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    学术

    LED照明系统在飞机上的应用

    2018-11-08    

    来源:《航空维修与工程》

    天津十一选五开奖号 www.nkxm.net    作者:蓝楠编译  

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    导语: 近年来,全球的航空运输市场一片繁荣,各大机场均在不断刷新客运吞吐量。但与此同时,各航空公司之间的竞争也在不断加剧,舒适性逐渐成为了乘客选择航空公司的一个重要标准。尽管机上餐食也可以稍微减轻乘客旅途中的不适,但在利润空间被不断挤压的情况下,航空公司必须采用其他创新性手段才能提高其品牌竞争力,才能够争取到更多的乘客。

      近年来,全球的航空运输市场一片繁荣,各大机场均在不断刷新客运吞吐量。但与此同时,各航空公司之间的竞争也在不断加剧,舒适性逐渐成为了乘客选择航空公司的一个重要标准。尽管机上餐食也可以稍微减轻乘客旅途中的不适,但在利润空间被不断挤压的情况下,航空公司必须采用其他创新性手段才能提高其品牌竞争力,才能够争取到更多的乘客。

      客舱照明系统正是其中的手段之一。心理学研究表明颜色能够影响人的心理状态,医院利用这一理论做了大量的努力,如通过调整室内灯光和墙漆的颜色灯帮助病人康复。同样,一些航空公司也开始尝试在客舱中引入柔和的橘黄色和落日红色帮助乘客进入睡眠状态。

      但在十年前,几乎所有的客机旅客都只能通过头顶上方的荧光灯和卤素阅读灯进行照明(这些照明方式现在仍然非常普遍),乘客仅能够选择明亮、暗淡或关闭三种状态。在这样的照明条件下,乘客的整个飞行过程不是倘若处于昏暗的夜间军事飞行中,就是仿佛置身于炫亮的工作隔间中。

      后来随着照明技术的进步,发光二极管(LED)提供了另一种选择。制造商通过将红、绿、蓝这3种灯管芯组合在一起,能够生产出任何颜色、亮度可调的LED灯。与荧光灯和白炽灯只能发出向各个方向漫射的光不同,LED灯的光线具有很强的方向性,因而能够作为直射光源。此外,LED灯发光的原理是直接由电能转化为光能,在能量转换的过程中损失较少,因而也非常节能。

      更重要的是,LED灯还拥有很好的稳定性,尽管无法给出其故障前可正常工作时长的精确数值,但可肯定的是LED灯的寿命是普通荧光灯寿命的30倍或甚至更长。飞机客舱内饰制造商B/E Aerospace公司表示,许多LED灯组件的寿命比飞机本身还要长,其使用寿命甚至能够达到数万小时。

      LED照明系统已成为内饰改装的主流方向

      最早使用全LED照明的客机是日本全日航空公司于2011年投入运营的一架波音787飞机。尽管空客A320neo、波音737MAX、波音777X等第四代机型将全部采用LED照明系统,但现有机队在进行客舱内饰改装时大多数都会选择在现有传统照明系统的基础上加装部分LED灯。但也有一些区域的LED加改装需求并不那么强烈,因为这些区域使用低电压服务灯的频率极低,并不值得耗费额外成本完成LED灯改装。例如,厨房照明灯主要用于为工作台提供照明,以及具备能将灯光调暗便于夜间作业的功能。因此,虽然为新飞机安装LED厨房照明灯可以相应地减少其维护工作,但却没有必要专门将飞机现有的传统厨房照明灯改装为LED灯。但关乎飞行安全的驾驶舱照明则不一样。驾驶舱照明系统要为飞行员提供良好的视觉环境,不仅需要具备夜视照明的功能,还需要为地图、图表等提供定向照明。而LED灯不仅可完美胜任上述工作,还能够满足逆光照明等需求。

      令客舱内饰设计符合美学标准已成为了决定内饰改装方向的优先考虑原则。目前内饰改装的主流方向是打造优雅的过道和明亮的舱顶,使飞机客舱看起来更宽敞,并且客舱照明的色温还可随着一天中的时间变化而不断改变。尽管不在客舱中加装LED系统也能实现大多数上述功能,但在LED系统中,只需通过简单操作控制板便可完成所有功能。

