CN109952250A - 具有静态功能转换的多功能航空器着陆灯 - Google Patents

Abstract

一种具有静态功能转换的航空器着陆灯，用于产生具有不同特征的、尤其是不同定向和/或不同光圈的至少两个光束，所述着陆灯包括LED照明模块(6)阵列，每个所述照明模块包括至少两组至少一个光源(S1、S2)，可操作地选择性和静态地提供至少一种照明功能。每个照明模块(6)包括用于光源的常见的聚光透镜(L)，所述聚光透镜包括光入射屈光界面(L₁)和光出射屈光界面(L₂)，所述光源相对于光入射屈光界面放置。

Description

具有静态功能转换的多功能航空器着陆灯

本发明涉及一种能够产生多种照明功能的航空器灯。

大型航空器配备有通常位于机翼下方的着陆灯和通常固定在前起落架的支柱上的起飞灯，这些灯相继地使用或同时地使用，以允许飞行员在夜晚识别出要遵循的路径。当航空器在跑道上滑行时，飞机还配备有能够中距离照明的一个或多个滑行灯。

着陆灯和起飞灯非常强大，以确保足够的范围，该范围约为200到500米。它们能够提供数十万坎德拉。滑行灯产生的光束强度大约小10倍，但会产生更大扩散的光束。

着陆灯和起飞灯产生的光束是相同的，但是具有不同的定向。滑行灯中的部分具有与起飞灯基本相同的定向，但是具有更大的水平角度光圈。

特别地，在着陆之前，在进场阶段，着陆灯的光束的轴线以相对于航空器机身的轴线倾斜的角度向下指向跑道。根据航空器的类型，该角度不同，且可在6到13°之间变化。

在起飞阶段，更确切地说，当航空器所有的机轮与地面接触时，起飞灯和滑行灯必须指向飞机前方尽可能地远，因此光束基本上平行于地面和航空器机身的轴线。

因此，例如，着陆光束的轴线以包含在相对于航空器机身的轴线-13度和-6度之间的角度指向下方，然而，起飞光束的轴线或滑行灯的轴线也指向下方，但是是以较小的角度，例如包含在相对于机身的轴线-3度和-0.5度之间。

在现有技术中，这些各种航空器照明功能由能够发射光束的单独的灯产生，其强度分布和指向方向满足飞行员的能见度需求。

因此，着陆灯、起飞灯和滑行灯为单独的照明单元，这促成了增加航空器的机载照明系统的总重量。然而，众所周知，在航空领域，重量为关键参数。

此外，在所需性能方面，必须提供功耗、体积和站点数量以产生足够照明，造成了显著的安装和电力供应限制。

因此，本发明的目的是减轻这些缺点并提供多功能航空器灯。例如，它可以是产生起飞灯，着陆灯和滑行灯功能的问题。

因此，本发明的主题为具有静态功能转换的航空器着陆灯，旨在产生具有不同特征的、尤其是不同定向和/或不同光圈的至少两个光束，所述着陆灯包括LED照明模块阵列，每个所述照明模块包括至少两组的至少一个选择性和静态可激活光源，以便产生至少一种照明功能。

所述照明模块包括光源常见的聚光透镜，所述聚光透镜包括光入射屈光界面和光出射屈光界面，所述光源相对于所述光入射屈光界面放置。这种光学原理不同于这类光一般应用的光学方案，即利用全反射或抛物面反射镜的准直仪。

优选使用没有透镜的发光二极管(LED)，因为简化了与聚光透镜的耦合，并因此获得了更好的性能。

在一个实施方式中，光源相对于透镜的轴线是轴偏离的(off-axis)，以便产生不同定向的光束或不同光圈的光束、或者不同定向和光圈的光束，光源相对于透镜的轴线是轴偏离的，使得光束相互偏离5到30°。

可以限定，聚光透镜具有轮廓在整体上为平面的或球面的入射屈光界面、和轮廓为椭圆形的或非球面的出射屈光界面，所述聚光透镜的焦平面位于与入口屈光界面的距离小于10mm的位置处。

