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注意:这里用“感官”来形容天线可能并不全面,因为航空对外界还包括“大气数据”等要素的感知。有关科普可参考阅读:
三
直升机天线图谱——功能、形态与注意事项详解
1. VHF通信天线 (VHF COMM 1 & 2)
功能:用于直升机与空中交通管制台、其他飞机及地面站之间的语音与数据通信。双套系统互为备份,保障通信安全。
形态与原理:典型刀形或短鞭状天线。工作在VHF频段,长度针对中心频率优化,为垂直极化,辐射全向水平方向图。
注意事项:安装位置(通常位于机腹和机背)需保证在直升机各种姿态下都不被机身完全遮挡。需远离其他大功率发射天线(如DME),以防接收机被阻塞。
2. 空中交通管制应答机天线 (ATC XPDR - Top/Bottom)
功能:接收地面二次监视雷达的询问信号,并自动回复一个包含识别码、高度等信息的编码信号,使空管能在雷达屏幕上识别并跟踪直升机。
形态与原理:刀形天线。与VHF COMM类似,工作在1090 MHz。上下成对安装以实现全向覆盖,确保任何方向来的询问都能被可靠应答。
注意事项:必须与高度编码器正确交联。其发射功率虽小,但频率高,天线馈线损耗需严格控制。
3. 测距机天线 (DME)
功能:测量直升机与地面DME台站之间的斜距(以海里为单位),是重要的航路和进近导航设备。
形态与原理:刀形天线。工作在UHF频段(962-1213 MHz),采用脉冲询问-应答机制。天线需具备较宽带宽。
注意事项:DME在询问时发射功率较大,其天线应与其他接收天线(特别是VOR)保持足够间距,或通过滤波器进行隔离,防止强能量串扰导致接收机饱和。
4. 全向信标/航向道天线 (VOR/LOC)
功能:VOR用于确定直升机相对于地面VOR台的磁方位角;LOC(航向道)则在进近时提供水平方向的引导,指示其偏离跑道中心线的程度。
形态与原理:小型刀形或“倒L”形天线。VOR/LOC接收108-118 MHz的信号。天线设计需能接收包含方位信息的复杂的调幅和调相信号。
注意事项:对信号质量非常敏感,安装位置应尽量避开机体其他部分的反射和遮挡,特别是在机头、尾梁等相对“干净”的区域。
5. 下滑道天线 (GUIDE SLOPE/GS)
功能:在仪表着陆系统进近中,提供垂直方向引导,指示直升机相对于理想下滑道(通常为3度仰角)的上下偏离。
形态与原理:通常为安装在机头或风挡前的多振子阵列天线(可能外观像一组小栅栏)。工作在UHF频段(329-335 MHz),方向图被设计为在垂直面有特定形状,以区分上下偏差信号。
注意事项:安装角度有严格校准要求。机身前方金属结构的反射或积雪、积冰会严重影响其接收性能,需定期检查。
6. 无线电高度表天线 (RAD ALT 1 & 2)
功能:测量直升机离地面的实际真实高度(通常0-2500英尺),是进近、着陆和低空飞行的关键安全设备。
形态与原理:成对出现的微带贴片或喇叭天线,分别用于发射和接收,安装在机身底部平坦处。工作原理为向地面发射频率调制(FM)连续波,通过比较发射与接收信号的频率差来计算高度。
注意事项:安装表面必须平整、洁净,天线正下方不能有突出物。两副天线需严格配对,且波束指向正下方。其测量易受正下方地形(如树木、建筑物)影响,指示的是正下方的垂直距离而非斜距。
7. 自动定向仪天线 (ADF)
功能:一种传统导航设备,通过接收中波或长波广播电台/NDB(无方向信标)的信号,指示直升机机头相对于该电台的相对方位角。
形态:通常由一个可旋转的环形天线(有时罩在流线型整流罩内)和一个固定的有源鞭状天线共同组成,协同工作以消除180度定向模糊。
注意事项:性能易受雷电静电干扰、夜间天波干扰和地形影响,精度低于VOR和GPS,在现代导航中多作为备用手段。
8. 应急定位发射器天线 (ELT)
功能:在直升机遭遇重大冲击(坠毁)时自动激活,或在手动触发后,持续发射含有识别信息的紧急无线电信标信号,引导搜救力量。
