WO2012083733A1

WO2012083733A1 - 一种用于航行灯的反射面罩以及使用该反射面罩的航行灯

Info

Publication number: WO2012083733A1
Application number: PCT/CN2011/079637
Authority: WO
Inventors: 刘洪涛; 杨文�; 王佳
Original assignee: 中国商用飞机有限责任公司; 中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2012-06-28
Also published as: CN102121661A; CN102121661B

Description

一种用于航行灯的反射面罩以及使用该反射面罩的航行灯技术领域

本发明涉及一种航空照明领域，更特别地，涉及一种航行灯的结构设计。背景技术

在飞机领域，航行灯用于标志飞机的飞行方向，给周围飞机提供航行信息。一^:来说，航行灯系统必须包括前航行灯、后航行灯，其中前航行灯由左红灯和右绿灯组成，之间间距尽量大，后航行灯则为白灯。

目前的航行灯产品包括以卤素灯或 LED为光源的两大类，其中 LED光源具有高效、长寿命、高可靠性等特点，因此 LED航行灯正成为航行灯发展的趋势。

为满足适航要求，使用白光 LED的后航行灯通常安装在飞机尾推末端，并靠近 APU ( Auxiliary Power Units , 辅助动力系,统 ) 的排气口。采用传统 APU消音器时，该位置的温度通常在 100°C左右。技术的发展，客户对飞机噪音指数的要求越来越严格，这迫使飞机逐渐采用整合式消音器。该消音器将尾推后段整体作为消音器的腔体，然而这时排气口附近的温度就会高达 200°C左右，这一温度已经超过素灯通常的工作温度。且 LED光源是一种对温度非常敏感的光源，其正常工作时环境温度一般不能高于 90°C , 所以对于 LED光源而言，更无法承受如此高的温度的。即使通过一定的隔热措施将光源安装位置的温度降到合适的范围，灯源相应的电气布线也是非常困难的。因此需要考虑在 APU两侧安装后航行灯。

然而，如果要将现有的后航行灯安装在机身尾部两侧，航行灯的光强分布无法达到适航规章的要求。发明内容

本发明涉及一种用于航行灯的反射面罩，将该面罩与航行灯组装在一起后，能使得所述航行灯具有紧凑的结构，并在保证光分布的前提下减小气动影响。

为实现上述目的，本发明提供一种用于航行灯的反射面罩，该其中，所述反射面罩的反射表面通过曲线 R绕轴线三维旋转来形成，在柱坐标系统 Ο,ί 中，所述曲线 R被标示为 R ), 其中：

R = const · exp( Jtan αάφ) = 11{φ) 3^Ρ_ι{φ)·άφ = Ρ₀ (θ) ·άθ; 其中，

const为常数,

为光源出射的光强分布为，

^{Ρ θ})为经过所述反射表面后得到的光强分布，

为光源出射光线与轴线夹角；

为经过反射面反射后光线与轴线的夹角。

特别地，当所述光源的光强分布为常数时，即 W) = ，同时出射的光强分布在 ^0<^< 范围内也为常数，即 ^> ^{= 5}。时， co 与 c。之间存在如下线性关系：

φ + b , 其中

1 - cos θ , cos θ,― cos φ

α ^L b = ^! -

1 - cos φ₀ 1— cos

此外，本发明还提供一种航行灯，包括：光源、透明灯罩、反射面罩以及底板，所述反射面罩与所述透明灯罩连接为一整体并一同固定在所述底板上，所述光源设置在所述底板上并靠近所述反射面罩，所述光源发射的光线经所述反射面罩反射后从所述透明灯罩中射出。所述反射面罩反射表面通过曲线 R绕轴线三维旋转来形成，在柱坐标系统（Α,ί 中，所述曲线 R被标示为 R ), 其中：

R = const · exp( jtan άφ) = 11{φ) ^Ρ_ι( )-άφ = Ρ₀(θ)-άθ . 其中，为光源出射的光强分布为，

^Ρ。^)为经过所述反射表面后得到的光强分布，

^为光源出射光线与轴线夹角； Θ为经过反射面反射后光线与轴线的夹角。

特别地，当所述光源的光强分布为常数时，所述反射表面的曲线 R的函数存在如下关系，即 cos θ - α cos φ b , 其中：

1― cos θ _Ί cos θ,― cos φ_η

a = ^L 9 b =——— ―

1 - cos φ₀ 1— cos

更优选地，本发明的一个实施例中还提供一种结构更紧凑的航行灯，其在所述底板上还铺设有反射层，所述光源发射的光线经所述发射面罩反射后到达所述反射层上，并经所述反射层再次反射后从所述透明灯罩中射出。

