利用基于LED的光源的多平台飞机前部位置指示灯

示例实施例的详细说明

下面将介绍本发明的示例实施例。

本发明涉及一种将安装在飞机上(特别是飞机的机翼上)的前部位置指示灯装置，以便向在大致相同空域中飞行的其它飞机提供关于该飞机的相对位置的信息。根据示例实施例，该位置指示灯装置利用了固态光源，与常规前部位置指示灯系统中所用的白炽灯光源相比，该固态光源具有更长的工作寿命并产生更少的热量。另外，根据示例实施例，该前部位置指示灯装置可以为便携式，并能够安装在不同类型的平台上。

联邦航空条例(FAR)

这里，介绍由联邦航空条例(FAR)对前部位置指示灯强制执行的一些要求将很有利。应当知道，下面的说明只是用于说明目的，而不是作为对前部位置指示灯所强制执行的标准或要求的穷举。

各前部位置指示灯必须显示为在水平面中的各自角度范围内的连续光(该水平面包含飞机的纵向轴线，并垂直于飞机的对称轴线)。

例如，在左侧机翼上的前部位置指示灯(红色)必须显示为当沿飞机的纵向轴线向前看时在该纵向轴线的左侧从0至110度的范围内为连续光。对应于该红色前部位置指示灯的该角度范围称为二面角L。

相反，在右侧机翼上的前部位置指示灯(绿色)必须显示为当沿飞机的纵向轴线向前看时在该纵向轴线的右侧从0至110度的范围内为连续光。对应于该绿色前部位置指示灯的该角度范围称为二面角R。

(二面角A是对应于后部位置指示灯的角度范围，跨度为当沿纵向轴线向前看时从该纵向轴线右侧的70度至该纵向轴线左侧的70度。)

如前所述，FAR表示了对于飞机的各前部位置指示灯(红色和绿色)的、作为发射角度的函数的特定最小和最大光强度。在水平面中，FAR规定了对于红色前部位置指示灯在二面角L中的最小光强度以及对于绿色前部位置指示灯在二面角R中的最小光强度。表1表示了对于水平面的这些最小光强度的特殊实例，如FAR的Part 23，Sec.23.1391中所列出的。

                      表1

FAR还规定了前部位置指示灯在任何垂直平面中的最小光强度，其作为水平面的最小光强度(1)和在该水平面的上方或下方的角度的函数。表2表示了在该条例中的这些最小光强度(按照1)(根据Part 23，Sec.23.1393，作为本申请的存档数据)

                 表2

为了防止在前部位置指示灯之间的过度交叠，FAR还规定了在水平面中作为发射角度的函数的最大光强度。特别是，FAR确定了红色前部位置指示灯在相邻二面角R的特定区域中可以有的最大光强度。还规定了绿色前部位置指示灯在水平面的相邻二面角L的特定区域中的最大光强度。而且，FAR规定了红色和绿色的前部位置指示灯在相邻二面角A的特定区域中的最大光强度(以便防止与后部位置指示灯的过度交叠)。表3表示了这些最大光强度的特定实例，如FAR的Sec.1395，Part23中所述。

最大光强度(烛光单位)

               表3

如FAR中所定义的，区域A包括在经过光源并与公共边界平面交叉(超过10度但小于20度)的相邻二面角中的所有方向。区域B包括在经过光源并与公共边界平面交叉(超过20度)的相邻二面角中的所有方向。

因此，表3中所示的规定确定了对于各前部位置指示灯的角度截断。超过这些角度截断，由各前部位置指示灯发射的光强度必须限制为或低于表3中规定的最大光强度。

这样，FAR规定了对于红色前部位置指示灯在超过二面角L进入相邻二面角R和A中10度时的角度截断，这时光强度限制为10烛光单位或更低。对于红色前部位置指示灯还规定了在超过二面角L进入相邻二面角R和A中20度时的另一角度截断，这时光强度限制为1烛光单位或更低。

应当知道，表3中的参数表示了FAR的Part 23中的要求，它属于正常、实用、特技和通勤类飞机。不过应当知道，FAR的其它部分还规定了对于其它类型飞机的最大和最小光强度要求。例如，Part 25提供了对于运输类飞机的FAR要求，Part 27提供了对于正常类旋翼飞机的要求，而Part 29提供了对于运输类旋翼飞机的要求。

应当知道，FAR在这些部分中还包括其它要求，包括各灯的特定波长(即颜色)。

本发明的示例实施例

图1表示了本发明示例实施例的前部位置指示灯装置1的分解图。根据示例实施例，该前部位置指示灯装置1为模块化。装置1的模块化便于装配，并能够通过更换一个或多个模块来进行某些升级。图1的分解图表示了该位置指示灯装置1的不同模块，包括：截断屏蔽模块10、LED散热器和安装模块20以及电子散热器模块30。

