1、前言

　　目前使用的飛機(jī)著陸滑行燈光源一般是大功率封閉式白熾燈。白熾燈是根據(jù)熱輻射原理制成的，靠電能將燈絲加熱至白熾狀態(tài)而發(fā)光，燈絲在電能轉(zhuǎn)變成可見光的同時(shí)，還要產(chǎn)生大量的紅外輻射和少量的紫外輻射。為了能滿足飛機(jī)的實(shí)際使用要求，一般選用低電壓、大電流、高色溫的白熾燈，該類白熾燈具有光效低、熱量大、壽命短、易漏氣、易燒絲等特點(diǎn)。維護(hù)成本高，維護(hù)周期短。

　　21 世紀(jì)起，全球能源越來(lái)越緊張，普通照明領(lǐng)域中的封閉式白熾燈已逐步被一些高光效、綠色、環(huán)保、節(jié)能的新光源替代，如金屬鹵化物燈。作為飛機(jī)著陸滑行用光源同樣面臨相同的節(jié)能問題，如采用金屬鹵化物燈芯結(jié)構(gòu)的飛機(jī)著陸滑行燈將有效地降低飛機(jī)上的功率消耗（僅為原來(lái)的1/3），同時(shí)由于使用壽命的延長(zhǎng)（為原來(lái)的50 倍），降低了維護(hù)成本。

2、產(chǎn)品設(shè)計(jì)

2.1、產(chǎn)品工作原理簡(jiǎn)述

　　以金屬鹵化物燈芯作為發(fā)光體的著陸燈，工作原理簡(jiǎn)述如下：通過(guò)專用的鎮(zhèn)流器瞬間輸出足夠高的開路電壓，使金屬鹵化物燈內(nèi)工作氣體產(chǎn)生放電，當(dāng)金屬鹵化物燈剛點(diǎn)燃的時(shí)，初始的光譜是汞蒸氣譜線，此時(shí)鹵化物在電弧管壁冷端處仍處于固體狀態(tài)。隨著電弧管壁溫度的升高，鹵化物漸漸汽化和蒸發(fā)，鹵化物蒸氣由于擴(kuò)散和對(duì)流的作用被帶進(jìn)電弧較熱的部位。由于電弧的高溫，使鹵化物分解成金屬和鹵素原子。金屬原子在高溫的電弧中心被激發(fā)，產(chǎn)生特征譜線輻射，其產(chǎn)生的可見光通過(guò)著陸滑行燈錐體表面的反射膜層反射出去，利用燈芯、錐體、屏體的透光性及結(jié)構(gòu)形狀和相對(duì)位置的變化設(shè)計(jì)出所需要的光強(qiáng)及光強(qiáng)分布，達(dá)到滿意的照明效果。

2.2、產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)及指標(biāo)

　　幾何尺寸

　　燈直徑：φ（143±2）mm；高度：最大80mm；接觸片寬度：（60±2）mm；

　　玻璃材料

　　鎢組玻璃

　　線性膨脹系數(shù)：（36～38）×10-7/℃；

　　熱穩(wěn)定性：＞260℃；

　　輸入端工作電壓：DC：28±10%

　　功率：150W

　　發(fā)光強(qiáng)度：360Kcd;

　　散設(shè)角：水平12°，垂直12°

　　壽命: 500h

　　工作電壓：DC28V

　　工作溫度范圍：0℃～50℃。

2.3、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：由圖1中可見，該燈由玻屏1、玻錐2、反射膜層3、支架4、金屬鹵化物燈芯5、接觸片絕緣子6 和快速啟動(dòng)電子鎮(zhèn)流器7 等構(gòu)成。金屬鹵化物芯焊接在支架、置于玻錐的焦點(diǎn)上，玻屏和玻錐進(jìn)行邊緣封接，形成密封的玻璃腔體，內(nèi)充入惰性氣體，在玻錐的內(nèi)拋物面上鍍有透紅外反射膜，外端焊接接觸片和絕緣子，在外部接有快速啟動(dòng)電子鎮(zhèn)流器的激發(fā)下， 金屬鹵化物燈芯釋放出所需的光譜。

　　產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)：該燈需采用可伐封接工藝、封屏工藝、排氣除氣、充填氣體工藝關(guān)鍵工藝技術(shù)來(lái)完成產(chǎn)品的生產(chǎn)。