形态:通常与ELT机身集成,或通过短电缆连接一个短鞭状天线。工作在121.5 MHz(民用)和406 MHz(卫星中继)频率。
注意事项:天线及其馈线必须安装在坠毁后最有可能保存完好的机身结构上。需定期检查电池有效性和触发机制。
9. 指点信标:MARKER BEACON (MKRB)
功能:指点信标天线用于接收地面导航台发射的垂直定位信号。当直升机飞越跑道延长线上空的关键位置点时,驾驶舱内会触发灯光和声音提示,告知飞行员已到达决断高度或复飞点。
形态:通常为安装在机身底部的小型刀形或平板天线。因工作于甚高频(固定75MHz),天线尺寸较小,以保障对地面信号的稳定接收。
注意事项:安装需确保底部无遮挡;飞行前需测试提示系统是否正常;该信号需与下滑道等仪表配合使用,共同完成进近引导。
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10. GPS
功能:这个我就不多讲了,GPS非常重要,需要知道的是,它和后面的卫星通话系统还不一样,记住不要混淆。
11. 选装天线:TCAS & 气象雷达&ADS-B&SATCOM
TCAS天线:通常为两个刀形天线(上下各一),用于发射询问和接收周围飞机的应答机信号,以计算威胁并生成避撞建议。
气象雷达天线:位于机头雷达罩内的抛物面或平板阵列天线,通过机械或电子扫描,向前方发射窄波束的微波脉冲,分析降水粒子的回波强度,在显示器上呈现天气分布图。
ADS-B天线:通常为两个刀形天线,分别安装于机身上方和下方。其功能是持续、自动地广播本机的精确位置、高度、速度及识别信息,并同时接收周边其他飞机或地面站广播的同类信息,从而在驾驶舱显示屏上生成实时交通态势图,增强飞行员的空中情景意识,是新一代空中交通监视与避让系统的核心。
关于ADS-B天线是否会与其他天线共用,答案是:通常不会与功能完全不同的天线共用同一副物理天线,但在物理布局和信号处理层面存在深度集成和共享关系。
SATCOM(卫星通讯):援引自《上观》媒体的新闻,“近日,交通运输部东海第一救助飞行队aw189新型救助直升机中远程通讯系统国产化改装项目(国产窄带卫星通讯系统)顺利通过验收,该成果打破了对国外特定供应商的依赖,解决了国产通讯设备与机载系统融合适配的技术难题,标志着我国远海应急救援核心装备通讯技术迈入“自主可控”阶段。”
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四
结语
直升机上的天线阵列,是一个精妙的系统级工程。从基本原理上的电磁谐振,到工程实践中的波长适配、方向图塑形和平台兼容,每一根天线都是物理学原理与航空工程需求的结晶。
作为飞行员或者维护人员,我们应该注意以下几个方面:
1.飞行员操作注意事项
飞行前绕机检查:将天线检查作为必检项目,特别留意天线周围是否有油渍、冰霜或异物附着,这些都可能导致信号衰减。检查后,自行测试或者通知机务测试。
飞行中异常处置:如果出现通信导航性能下降,在排除操作和设定问题后,应在飞行记录本上清晰记录故障现象和发生条件,为后续排故提供依据。
遵守操作规范:避免在机库等封闭金属空间内测试无线电设备,以免产生驻波损坏发射机。
2.维修人员维护与排故重点
遵循手册与标准:所有天线安装、修理和更换,都必须严格依据飞机维护手册(AMM)、零部件维护手册(CMM) 以及相关行业标准执行。
损伤评估:评估天线损伤时,不能仅凭肉眼判断。例如,对于VHF天线(通常为复合材料),即使是细微的裂纹也可能影响性能,需使用专用测量工具(如裂纹对比卡)并按手册标准判断是否允许保留。雷击后必须对所有相关天线及其馈电路径进行详细检查。
馈线系统检查:天线故障常与后端馈线系统有关。维护时需注意馈线连接头的紧固与防水,测量馈线阻抗确保匹配,检查有无弯折过度导致信号衰减。
预防性维护:更换天线时,使用规定的力矩值紧固,并涂抹正确的密封胶。定期清洁天线表面,检查同一天线区域的多个天线是否存在相互干扰的隐患。
3.所有人注意事项
机腹底下别抬头,容易头破又血流。
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