機(jī)載外部照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真研究

摘要：飛機(jī)的外部照明信號標(biāo)示著飛機(jī)的位置和運(yùn)動方向，同時(shí)也是飛機(jī)與地面之間的聯(lián)絡(luò)信號。為了設(shè)計(jì)一種實(shí)用新型的飛機(jī)外部照明系統(tǒng)，以FX555芯片為核心，設(shè)計(jì)了飛機(jī)外部照明系統(tǒng)的硬件電路，利用saber軟件對該電路進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)研究。仿真結(jié)果顯示，該電路能很好地實(shí)現(xiàn)外部照明系統(tǒng)的相應(yīng)功能，同時(shí)也證明了該電路的正確性和實(shí)用性，對飛機(jī)外部照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。
關(guān)鍵詞：外部照明；FX555；saber；仿真；功能

0 引言
    照明系統(tǒng)是飛機(jī)的一個(gè)重要子系統(tǒng)，它可分為座艙內(nèi)照明和外部照明，座艙內(nèi)照明為機(jī)上人員提供舒適的照明環(huán)境，外部照明系統(tǒng)主要包括著陸滑行照明和外部燈光信號，它是飛機(jī)在夜間或復(fù)雜氣象條件下飛行和準(zhǔn)備時(shí)必不可少的條件之一。著陸滑行照明用于飛機(jī)進(jìn)場著陸或滑行時(shí)照明跑道和滑行道，它一般與基于I-BUs或C-BUS電氣安裝總線的網(wǎng)絡(luò)化地面照明控制相結(jié)合，目前廣泛使用的有著陸燈、滑行燈或者著陸滑行燈；外部燈光信號用于標(biāo)志飛機(jī)位置和運(yùn)動方向，或作為飛機(jī)與飛機(jī)、飛機(jī)與地面之間的聯(lián)絡(luò)信號。照明系統(tǒng)能否正常工作、能否實(shí)現(xiàn)其功能直接關(guān)系著飛機(jī)的飛行安全，因此，設(shè)計(jì)一套安全、可靠、高效和實(shí)用的飛機(jī)外部照明系統(tǒng)電路就顯得非常重要，同時(shí)它還應(yīng)滿足照明系統(tǒng)體積小、重量輕、低功耗等要求。本文以國產(chǎn)FX555芯片為核心，設(shè)計(jì)了飛機(jī)外部照明系統(tǒng)的硬件電路，利用功能強(qiáng)大的數(shù)?；旌宪浖aber對該電路進(jìn)行了模擬仿真，仿真結(jié)果顯示該電路能很好地實(shí)現(xiàn)飛機(jī)外部照明系統(tǒng)的功能，同時(shí)也證明了該電路的正確性和實(shí)用性，對今后飛機(jī)外部照明系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1 外部照明系統(tǒng)的建模分析
    外部照明系統(tǒng)共有4種工作狀態(tài)，分別為“亮”、“暗”、“閃”和“斷”?？刂葡到y(tǒng)4種狀態(tài)的繼電器在自動控制電路中起到控制與隔離電路的作用，而繼電器通過低電壓、小電流來控制其自動開關(guān)。在控制電路中，照明燈的“亮”和“斷”是通過持續(xù)通電或斷電來實(shí)現(xiàn)的，而照明燈的“暗”和“閃”是使用FX555時(shí)基集成電路來進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)的。
    FX555芯片具有穩(wěn)態(tài)工作模式和無穩(wěn)態(tài)工作模式兩種，其中穩(wěn)態(tài)工作模式即具有施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的功能，無穩(wěn)態(tài)工作模式是指沒有固定的穩(wěn)定狀態(tài)，F(xiàn)X555時(shí)基電路處于置位與復(fù)位反復(fù)交替的狀態(tài)，即輸出端交替輸出高電平和低電平，輸出波形近似為矩形波。由于矩形波的高次諧波十分豐富，所以無穩(wěn)態(tài)工作模式又稱為自激多諧振蕩器。無穩(wěn)態(tài)工作模式的基本電路圖如圖1所示。