2.4、可靠性設(shè)計(jì)

　　本實(shí)施方案最重要的是對(duì)整燈進(jìn)行CAD 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，開發(fā)金屬鹵化物飛機(jī)著陸燈光學(xué)分布CAD 設(shè)計(jì)模型庫(kù)。對(duì)金屬鹵化物燈芯結(jié)構(gòu)CAD 設(shè)計(jì)，對(duì)其引線壓封處采用應(yīng)力有限元計(jì)算，進(jìn)行有限元應(yīng)力計(jì)算和尺寸優(yōu)化，對(duì)焊接材料選擇、性能測(cè)定及其熱力學(xué)與力學(xué)性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

3、工藝研究

3.1、研究高溫保護(hù)自動(dòng)化封屏技術(shù)

　　1）技術(shù)要求

　　1、玻璃屏錐封接面應(yīng)力小于2 級(jí)

　　2、可承受1 個(gè)大氣壓的負(fù)壓，3 個(gè)大氣壓的內(nèi)壓

　　3、封接氣密性：真空漏率<1.3×10-12Pa·1/s

　　4、溫度沖擊：T=（-70±2）℃和（-80±2）℃各1 小時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間不大于5分鐘，在非工作狀態(tài)3個(gè)循環(huán)

　　5、壽命：滿足500 小時(shí)的工作時(shí)間，6000 次的沖擊次數(shù)，保證使用，不炸裂，不漏氣

　　2）技術(shù)難點(diǎn)分析

　　根據(jù)目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)制燈的方法、工藝和手段，達(dá)到上述指標(biāo)尚存在一定的技術(shù)難點(diǎn)。

　　1.提高設(shè)備的封接精度和保溫的一致性

　　2.膜層耐熱溫度低小于退火溫度560℃

　　3.原有的退火溫度曲線不能滿足新燈的要求

　　3）技術(shù)途徑

　　1．提高封屏的封接精度�？刂品饨用娴暮穸日`差在3mm 以內(nèi)，選用保溫效果好、溫度分布均勻的保溫腔體，通過(guò)精準(zhǔn)控制減少溫度的波動(dòng)和誤差。

　　2．設(shè)計(jì)燈泡的反射膜層。我們的傳統(tǒng)工藝是蒸鍍鋁膜，鋁膜反射了燈絲發(fā)出的80%紅外輻射，使屏和錐邊緣封接處的溫差超過(guò)200℃。其結(jié)果是導(dǎo)致屏和錐封接處的炸裂，影響燈的安全性和壽命。同時(shí)該膜層在560℃時(shí)容易出現(xiàn)氧化，降低膜層的反射系數(shù)。為此我們將傳統(tǒng)工藝所蒸鍍的鋁膜改為紅外增透膜,并采用全新的蒸鍍工藝后，膜層耐溫可達(dá)到580℃。高于玻璃的退火溫度，不影響膜層質(zhì)量，同時(shí)可以將紅外輻射直接從錐的后部透射出去,從而降低前屏的溫度，最終將屏和錐邊緣封接處的溫差減少到20℃，有效地降低封接面的應(yīng)力問題，提高封接質(zhì)量。

圖7 玻璃退火曲線

　　① 升溫階段

　　在二次退火的場(chǎng)合，先將制品加熱到退火溫度。玻璃制品受熱時(shí)，其表面受壓應(yīng)力，故加熱升溫速度可快些，只要加熱時(shí)所導(dǎo)致的暫時(shí)應(yīng)力與固有的永久應(yīng)力之和小于玻璃的抗張強(qiáng)度極限就可。升溫速率的大小取決于玻璃的厚度、膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率和抗張強(qiáng)度等。1這些因素中，主要考慮厚度和膨脹系數(shù)。最大升溫速率按下列公式計(jì)算：

R=130/a2…………………………………（1）

式中： R——升溫速率（℃/min）；

　　　　a——制品的厚度（實(shí)心制品為厚度的一半）（cm）。

　　一般來(lái)說(shuō)，按最大升溫速率的15%～20%選取升溫速率。還要考慮膨脹系數(shù)的影響。升溫階段如圖中A段所示。