F-35的新型座舱投影显示器

编译:张洋、洪钟
译自《Avionics Magazine》2004年6月号,原文载于《航空世界》杂志

F-35“联合攻击战斗机”(JSF)的主承包商洛克希德 马丁公司和航空电子系统主要提供者罗克韦尔 柯林斯公司都信誓旦旦的宣称,他们为该机研制的新型座舱投影显示器技术能确保F-35变得更好、更轻和更便宜。

尽管对这种说法的怀疑依然存在【注释1】,五角大楼和英国国防部仍在推进JSF项目“系统发展与验证”(SDD)阶段中一个这样的计划:从2006年夏季开始试飞15架装备这种新型投影显示器的战斗机。按目前计划,F-35应将生产3种不同的型别,即常规起降型(CTOL)、舰载型(CV)和短距起飞/垂直降落型(STOVL)。美国空军(USAF)、海军(USN)和海军陆战队(USMC)以及英国皇家空军(RAF)和皇家海军(RN)将总共购买约2600架【注释2】

【注释1】投影显示技术发展过程
投影显示器技术兴起的时候,霍尼韦尔公司并没有打盹休息。事实上,这家航空设备的主要供应商很看好这种产品,只不过认为这种产品在可预见的未来商用航运市场上还不看好。该公司空运系统显示器部门的主任凯文 杨(Kevin Young)说:“2000年时我们开始认真的考虑投影显示器,我们确信为了解它是否是有前景的技术已经做了充分的研究。如果它是有前景的技术,那么我们需要推进发展这种显示器的步伐”。

该公司已经进行了一个项目,并评估了投影显示器需要的各种不同技术。18个月后,该公司认为所分类的各种技术都可走向成熟,而如果想解决可能存在的问题,应当制造一台满足市场需求的显示器。
杨宣称:“我们认为,投影显示器目前尚不是一种可行的技术。”最关键的是,其可靠性目前尚无法满足要求,此外就是投影显示系统的维护比较困难。为了说明这个问题,杨引用了一个寿命标准——8000小时。而对于投影显示器系统的光源来说,“在商业市场上根本没有达到这个要求的产品。但是航空公司却希望显示器的平均故障间隔时间能不低于20000小时”。

霍尼韦尔公司还发现估算得到的投影显示器系统成本高于公司正在交付的平板有源矩阵液晶显示器。这项研究也显示了投影显示系统的“复杂性”:它需要透镜和平面镜组,增加了系统的重量。

霍尼韦尔公司的这项研究于2001年结束,杨的结论是:投影显示器技术还没有达到实用阶段。

【注释2】美国空军、美国海军和美国海军陆战队以及英国皇家空军和皇家海军将装备约2600架各型F-35。美国海军陆战队原先计划在2010年前形成JSF的初始作战能力(IOC),美国空军的计划是2011年,美国海军和英国则是2012年。然而,现在可能变为美国海军陆战队在2012年、美国空军和海军在2013年。第一架先导机的试飞日期可能在2005年底到2006年初。

位于德克萨斯州沃斯堡(Wroth Fort)的洛克希德 马丁航空系统公司F-35飞行员系统“综合产品小组”(IPT)组长汤姆 弗雷(Tom Frey)说:“我们在上个世纪90年代后期做出了一个战略性的判断——到2000年年中,投影显示器技术将成为衡量战斗机座舱技术水平的标志”。位于加利福尼亚州圣何塞(San Jose)的罗克韦尔 柯林斯公司旗下的凯撒光电分部(前凯撒航空航天公司,2000年被罗克韦尔 柯林斯收购)则被选中提供F-35使用的多功能显示系统(MFDS)。


汤姆 弗雷

通过从民用电视工业借用所谓的“反射光学”技术,洛克希德 马丁与罗克韦尔 柯林斯的联合小组现在提供了将两个尺寸(高度×宽度,下同)8英寸×10英寸(1英寸=25.4毫米)的显示器表面综合成一个尺寸8英寸×20英寸视区的技术,这是到目前为止战斗机上最大的显示面积。弗雷宣称:“采用这种综合升级至少减轻了100磅(45千克)的重量”。通过采用触摸屏(系这种大尺寸的显示器首次采用)和语音识别技术,联合小组已成功为新型显示器综合大量的典型控制功能。

