玻璃驾驶舱通过将模拟显示器替换成数字显示器,将飞行、导航、引擎和系统数据整合到一个统一的界面中,从而改变了航空。 这些大格式显示器提高了飞行员的态势意识,降低了仪器面板重量,简化了维护。 然而,随着飞机电能和射程要求的增加,将驾驶舱显示器的功率图图减到最小已成为一个关键的设计目标。 最近在显示技术、光学和电力管理方面的创新在不牺牲安全关键飞行操作所必需的亮度、对比度或可靠性的情况下,正在节省大量能源。

显示电消耗的基本原理

为了欣赏这些创新,它有助于了解驾驶舱显示器中耗尽的动力。 一个典型的航空级液晶依赖于一个可占总显示功率70-80%的背光单元(通常基于LED ) 。 液晶层、逻辑板、触摸覆接器和环境光传感器各贡献较小的分量。 减少背光功率同时在阳光下保持可读性是中心挑战。 板射电、极化效率和适应算法的进步现在允许显示器在电能更低的情况下实现可用光亮度。

锁坑内的有机光电二极管(OLED)

OLED 以像素显示光像素, 从而消除了对背光的需要。 这种架构内在地提供出色的黑色水平和对比度, 从而可以降低夜间操作所需的亮度。 最近的航空级OLED 采用了比早期荧光OLED 更高的光度的磷酸有机材料。 制造商也开发了完全在暗处关闭像素的驱动方案, 与显示相同图像的等效LCD相比, 电源被削减了50% 。

可否重复和核证方面的进展

历史上,OLED的寿命较短,容易发生水分和紫外线退化,新的封装技术——包括薄膜屏障和层层——在驾驶舱条件下的运行寿命已超过5万小时,诸如 通用航空设备[等公司已开始认证业务喷气机的OLED二级显示,表明该技术可以达到DO-160环境测试标准.

夜暮情景中的电力节约

由于平均像素亮度的OLED功率表,显示带有亮文本的暗仪器板的功率比类似感知亮度的反光LCD要低得多。 飞行员在夜间飞行或在仪器条件下飞行直接受益于这些节省,因为电负载的减少可以缓解飞机的交流器和电池的需求。

低功率液体晶体显示器的推进

液晶显示器虽然获得了牵引力,但由于其可靠性、宽温范围以及既定供应链,液晶显示器仍然是主要技术。 液晶显示器工程的创新继续缩小效率差距。

反射和反射液晶处理小组

反射液晶体后方包含部分反射层。在明亮的环境光线下,显示会反射出外光来照亮图像,使背光被暗灭或完全关闭。新建筑使用一个分层反射极化器,在背光灯打开时提高反射性,而不会降低传导性。 这些板可以将背光电源在典型的日间驾驶舱照明中减少30-60%。

低功率 TFT 后飞机

薄膜晶体管(TFT)后飞机已经从非形态硅向低温聚硅(LTPS)和氧化锌(IGZO)的钠材料迁移。 IGZO TFT使电子流动性更高,从而允许较小的晶体管和下闸电压。 结果是每架像素转换所需的功率降低,为常规的a-Si后飞机节省了15—25 % 。

适应性亮度和动态后光控制

现代玻璃驾驶舱使用放置在护罩和贝子周围的多个环境光传感器来测量驾驶舱照明。这些读数为一种控制算法提供了源源不断调整的亮度 — — 在直接阳光下更亮,在覆盖条件下发光,夜间非常暗淡。 最好的执行方法还包括飞行员偏好,可以被覆盖。 与固定的手动设置相比,这种适应方法可以将平均背光功率削减40%。

区和地方

系统不是将整个背光作为单一块调整,而是将背光分为数十个或数百个单独控制区。 通过对应于显示图像的暗区(如地平线上方的天空)的暗区进行暗区,系统在保持空中速度和高度等关键数据领域的高亮度的同时节省了电量。 暗区对大型全景驾驶舱显示特别有效。