在一种实施方式中，所述入射屈光界面具有在整体上为平面的形状，且包括圆盘形中心屈光区、环形外部屈光区、和位于所述中心区和所述外部区之间的截头圆锥形环形中间区域(frustoconical toroidal median area)。

根据本发明的灯的另一特征，通过使所述光源更靠近入射屈光界面，所述光源相对于透镜散焦。

在一实施方式中，所述透镜为折反射的，且包括在其上放置有所述光源的屈光中心区、和通过全反射来反射光的圆锥形或抛物线形的外部环形区。

可以限定，所述光源安装在印刷电路板上，且所述透镜包括用于将所述透镜固定和定位在所述电路板上的脚。

根据本发明的灯的又一特征，所述灯包括光学器件，所述光学器件包括一组分类的聚光透镜，每个所述聚光透镜与至少两组的至少一个光源相关。

根据另一方面，本发明的目的还包括如上所限定的航空器灯的用途，其用于生成着陆灯、滑行灯或起飞灯。

通过阅读以下描述，本发明的其它目的、特征和优点将变得显而易见，该描述仅参考附图通过非限制性实施例给出，其中，

图1和2为根据本发明的多功能灯的两个实施方式的立体图；

图3为示出了根据本发明的用于灯的照明模块的第一实施方式的概述图；

图4示出了图3的照明模块的透镜的不同的实施方式；

图5a、5b和5c示出了根据本发明的用于灯的照明模块的另一实施方式；

图6a、6b、6c和6d示出了集成多个照明模块的照明器件的一个实施方式；

图7到12示出了根据本发明的具有相同透镜的双功能或三功能灯产生的光强度；

图13示出了根据本发明的照明器件的又一实施例的实施方式；和

图14示出了配备有根据图13的照明器件的灯产生的光强度。

首先参考图1和2，图1和2示出了根据本发明的双功能灯的一般结构。灯通过一般附图标记1以供参考。

灯包括金属主体2，金属主体2在其背面设置有散热片3；在其前面设置有印刷电路板4且该印刷电路板4使用诸如5的螺钉在几个位置方便地拧紧到主体2上，为了确保良好的散热，将照明器件6阵列安装在印刷电路板4上。

该组件由对光透明的外透镜(未示出)盖住，并通过连接件7供电。

在图1和2示出的两个实施方式中，印刷电路板4包括16个照明器件，参考8，每个照明器件包括3个照明模块，即，总共48个照明模块。

在图1的实施方式中，灯具有圆形形状和标准尺寸PAR64，其对应于8英寸或203毫米的直径，灯的尺寸一般地由它们的PAR号指定为1/8英寸。

在图2的实施方式中，灯具有矩形形状，外透镜固定至前凸缘9。

参考图3，每个照明模块6包括聚光透镜L，聚光透镜L包括光入射屈光界面L1和出射屈光界面L2，以及两个光源S1和S2，此处光源是面向光入射屈光界面L1放置的发光二极管(LEDs)。这些二极管中的每个对应于灯的一个功能，且旨在根据飞行阶段，使用其他照明模块的相同二极管选择性地激活。因此，每个模块的二极管中的一个提供着陆光束，其他二极管提供起飞光束。这些二极管相对于透镜的轴线是轴偏离的，以便获得提供的光束的角位移。

两个光源S1和S2限定平面发光区，且被放置在距入射屈光界面L1的距离T处。该距离T对应于采用的寄存器，以形成光源的近似图像。两个光源S1和S2放置在距离e处，该距离e代表光源的中心相对于透镜L的旋转轴的轴线的轴偏离度(off-axisness)。

可以看出，透镜L具有厚度E和有效直径D。在图3所示的实施方式中，入射屈光界面为平面，而出射屈光界面L2为椭圆的。

在另一实施方式中，如图4所示，入射屈光界面基本地保持平面，但是其包括直径d1的圆盘形状中心屈光区L'1、与中心区L'1同轴的环形外部屈光区L”1以及位于中心区和外部区之间的中间区L”'1。