      照明系统的选型需经过航空公司的批准,完成一些通用标准的申请即可。但在对使用荧光灯和卤素灯的飞机进行任何LED相关的改装工作之前,均需要获得补充型号合格证(STC)。即使照明系统供应商拥有自己的取证团队,申请 STC证书仍是整个改装升级过程中最耗时的工作。

      灯光颜色的一致性是主要挑战

      针对使用传统照明设备的飞机,B/E公司推出了照明解决方案eFIT,该项目可为航空公司提供全白光LED照明,以及在白光基色上增加一种强调色的LED照明系统。此外,B/E公司还推出了一款Tapestry产品,可以为客户提供全彩色的LED系统解决方案。Tapestry产品采用了一款比波音737、波音757、波音767、波音777飞机的原配荧光灯亮度还高15%的LED系统,平均故障间隔时间(MTBF)长达6万小时。该产品允许航空公司在客舱中采用全情景照明系统,并可在客舱照明系统的设计中重点突出其品牌特色。

      在Tapestry及同类产品中,采用的均为红、绿、蓝三色的LED灯条。由于LED的灯光强度会随着时间推移而减弱,而且制造商无法保证所生产出来的每个二极管的质量性能完全一样,因此如何保证LED灯光颜色的一致性是照明系统供应商所面临一个巨大挑战。B/E公司目前主要是通过颜色管理系统确保LED灯光颜色的一致性,较十年前已取得了很大进展,其Tapestry产品中就包含针对过热和老化的颜色补偿系统。

      另一家美国的专业照明公司肖特集团(Schott),之前主要提供LED照明条解决方案,但目前将主要精力集中于为飞机整个客舱提供解决方案HelioJet。HelioJet是一款已经获得专利批准的新型LED系统,肖特集团认为,情景照明系统意味着需要将多种颜色的灯光混合在一起,但若仅通过混合安装简单的红、绿、蓝LED灯条,无法在客舱中获得均匀一致的灯光效果,航空公司客户也不会对此感到满意。

      肖特集团正与汉莎技术共同合作开发的HelioJet系统采用两只LED(白色光或者红、绿、蓝光)组成的玻璃管替代目前的LED灯条,这两只LED分别位于玻璃管两端,光线通过光纤以合适的角度传播并均匀的混合在一起,再利用传感器检测光颜色是否一致,并根据检测反馈结果驱动LED芯片对光的颜色进行调整。肖特集团表示,该公司已经可以将不同制造商生产的LED灯管组合在一起,调制出指定颜色的光线。

      采用LED灯条的照明系统每米客舱长度就需要使用100只LED灯管,HelioJet系统却只需4只,这也是HelioJet所具备的明显优势。若使用传统LED灯条作为照明系统,宽体飞机的客舱需要的LED灯光为11000只左右,窄体飞机的客舱需要4000只左右。如果任何一支LED灯管出现了故障需要进行更换,制造商首先需要对其LED灯管备件按照累计工作时长和制造标准进行分类,从中挑选出与故障灯管状态一致的更换件,才能够保证灯光的一致性,不得不说这是一件非常繁琐且复杂的任务。

      未来LED的改进方向

      从荧光灯到LED灯的跨越不得不说是照明系统的一大进步,但在未来十年内可能不会再出现类似的跨越性变革,而应该是LED照明系统逐渐取代传统照明系统的一个过程。但可以预见的是,未来十年照明系统的主要改进方向将会围绕LED系统本身,以及互联网等新技术在LED系统中的应用。

      B/E公司认为,机上照明系统正在变得越来越智能,甚至能够提前预知乘客和使用者的需求。结合了智能照明系统的客舱管理系统甚至可以快速识别乘客的喜好,不需要乘客下指令,就能够在恰当时刻为其调节合适的照明亮度。同时,肖特集团认为LED技术仍有很大改进空间,制造商仍需要努力在保证LED质量的前提下,通过不断改进使LED照明变得更智能、更轻便、寿命更长、成本更低。