弗雷也参与了F/A-22“猛禽”战斗机座舱的开发,宣称:“在我们的模拟器上,F-35的这种座舱是第一次没有任何飞行员要求增大显示器面积的。为了确定如何布局才能让飞行员高效率地使用,我们进行了大量的研究工作”。弗雷现在领导的工作组包括9名座舱工程专家,覆盖的专业包括弹射座椅、飞行控制等。投影显示器另外一个性能优势是它的亮度,与其它战斗机上采用的液晶显示器(LCD)相比,它在阳光的直射下更易于阅读。

航空电子系统使用的投影显示器技术始于上个世纪80年代,一些欧洲的飞机采用了这种显示器。现在,欧洲泰勒斯航空电子公司正在为“幻影”系列战斗机和“阵风”战斗机以及“空中客车”系列客机提供基于投影技术的平视显示器(HUD),也为直升机提供基于投影技术的头盔显示器(HMD)。但美国厂商直到最近才开始采用这一技术:罗克韦尔 柯林斯公司于2002年5月在F/A-18E/F“超级大黄蜂”(Super Hornet)上首次试飞了其基于投影技术的“灵巧显示器”——6英寸×6英寸的反射式微型液晶显示器(micro-LCD)。然而,波音公司F/A-18按批次升级的航电系统并没有包括这种显示器。

尽管美国空军的洛克希德 马丁F/A-22空中优势战斗机最初并未计划配备这种显示器,但现在,投影显示器已经取代了该机正中间位置原来一个8英寸×8英寸的战术显示器(原为液晶显示器)。而在F-35上,按弗雷的说法,“将采用更为先进的第四代技术。而且,当你对比投影显示器和液晶显示器时,你会发现,前者走向市场并在战斗机座舱应用中取得成功的时间比后者要短得多”。


FA-22玻璃座舱工作状态图


罗克韦尔 柯林斯的多功能显示系统
罗克韦尔 柯林斯公司将提供给F-35的显示系统包括:两台8英寸×10英寸的多功能显示器、一个飞行员接口模块以及每个显示器一个的低压电源、光源、冷却风扇、激励装置和显示处理机。其中显示处理机用于处理所有的显示管理功能。它由罗克韦尔 柯林斯公司设计并制造。

这些部件被插入到飞机的座舱底板,或者安装到相应的接口位置。最后组成的综合多功能显示系统的前端之一是飞行员接口模块,它有多片式光学表面为投影系统提供反射面。主表面采用化学回火玻璃作为基层,上面有特殊的光学涂层以确保将光线反射到正确的方向——朝着飞行员的眼睛。玻璃和涂层是从其它公司购买的,但触摸屏是罗克韦尔 柯林斯公司制造的。

罗克韦尔 柯林斯公司的JSF多功能显示器系统项目经理特里 哈里斯说:“多功能显示器系统是JSF的主人-机界面,它将与JSF上的头盔显示器和飞行员声控装置等其它机载系统协同工作,对飞机进行管理”。从起动发动机到为飞行员显示传感器数据和系统状态等广泛的任务都由多功能显示器系统进行。

柯林斯公司还为显示系统发展了软件,它们由洛克希德 马丁航空系统公司的沃斯堡工厂进行综合。参与这项工作的联合小组成员还包括位于加利福尼亚州洛杉矶市El Segundo的诺斯罗普 格鲁门公司。罗克韦尔 柯林斯公司的凯撒光电分部(位于加利福尼亚州的Carlsbad)的负责提供关键的投影透镜和显示处理器的电路卡(每个处理器有3块)。

在洛克希德 马丁做出为F-35采用投影显示系统的决策中,罗克韦尔 柯林斯公司扮演了关键角色。哈里斯说:“罗克韦尔 柯林斯公司在圣何塞的工厂