可以看出，通过向出射面移动，外部屈光区相对于中心区域向后缩回。中间区L”'1具有截头圆锥形环形形状。

本实施方式中，入射屈光面L1分别包括两个区域，中心区和外部区，以及截头圆锥形环形中间区是有利的，因为它允许减少光源的图像、即由镜头形成的图像的失真。

在图5a、5b和5c的实施方式中，透镜为折反射的。在目前的情况下，该透镜包括屈光中心区10，其传输如上所述的光源发出的光，和形成反射镜的周边区11，其反射光源发出的不通过屈光中心区的光。反射镜的工作原理是物质内部的全反射。

由于反射镜为环形的，因此反射镜在其中心具有空隙，光源S1和S2封装在该空隙中。

反光的外部区11具有抛物线形状或圆锥形形状，并形成定位在透镜的周边区的光收集器，以捕获二极管发射的不直接进入透镜的光线。因此，它允许增加透镜的发光效率和峰值强度。

例如，如图5c所示，抛物线形的外部区可采用接近抛物线轮廓的一系列并列的截头圆锥形截面11a、11b和11c的形式。为了减小透镜的整体尺寸，可以并且有利地限定横向平面12和13，可以在不降低其效力的情况下移除一些收集器。这样，如图所示，透镜包括两个相对的反射区11。

如图5a所示，光源S1和S2位于其中的空隙具有整体截头圆锥形状，该空隙的周边表面相对于平行于透镜的旋转轴线的轴线倾斜角度θ。此外，有利于通过使两个外部表面11的抛物线A和B的母线XA和XB的轴线相对于透镜的光轴倾斜角度β，来分离面向两个光源中的每个定位的反射表面，从而叠加通过中心屈光通道产生的光源图像和由全反射作用的外部通道产生的图像。

如上所述，灯优选地包括照明器件阵列，每个照明器件包括多个照明模块，每个照明模块包括至少两个选择性可激活的LED光源。

在图6a到6d所示的实施例的实施方式中，每个照明器件包括3个照明模块。

此处，每个照明器件对于每个模块包括两个光源S1和S2，此处为发光二极管，并且包括常见的光学器件14(图6a和6b中示出的)，此处该光学器件包括3个透镜L，每个透镜L与一对二极管S1和S2相连。

每组模块的二极管S1和S2可以交替驱动，因此可以交替驱动分别产生各种照明功能的二极管一方面的S1或另一方面的S2。也可以同时地驱动二极管S1和S2。

这些二极管安装在常见印刷电路板上。参考图3如上所述，这些二极管与透镜的光轴分隔开距离e，以便获得用于着陆的光束和用于起飞的光束之间的角度间隔(angularspacing)。

当然，在各种预期的实施方式中，当包括两个发光区S'和S”的单个光源S用于产生两种照明功能时不脱离本发明的范围。

因此，在图6d所示的实施例的实施方式中，其对应于包括三个照明模块的照明器件，每个照明模块包括单个光源S，此处为发光二极管，光源S包括两个发光区域S'和S”，它们隔开距离k并且可以彼此独立地供电。

优选地，每个光学器件具有将器件紧固至印刷电路板的中心脚15，以及多个诸如16的定心脚，此处数量为3个，以方便地准确地定位面向光源的透镜。

可能有利地是，在各种实施方式中，在光学器件的成型过程中，由模塑的塑料制成透镜，以便产生脚。

例如，透镜将可能由各种类型的透明塑料制成。例如可以使用聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)。

为了提高光学模块的光学效率，光源可有利地放置在靠近透镜的入射面，以增加捕获的通量。换句话说，这是一个通过相对于透镜的焦点在入射屈光界面一侧移动光源使光源散焦的问题。

需要注意的是，使用包括两个发光区的光源、即，两个中的每个均为二极管是有利的，因为它允许获得彼此非常紧密间隔、例如约0.1毫米的距离的发光区域，这允许产生具有小角度偏移的光束。