特别地，所述光源为 [¾素灯光源或 LED光源。

特別地，所述底板也可以是带有金属热沉的基板。

特别地，所述光源通过机械连接或焊接的方式固定到所述底板上。

特别地，所述反射面罩与所述透明面罩连接点处到所述反射面罩与所述底板连接点处的连线与所述底板的夹角在 60° -80° 。更优选地，所述夹角度数为 70° 。

本发明的航行灯由于结构紧凑，所以可以采用侧面安装的方式被安装在机身尾段两侧，有效避开尾部高温区域，有因为本发明的灯罩具有特殊的反射曲面，所以使得该航行灯在结构紧凑的同时，又能保证光分布。附图说明

图 1是本发明一个实施例的示意图；

图 2是本发明另一个实施例的示意图；

图 3是本发明航行灯的安装示意图。具体实施方式

如图 1所示，本发明提供一种航行灯 7，包括：光源 1、透明灯罩 2、反射面罩 3 以及底板 4 , 所述反射面罩 3与所述透明灯罩 2连接为一整体并一同固定在所述底板 4上，所述光源 1设置在所述底板 4上并靠近所述反射面罩 3 ,所述光源 1发射的光线经所述反射面罩 3反射后从所述透明灯罩 2中射出。

为了使得本发明的航行灯 7 具有紧凑的航行灯结构，并在保证光分布的前提下减小气动影响，所以要对本发明的面罩进行特殊设计。

白光航行灯系统的光强分布必须达到下述的最低要求，考虑到使用过程中的光衰减，实际光强情况必须在最低要求上增加一定裕度。其中，白光航行灯水平面内的最小光强如表 1所示。

表 1 水平面内的最小光强要求

另外，白光航行灯垂直面内的最小光强如表 2所示。

表 2 垂直面内的最小光强要求

白光航行灯对左右二面角区域的最大掺入光强如表 3所示。

表 3 最大掺入光强要求

其中：

A 区包括在相邻的二面角内通过光源并与共同

边界面相交成大于 10。但小于 20°角的所有方向；

B 区包括在相邻的二面角内通过光源并与共同

边界面相交成大于 20。角的所有方向。在本发明的实施例中，根据上述表 1 至表 3所示的白光航行灯的光强分布要求，以及白光 LED的配光特性，采用非成像光学设计方法来得到符合要求的二次反射曲面。

在 LED照射的范围内， A区为白光 LED航行灯光强覆盖区， B 区为禁止区，不能有光强存在，因此，我们釆用反射面罩 3对 LED 发出的光线进行转换，使该光线能够转化为 A区的光。

根据二维非成像光学设计方法，并通过方程求解曲线的轨迹，就能得到剖面曲线。

将这一曲线绕轴线（X方向）三维旋转（-90。- +90。） , 形成旋转曲面。之后在 XZ平面内形成切割线，并将该切割线沿士 z轴方向无限延伸得到一切割平面，然后用该切割平面去切割旋转曲面，得到旋转曲面，并将旋转曲面弧度小于 70。的部分切除，经过上述切割和切除后剩下的部分就成为反射面罩 3的反射表面。

下面将详细论述二维非成像光学设计方法。该设计方法依据的是二维给定的光分布。所述二维给定的光分布就是具有旋转对称性或者平移对称性的光分布。

二维非成像光学设计中存在一个主截面，无论如何旋转或者平移，在主截面内的光线方向和分布是不会改变的，因此可以利用这个主截面设计一个二维的曲线，然后将二维的曲线旋转或者平移得到能够形成给定光分布的光学系统。

首先，将用于形成曲面的曲线 R上的点坐标用柱坐标表示，那么反射定律的微分表达式是：

d nR)

= tana f-\\ άφ (丄） φ-θ

α⁼^Γ (2) 进而得到：

R = const - exp( Jtan αάφ) - (φ) (3) 理论上说，对于任意的出射光分布与入射光分布，它们之间都应存在依赖关系 ^W), 因此只要求解式 (2), 就能够得到反射曲线轮廓对于二维系统，整个光学系统沿着 z 轴全等的延伸。此时，假设由光源出射的光强分布为，经过二维反光表面后得到的光强分布为。，那么根据能量守恒，两者必然有如下关系：

Ρ_ί{φ)-άφ = Ρ_ϋ{θ)-άθ (4) 现在讨论一种最简单的情况，即光源的光强分布为常数，即： ^Ρ 同时令出射的光强分布在 ^Q< ^ 范围内也为常数，即。 ^{= P}。。代入式 (4), 并考虑到边界条件 )1 。= ，得到：

p.