根据示例实施例，LED散热器和安装模块20(下文中也称为“安装模块”)包括作为光源的发光二极管(LED)。

特别是，在图1所示的示例实施例中，该安装模块20包括第一LED模块和第二LED模块。第一LED模块包括两个侧部发射LED 210，而第二LED模块包括单个lambertian(朗伯)LED 230。在图1的示例实施例中，第一LED模块还包含一个或多个定制设计的反射元件220(下文中称为“反射器”)，该反射元件220安装在侧部发射LED 210的旁边。

根据示例实施例，在第一LED模块24上的LED 210可包括LUXEON^TM侧部发射LED，它们目前在市场上有售。还有，在第二LED模块22上的LED 230可以包括目前在市场上有售的LUXEON lambertian LED。不过，其它类型的LED也可以用于第一LED模块24和第二LED模块22上，这是本领域技术人员可以预期的。

如图1(和图3B)所示，侧部发射LED 210并不必须安装在与lambertian LED 230相同的平面中。实际上，该侧部发射LED 210可以安装在与lambertian LED 230不同的角度和高度上。

该侧部发射LED 210安装在第一LED模块的表面上，这使得它们各自有特殊方位。各LED 210的方位是指它相对于飞机纵向轴线的角度以及它在前部位置指示灯装置1中的相对位置。各侧部发射LED 210的方位和发光特性决定了由LED 210从装置1中发出的光的图案(或分布)。

类似地，第二LED模块的安装表面向lambertian LED 230提供了特殊方位。由lambertian LED 230从前部位置指示灯装置1中所发出的光的分布同样取决于LED 230的方位和发光特性。

图2A、3A和3B提供了前部位置指示灯装置1的可选视图。根据示例实施例，这些图表示了在前部位置指示灯装置中的各LED 210和230的方位。

不过，根据示例实施例，从前部位置指示灯装置1发射的光的图案可能不仅取决于LED 210和230的方位和发光特性，而且取决于在安装模块20中的各反射器220的反射性质。

特别是，各反射器220设置成反射从至少一个侧部发射LED 210发射的光。该反射光的特性取决于各侧部发射LED 210的光分布和该反射器220的构造。对于本说明书来说，各反射器220的构造包括(但是并不局限于)形状、尺寸、材料类型以及该反射器220相对于相应侧部发射LED 210的相对位置。

利用已知技术，本领域普通技术人员能够根据侧部发射LED 210的分布来构造该反射器220，使得该反射光具有所需的图案。例如，这些技术可以利用试验和误差、计算机模拟等。用于设计反射器220的这些技术已经为本领域普通技术人员所知，且并不需要进行过度实验来获得所需图案的反射光。

图3A表示了该实施例的安装模块20的剖视图。特别是，图3A表示了反射器220的示例构造，其中，对于每个侧部发射LED 210都有单个反射器220。如图3A所示，各反射器220的反射表面可以是弯曲的。各反射器220的形状确定为使得反射器220将按照上述的所需图案来反射光。

在可选的示例实施例中，单个反射器220可以用于产生所需图案的反射光。例如，单个反射器220可以设计成“双峰”形状，其中，各峰的形状构造成可反射相应其中一个侧部发射LED 210的光。

根据示例实施例，该定制反射器220的构造是根据侧部发射LED210的方位来设计的，从而使该反射光形成特定图案。该图案可以与侧部发射LED 210的发射光组合，以便形成光的第一分布，即第一LED模块的发射分布。

根据LED 230的方位和发光特征，由lambertian LED 230所发射的光形成第二分布。光的该第二分布对应于由第二LED模块所产生的光。根据LED 230的发光特征来确定lambertian LED 230的合适方位的技术为本领域普通技术人员公知，且不需要进行过度实验。

这样，第一和第二分布的光组合形成从前部位置指示灯装置1发射的光图案。根据示例实施例，第一和第二LED模块(包括侧部发射LED210、反射器220和lambertian LED 230)设置成使得所形成的光图案满足FAR对最小光强度的要求。如上所述，本领域普通技术人员很容易知道怎样设置侧部发射LED 210和反射器220以及lambertian LED230，使得该前部位置指示灯装置的光图案满足FAR的最小强度要求。