动态刷新率管理

并非所有驾驶舱都以相同的速度显示内容变化。静态页面 — — 如引擎的合成屏幕或系统状态页面 — — 只需要偶尔更新,而移动地图显示或避免地形视图每秒可更新30次。现代显示控制器可以按每例申请方式改变刷新率,将静态内容的帧率降低到1–5赫兹。 这可以减少处理负荷和每秒背光脉冲的数量,将逻辑板功率削减10–20%。

精密的电力管理架构

除了显示面板本身之外,电源管理电子已成为能源效率的组成部分。 系统现在包含了高效LED驱动器,具有同步校正和数字化的减震功能,消除线性电流调节器的损失。 一些架构在多个显示器中共用一个通用的电源总线,允许一个单一的高效转换器提供几个单元,每个显示器的本地调节器只处理剩余电压差异。

飞行阶段适应性动力简介

一种新兴的方法是调整飞行阶段的显示功率使用。 在出租车和起飞期间,当环境光线高,飞行员注意力向前时,显示力可以最大亮度运行。 在巡航中,当驾驶舱一般更暗时,功率可以降低。 在下降和接近期间,系统会恢复到更高的亮度。 这种自动剖面分析来自航空客车的飞行阶段逻辑,可以节省10-15 % 。

热管理及其在效率方面的作用

高效热设计减少了主动冷却的需求,而主动冷却本身消耗了动力. 新的显示器外壳使用热管和相位改变材料将热量从LED和处理电子分散到机体结构. 被动冷却使得显示器没有风扇而可以运行,取消了电源拓扑组件,提高了可靠性. 一些设计还回收了废热,在冷湿条件下使显示器暖化,减少了本来需要的热力,以保持液晶流体运行.

重复性和认证挑战

节能技术必须经受住严酷的航空环境:振动、湿度、快速减压和温度极端从-55°C到+70°C。 特别是,OLED在高亮度下面临更严格的终身资格测试,并抵制静态符号化的燃烧。制造商进行加速老化测试,模拟运行年数,以证明效率提高不会以安全为代价。诸如欧洲联盟航空安全局[和FAA等监管机构要求每个显示功能遵守DO-160和相关的设计保证水平。

未来方向:微LED和电子纸张

两种新兴技术都预示着效率的进一步飞跃。 微LED显示器将微镜无机LED作为单个像素,将OLED的发射优势与更高的亮度、寿命和燃烧的豁免结合起来。 驾驶舱的原型微LED板显示峰值亮度超过2,000立方厘米/平方米,而消耗的能量还不到等效的OLED的一半。 挑战仍然是质量转移产量和颜色统一,但主要的航空供应商正在大量投资。

电子显像仪(Electrophoprotretic example)通常称为ePaper,它提供了超低功率的反射选择,只有在图像变化时才消耗能量,它们正被考虑用于二级显示,如检查表或天气图,其中缓慢更新率是可以接受的,对比率接近15:1,而且能够无限期地保留一个图像,而零功率,ePaper可以充当备份或补充显示,需要可忽略的电荷.

系统层面的整合和未来锁舱概念

显示效率不能孤立地考虑。下一代飞机架构使用一个集中计算平台,驱动单一图形处理器的多个显示,减少冗余电路和电源转换损失。这些集成系统与低功率显示技术相结合,可以比传统的联邦制方法削减30-50%的机体显示电源预算。 对于电动和混合电动飞机,节省的每瓦都延长范围,并缩小电池尺寸。

结论

展示能效的创新正在重塑玻璃驾驶舱设计。 从OLED材料和反射液晶到适应性亮度算法和飞行相电管理,业界正在实现可计量的电消耗减少,同时不损害安全或可读性。 随着微LED和电子Paper技术的成熟,未来十年将带来更大的收益。 对于飞机制造商、运营商和飞行员来说,这些进步意味着任务更长、燃料燃烧减少、航空未来更可持续 — — 所有这些都通过更清晰、更明亮、更高效的飞行甲板窗口而可见。