Φ (5) 0

将 (5)式带入 (3)式，就可以得到在这种情况下反射曲面的横截面形状：

2

其中为 = o处的的值， WP

对于旋转对称系统，整个系统以 y 轴为旋转对称轴。与二维系统类似，根据能量守恒同样能够得到入射光场与出射光场之间的微分关系：

^ (φ) - (cos φ) = Ρ₀ (Θ) - d(cos θ) (7) 同样考虑最简单的情况 ^Ρο ^ = ^Ρο ( °<^<^> ),则与 ^c。之间应存在如下线性关系：

c。s Θ = a cos φ + b (8) 考虑这样的边界条件 =。^和^^ ^', 则可以得到 _a和 b:

_ 1 - cos θ

1 - cos φ₀ (9) b cos θ_{ - cos φ。

l~cos^₀ (¹⁰) 将式（8)至式（10)的方程式代入 (3)，就可以得到旋转对称的反光表面的一个子午面轮廓方程 ^=i?w)。求解这个方程需要采用数值解法。

根据上述方法，在本发明的一个实施例中，所述反射面罩 3 的反射表面通过曲线 R 绕轴线三维旋转来形成，在柱坐标系统（中，所述曲线 R被标示为 R ), 其中：

R = const ' exp( Jtan αάφ) = (φ) JL P. (φ) -ά = Ρ₀(θ)-άθ；其中， const为常数，为光源 1 出射的光强分布为， )为经过所述反射表面后得到的光强分布，

^为光源 1 出射光线与轴线夹角；

Θ为经过反射面罩 3反射后光线与轴线的夹角。

在本发明的一个优选实施例中，当所述光源 1的光强分布为常数时，即 ^) = ，同时出射的光强分布在 0< ^ 范围内也为常数，即 o(^) = ^o 时， co 与 c。之间存在如下线性关系： cos Θ = a cos φ + b 其中

1― cos θ _Ί cos θ,― cos

α b

1 - cos ^₀ 1 - cos φ_Ό

此外，如图 2所示，在本发明航行灯 7的一个优选实施例中，在所述底板上还设有反射层 5，所述光源 1发射的光线 6经所述发射面罩 3反射后到达所述反射层 5上，并经所述反射层 5再次反射后从所述透明灯罩 2中射出。

如图 3示出了本发明航行灯的一种具体使用方式，在该方式中，本发明的航行灯 7作为后航行灯被安装在飞机尾部 9的两侧，如图 3 所示，所述航行灯的光强分布区域 8基本覆盖了整个飞机后方，满足了适航规章的要求。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在化和改进，但都属于本发明的保护范围。上述实施例的描述是例示性的而不是限制性的，本发明的保护范围由权利要求所确定。

Claims

权利要求书

1. 一种用于航行灯的反射面罩，该反射面罩接收所述航行灯光源所发出的光线并将该光线反射出去，其特征在于，所述反射面罩的反射表面通过曲线 R绕轴线三维旋转来形成，在柱坐标系统（^ ) 中，所述曲线 R被标示为 R ), 其中：

R = const - exp( jtan αάφ) = Ά{φ) ^Ρ_ί{φ)·άφ = Ρ₀(θ) - άθ；其中 ,

const为常数，

为光源出射的光强分布为，

^P。为经过所述反射表面后得到的光强分布，

为光源出射光线与轴线夹角；

Θ为经过反射面罩反射后光线与轴线的夹角。

2. 如权利要求 1 所述的反射面罩，其特征在于，当所述光源的光强分布为常数时， ^{= p}i , 同时出射的光强分布在 ^G< ^ 范围内也为常数，即 ( ⁼ 时， cos^与 c。之间存在如下线性关系：

COS0 OCOS φ + b，其中，

l-cos^, ，

a = ^L

1一 cos φ₀，

b _ cos - COS ₀

1— COS _O

3. 一种航行灯，其特征在于，包括：光源、透明灯罩、如权利要求 1-2所述的反射面罩以及底板，所述反射面罩与所述透明灯罩连接为一整体并一同固定在所述底板上，所述光源设置在所述底板上并靠近所述反射面罩，所述光源发射的光线经所述反射面罩反射后从所述透明灯罩中射出。

4. 如权利要求 3 所述的航行灯，其特征在于，在所述底板上还铺设有反射层，所述光源发射的光线经所述发射面罩反射后到达所述反射层上，并经所述反射层再次反射后从所述透明灯罩中射出。

5. 如权利要求 3或 4所述的航行灯，其特征在于，所述光源为卤素灯光源或 LED光源。

6. 如权利要求 3或 4所述的航行灯，其特征在于，所述底板为带有金属热沉的基板。

7. 如权利要求 3或 4所述的航行灯，其特征在于，所述光源通过机械连接或焊接的方式固定到所述底板上。

8. 如权利要求 3或 4所述的航行灯，其特征在于，所述反射面罩与所述透明面罩连接点处到所述反射面罩与所述底板连接点处的连线与所述底板的夹角在 60°-80°。

9. 如权利要求 8 所述的航行灯，其特征在于，所述夹角度数为

70°。

10. 一种如权利要求 1 -9所述的航行灯的安装方式，其特征在于，所述航行灯被安装在所述机身尾部的两侧。