然而，使用两个二极管来产生每个光源也是有利的，因为它允许指定二极管的分离，以便根据航空器制造商的要求精细地设定光束之间的角度，且还允许相同的设备商品适用于多种不同航空器。

还需要注意的是，可以将模块的光源轴偏离放置，以产生略微地或大部分椭圆形的光束。

例如，可以限定设置将灯的一些照明模块的光源轴偏离定位到右侧，并且将灯的照明模块的一些其他光源轴偏离定位到左侧。这种轴偏离定位允许光源的图像在灯的中心区域叠加而不会导致峰值强度的显着下降，并且还可以获得具有沿水平轴的几度的扩散的光束。

在图6c和6d中示出的实施例的实施方式中，6个光源中的两个相对于相关联的透镜的轴线向左移动值F，并且六个光源中的另外两个相对于相关联的透镜的轴线向右移动相同的值F。

因此，LEDs可能在两个垂直方向上相对于透镜的轴线轴偏离，一个垂直方向以控制或限定2个着陆光束或起飞光束的间距，另一个水平方向以扩散光束或使它们成椭圆形。

可以观察到，当使用两个相对于透镜的旋转轴独立地轴偏离定位范围从0.8到1.2mm的距离的光源时，根据图3的实施方式产生的照明模块允许覆盖范围从8度到12.2度的角。

当使用具有与透镜的旋转轴相距0.55mm的两个并置的发射区的发光二极管时，该透镜还能够产生两束偏移5.5度的光束。

通过修改透镜的参数，具有与透镜的旋转轴相距0.55mm的两个并置的发光区域的发光二极管可以产生偏移6.4°或7.2°的光束。因此，通过修改给定透镜的光源间距，或者通过修改透镜的参数，或者甚至使用具有两个并置的发光区域的发光二极管，可以覆盖范围从5.5°到14°内所有角范围。

还可以观察到，根据图4的实施方式，相对于图3中示出的实施方式，可以获得覆盖5.7度至12.2度范围内角范围的两个光束，其具有改善发光效率。

图7到图10示出了对应于图1和2的灯的性能的等光强曲线，当这些灯配备具有1mm2发射面积并提供230流明的通量的96个3瓦的二极管，和其16个光学器件，此处是3倍的器件，其包括对应于图4的实施方式的透镜。

图7示出了当两个着陆光束和起飞光束在运行时，即96个二极管全部同时打开时获得的强度映像。通过发光区的中心间距为2mm，获得两个光束的角度偏移为10度。

图8示出了当仅打开起飞光束时，即打开48个二极管获得的强度映像。

图9示出了两个着陆光束和起飞光束偏移7.8度的强度地图，对应于发光区的中心间距为1.6mm。

图10示出了当两个着陆光束和起飞光束偏移12.2度的强度地图，对应于发光区的中心间距为2.4mm。

图7至10中所示的结果对应于如上参照图6c所述放置的二极管，三分之一的二极管相对于透镜的旋转轴以0.375mm的值“F”向左侧轴偏离放置，以及另外三分之二的二极管以同样的等于0.375mm的值“F”向右侧轴偏离放置允许获得认为在10％的峰值处，10度×7度的椭圆形光束。

包括由聚碳酸酯制成的出射外部透镜的损耗的灯的光学效率，对于这三个光束偏移(7.8度/10度/12.2度)几乎保持恒定，峰值强度和场强也是如此。

具体地，已经观察到，对于如图3所示的透镜，效率保持在58％和59％之间。

图11和12示出了当这些灯配备有48个二极管及其16个三倍光学器件时对应于图1和图2的灯的性能的等光强曲线，这些二极管包括两个并置的发光区，每个发光区为1mm2，并且当向二极管供应1安培(amp)时，二极管提供225流明的通量，这些光学器件包含对应于如上参照图4所述的透镜。