    電路初次通電時(shí)，因電容C1兩端電壓不能突變，F(xiàn)X555的2腳為低電平，從表1所示的FX555時(shí)基電路的真值表可知，F(xiàn)X555時(shí)基電路置位，即3腳輸出高電平，內(nèi)部放電晶體管截止，7腳被懸空，此時(shí)正電源VDD通過電阻R1，R2向電容C1充電，使C1兩端電壓不斷升高，約經(jīng)時(shí)間t1，C1兩端電壓即閾值端(6腳)電平升至2VDD／3，從表1可知，F(xiàn)X555時(shí)基電路翻轉(zhuǎn)復(fù)位，3腳輸出低電平，同時(shí)內(nèi)部放電晶體管導(dǎo)通，7腳也為低電平，此時(shí)電容C1將通過R2向7腳放電，使C1兩端電壓(即FX555的觸發(fā)端2腳電平)不斷下降，約經(jīng)過時(shí)間t2，電壓降至VDD／3時(shí)，完成一個(gè)周期。FX555時(shí)基電路又翻轉(zhuǎn)復(fù)位，3腳又輸出高電平，7腳再次被懸空，正電源又通過R1，R2向C1充電，如此周而復(fù)始，電容C1不斷處于充電與放電狀態(tài)，電路引起振蕩，3腳將交替輸出高電平和低電平。

    電容C1在充、放電過程中，其電壓在VDD／3～2VDD／3之間變化，因此FX555的3腳輸出高電平時(shí)間t1(即充電時(shí)間)為：

    當(dāng)R2>>R1時(shí)，D約為50％，此時(shí)輸出波形為理想對稱方波。
    以FX555工作在無穩(wěn)態(tài)模式時(shí)為核心的外部照明電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

    電路中的控制信號D，C，E和F均來自供電管理器，它們分別控制著外部照明系統(tǒng)的“暗”、“亮”、“閃”和“斷”四種狀態(tài)。
    電路中在FX555的3腳到電源正端之間接一個(gè)1 kΩ的上拉電阻，這樣可以使3腳輸出高電平時(shí)，電壓值接近VDD。經(jīng)過三極管接至照明負(fù)載，由電路振蕩交替輸出高電平和低電平，實(shí)現(xiàn)航行燈的4種工作狀態(tài)。
    仿真模型中“暗”狀態(tài)與“閃”狀態(tài)電路原理相同，只是它們的燈光頻率不同而已，燈光為“暗”時(shí)的頻率要求為600Hz，燈光為“閃”時(shí)的頻率為1 500 Hz，通過改變電容C1容值與電阻R1，R2的阻值使電路中控制端(5腳)所連電容的充電與放電狀態(tài)的時(shí)間改變，輸出脈沖占空比D隨之改變，通過電路振蕩交替輸出的高電平和低電平時(shí)間不同，實(shí)現(xiàn)頻率的改變。

2 仿真結(jié)果分析
    在saber軟件中，根據(jù)外部照明系統(tǒng)的電路圖對該系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。仿真燈“暗”的FX555支路的外圍器件參數(shù)設(shè)置為：R1=430 kΩ，R2=190 kΩ，C1=3 300 pF，C2=0．01 μF；燈“閃”的FX555支路的外圍器件參數(shù)設(shè)置為R1=18 kΩ，R2=151 kΩ，C1=0．022 μF，C2=0．01 μF，分別測量這兩種情況下的燈的電壓波形如圖3，圖4所示。

    通過對外部照明燈的電壓波形分析可以知道，該硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)外部照明系統(tǒng)燈“暗”和“閃”兩種工作狀態(tài)的功能，其燈光頻率達(dá)到了系統(tǒng)要求。

3 結(jié)語
    照明系統(tǒng)是飛機(jī)的一個(gè)重要子系統(tǒng)，尤其是外部照明系統(tǒng)，它不僅是飛機(jī)在夜間或復(fù)雜氣象條件下飛行的必要條件，而且也是飛行人員與飛行人員、飛行人員與地面之間信號聯(lián)系的重要組成部分。本文以FX555芯片為核心設(shè)計(jì)了飛機(jī)外部照明系統(tǒng)的硬件電路，利用saber軟件對該電路進(jìn)行了仿真研究，結(jié)果證明該電路可以實(shí)現(xiàn)飛機(jī)外部照明系統(tǒng)的功能，其燈光頻率達(dá)到了系統(tǒng)要求，同時(shí)也證明了該電路的正確性和實(shí)用性，為今后設(shè)計(jì)更為先進(jìn)的飛機(jī)外部照明系統(tǒng)提供了借鑒意義。