的透光性,让飞行员能看清楚外界,反射性和透光性虽然不见得互相排斥,但却是属于截然不同的性质,所以只能折中,限制了平显的显示亮度。
这个问题的解决方案就是光线衍射技术,休斯公司(Hughes)率先研制出了实用化的衍射平显,其它一些光学显示系统制造厂商,如:凯撒航天电子(Kaiser Aerospace Electronics Corp.)、飞行动力(Flight Dynamics)、史密斯(Smiths)、马可尼航电、泰雷兹航电(Thales Avionics)…等也相继研制生产了新型衍射光学平显。这种平显亮度极佳,水平视场约在30°左右,重量及体积也比较小。
与传统的准直平显不同的是,广角衍射平显需要设计制造不同的光学系统。这种采用全息摄影原理制成的平视显示器,是20世纪70年代中后期平视显示系统技术的新突破。由这种原理制成的平视显示器称为全息平显,又称衍射平显。它采用曲面玻璃代替常规的平面玻璃,阴极射线管产生的字符或图像经玻璃的半镀银面反射,叠加到外景图像上。字符或图像由玻璃显示屏下的透镜聚焦于无穷远处,有效地呈现在飞行员前面。理论上可以实现180°的总现场,而实际显示图像的大小由准直透镜确定。

衍射平显基本原理
以美国休斯飞机公司在20世纪70年代研制的第一种广角全息平显为例,该平显用全息图记录构成薄膜透镜,覆盖整个曲面玻璃显示屏。采用这种方法,复合玻璃本身就变成了光学系统的最后一级透镜,其大小实际上占据了整个显示屏。这种薄膜透镜是用激光摄影法在涂到曲面玻璃显示屏上的明胶层记录下衍射光栅(亦称全息板)的形状而构成的。经过处理后,在薄膜透镜上方盖上第二层玻璃,形成夹层。“透镜”由明胶层折射系数的变化形成,并产生衍射光栅效应。