图11示出了当两个着陆光束和起飞光束偏移5.7度的强度映像，对应于发光区的中心间距为1.1mm。

图12示出了打开单个起飞光束时获得的强度映像。

在这些图中、图11和12示出的结果对应于如上参考图6d所述放置的二极管。也就是说，三分之一的二极管相对于透镜的旋转轴以等于0.375mm的值“F”向左侧轴偏离定位，并且另外三分之二的二极管以相同的值“F”向右侧轴偏离定位，允许获得10度×7度的椭圆形光束。

最后要注意，本发明不限于上述实施方式。

具体地，在参考图6c和6d描述的实施例的实施方式中，每个照明器件的照明模块包括能够产生两个或三个功能的两个光源S1和S2。

作为变形，如图13所示，还可以为每个照明模块配备四个光源，即第一光源S1，第二光源S2和两个附加光源S3。

例如，一方面的第一光源S1和另一方面的其他两个光源S2和S3相对于透镜的光轴轴偏离定位距离“e”。

如上参照图6c和6c所述，光源也向左和向右偏移，以便扩散光束或使光束成椭圆形。

通过选择性地打开光源S1，S2和S3，获得可以选择性地或同时地实施的三个功能。

光源S1形成着陆光束F1，光源S3形成起飞光束F2以及其12％形成滑行光束，及光源S3形成滑行光束F3的侧面。

具体地，当起飞光束关闭并且滑行光束打开时，灯的12％的二极管S2保持打开，因为它们形成滑行光束的中心。

最后要注意的是，刚刚描述的本发明允许获得小的正面尺寸的照明器件，因此允许创建适合于航空器机翼内部的可用空间的、任何形状的灯，更具体地，集成到机翼的翼根或前缘的透明舷窗的尺寸将被优化。特别地，根据本发明的教导产生的多功能灯具有与要替换的单个灯基本相同的正面尺寸。

Claims (9)

1.一种具有静态功能转换的航空器着陆灯，其旨在产生具有不同特征的、尤其是不同定向和/或不同光圈的至少两个光束，所述着陆灯包括LED照明模块(6)阵列，每个所述照明模块包括至少两组的至少一个选择性和静态可激活光源(S)，以便产生至少一种照明功能，其特征在于，所述照明模块包括光源常见的聚光透镜(L)，所述聚光透镜包括光入射屈光界面(L₁)和光出射屈光界面(L₂)，所述光源相对于所述光入射屈光界面放置。

2.根据权利要求1所述的灯，其中，所述光源相对于所述透镜(L)的轴线是轴偏离的，以便产生不同定向的光束或不同光圈的光束、或者不同定向和光圈的光束，所述光源相对于所述透镜的轴线是轴偏离的，使得所述光束相互偏移5到30°。

3.根据权利要求1或2所述的灯，其中，所述聚光透镜(L)具有轮廓在整体上为平面的或球面的入射屈光界面(L1)、和轮廓为椭圆形的或非球面的出射屈光界面，所述聚光透镜的焦平面位于与所述入射屈光界面的距离小于10mm的位置处。

4.根据权利要求3所述的灯，其中，所述入射屈光界面具有在整体上为平面的形状，且包括圆盘形中心屈光区(L'1)、环形外部屈光区(L”1)、和位于所述中心区和所述外部区之间的截头圆锥形环形中间区域(L”'1)。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的灯，其中，通过使所述光源更靠近所述入射屈光界面，所述光源相对于所述透镜散焦。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的灯，其特征在于，所述透镜为折反射的，且包括在其上放置有所述光源的屈光中心区(10)、和通过全反射来反射光的圆锥形或抛物线形的外部环形区(11)。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的灯，其中，所述光源安装在印刷电路板(4)上，且其中，所述透镜包括用于将所述透镜固定和定位在所述电路板上的脚(15、16)。

8.根据权利要求7所述的灯，其包括光学器件(14)，所述光学器件包括一组分类的聚光透镜，每个所述聚光透镜与至少两组的至少一个光源(S)相关联。

9.一种根据权利要求1至8所述的航空器灯的用于生成着陆灯、滑行灯或起飞灯的用途。