      有机发光二极管(OLED)面板曾受热捧,被誉为未来飞机内饰的理想材料。OLED使用电致发光层投射光,因而可生产出曲面、以及可灵活弯曲的发光面板。这使得飞机的任何表面都可成为一块潜在的屏幕,投射出各种炫目的场景。因此有部分业内人士认为,在不久的将来OLED的应用将会变得越来越广泛。但B/E公司认为OLED技术可能更适合应用于标识、广告等用途,而不适用于通用性照明。因为肖特集团认为若想要在飞机上应用OLED,首先需要保证OLED设备的MTBF高达10万小时,但从OLED在电视机领域中的表现看来其远未达到这一标准。LED在飞机外部照明系统的应用

      飞机的外部照明系统LED改装工作可在过夜检修中完成,但正如在飞机客舱内部进行LED加改装一样,将飞机外部的卤素照明灯改装为LED灯也需要取得STC。由于如导航灯、防撞灯、起落架灯等外部组件对于飞行安全至关重要,所以申请STC的标准较客舱改装更为严格。例如,改装供应商需要证明用于改装的LED灯能够在一定强度下正常工作数万小时。因此,虽然波音787、空客A350、空客A320neo、波音737MAX和波音777X等新一代飞机均已宣布或即将采用LED外部照明系统,但目前仅有少数飞机决定将其传统外部照明设备改装为LED设备。

      B/E公司认为,促使大部分客户做出将其飞机外部照明系统更换为LED灯的决定性原因,是目前卤素照明系统的故障频发而导致多起非计划性更换。而LED灯则具有良好的可靠性,在最新型飞机上,LED灯甚至可以安装在勤务舱中,因为LED灯拥有抵抗极寒环境、震动、冲击和压力变化的能力。但是LED灯唯一缺点是不耐高温,在高温环境下工作可能会缩短其使用寿命。

      外部LED照明系统还能够很好地对光束进行控制。卤素灯需要亮度非常高才能确保飞机尾翼和机翼灯达到可视要求,但得益于LED灯良好的方向性,LED灯可将其灯光聚焦投射于有可视要求的部位。此外,LED灯光的色温是可调的,这也使得LED灯的对比度更高,可完成距离更远的照明任务。

      尽管航空公司目前都仅专注于对客舱照明系统的创新和设计,但是在飞机表面除了简单喷漆外,仍大有可为,如电致发光层和外部照明均是不错的选择,而且公务机用户有望成为这方面的最早试用者。

      LED在应急照明系统中的应用

      当乘客置身于黑暗、充满浓烟、散布着恐慌氛围的客舱中时,地面紧急通道指示系统的作用至关重要,该系统需要具备亮度高、可靠性高、直观性强等特点。FAR法规中的S.25.811和S.25.812章对应急标识的文本高度、字体比例、亮度、颜色和符号做了详细规定,AC25.812-2章则对地面照明灯光的要求进行了补充说明。

      过去多年中,飞机过道均是采用灯泡这一方式将乘客指引至最近的出口,但目前全球机队中至少一半的飞机已经采用了光致发光(PL)应急照明系统。航空公司通常更喜欢选择将PL系统作为紧急通道指示系统,这是因为PL系统具有轻便、无需电力作为驱动、可靠性高、几乎不需维护等多项优点,只需将其置于飞机客舱照明灯或自然日光下照射30分钟,就能完成充电过程,且可在暗处连续发光超过9小时。

      目前,大多数新飞机都将PL系统作为紧急通道指示系统的标准配置,也有很多航空公司想要将现有飞机的电力驱动指示系统改装为PL系统。英国飞机内饰照明制造商STG Aerospace公司生产的saf-Tglo光致发光客舱地面紧急通道指示系统已经在9000多架飞机上得到了应用,在波音737飞机上安装saf-Tglo系统只需两人单班时间即可完成。目前,saf-Tglo系统为客户提供了超过300种颜色的选择,客户可根据地毯和地面图案选择安全匹配的设计方案。该系统的性能也在不断提高,STG公司推出的最新产品比第一代saf-Tglo系统的亮度提高了70%。

      光致发光(PL)标识系统(如出口标识、紧急通道标识)对于标识系统的影响没有客舱地面紧急通道指示系统那么大,因为大多数航空公司仍然使用电驱动设备或自发光设备。尽管如此,PL系统凭借其所具有的成本低、重量轻、易安装、无需维护等固有优势正在变得越来越受欢迎。


    标签:照明系统  LED照明  飞机  

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