根据示例实施例，侧部发射LED 210和lambertian LED 230设置成以与FAR对特殊位置的前部位置指示灯装置1的要求相符的颜色来发射光。在该实施例中，当该前部位置指示灯装置1要安装在飞机的右侧机翼上时，各LED 210和230可以设置成发射满足FAR的绿色光(“航空绿”)。另一方面，当该前部位置指示灯装置1要安装在飞机的左侧机翼上时，LED 210和230可以设置成发射满足FAR的红色光(“航空红”)。设置成发射航空红和航空绿的光的侧部发射LED和lambertian LED可以很容易从市场上购得。

因此，在上述示例实施例中，该前部位置指示灯装置1并不需要使用彩色玻璃来提供特殊颜色的光以满足FAR的规定。

应当知道，航空红和航空绿的侧部发射LED210可能有不同的发光特征，因此使得它们各自的分布有一些差别。因此，为了获得最佳光图案，根据该前部位置指示灯1是被设置成发射航空红光还是航空绿光，反射器220的构造可以稍微不同。

不过，根据示例实施例，定制的反射器220可以设计成适应航空红或航空绿的侧部发射LED210。换句话说，反射器220的设计可以是用于红色侧部发射LED 210的最佳设计和用于绿色侧部发射LED 210的最佳设计之间的折衷方案。不过，根据可选的示例实施例，反射器220可以根据前部位置指示灯装置1是设置成用于红色光还是绿色光而进行不同设计，从而优化光图案。

如图1-2B和3B所示，LED散热器和安装模块20的基座可以包括一组或多组冷却翅片240，这些冷却翅片240能够发散由LED模块22和24产生的热量。而且，该基座可以包括具有良好散热特性的导热材料。

根据示例实施例，该安装模块20可以与截断屏蔽模块10操作连接，该截断屏蔽模块10包括一个或多个截断屏蔽件。

在图1所示的示例实施例中，这些截断屏蔽件提供了对前部位置指示灯装置1的光图案的角度截断，从而防止所发射的光与飞机的其它前部位置指示灯和后部位置指示灯过度交叠。特别是，该截断屏蔽模块10可以包括交叠屏蔽件110和120，该交叠屏蔽件110和120防止光图案在与其它前部位置指示灯的光图案交叠的区域A和B中超过FAR规定的最大光强度。该截断屏蔽模块10还可以包括周边屏蔽件130，该周边屏蔽件130防止光图案在与后部位置指示灯交叠的区域A和B中超过该最大光强度(对应于二面角A)。

根据示例实施例，该截断屏蔽模块10可以包括由光学上不透明的聚合物制成的单个铸件，它在工作过程中可与安装模块20操作连接。也可选择，该铸件可以由本领域已知的其它合适材料构成。在示例实施例中，截断屏蔽件110、120和130可以包含于该铸件中。

如图1所示，该截断屏蔽模块10可以包括较大交叠屏蔽件110，该较大交叠屏蔽件110提供了对于光的第二分布(即由lambertian LED230所发射的光分布)的角度截断。该截断屏蔽模块10还可以包括辅助交叠屏蔽件120，该辅助交叠屏蔽件120提供了对于光的第一分布(即由侧部发射LED 210和反射器220所发射的光)的角度截断。

本领域普通技术人员利用已知技术和在不需要过度实验的情况下能够很容易地设计出该较大交叠屏蔽件110和该辅助交叠屏蔽件120，以便从与其它前部位置指示灯的图案相对应的区域A和B中有效截断光图案。这些技术可以包括试验和误差、计算机模拟或者本领域普通技术人员很容易知道的其它方法。

应当知道，图1、2A、2B和3B中所示的较大交叠屏蔽件110和辅助交叠屏蔽件120的结构只是示例性的。例如，这些图将该较大交叠屏蔽件110表示为杯形，而将该辅助交叠屏蔽件表示为杆形。不过，本领域普通技术人员可以预期，也可以采用其它可选的形状和结构。特别是，可以使用能够防止光图案与其它前部位置指示灯过度交叠的任何结构，从而使该图案满足FAR。

而且，在可选实施例中，该辅助交叠屏蔽件120可以与反射器220操作连接，而不是包含于截断屏蔽模块10中。例如，该辅助交叠屏蔽件120可以连接到该反射器220的顶部。

参考图1，该截断屏蔽模块10可以包括沿模块10的至少一部分周边延伸的周边屏蔽件130。该周边屏蔽件130可以构造成向整个光图案提供角度截断，这限制了光与飞机的后部位置指示灯交叠的量。特别是，周边屏蔽件130可以设计成截断光的第一和第二分布，基本防止与二面角A交叠。该周边屏蔽件130使得光图案能够满足FAR对于二面角A中区域A和B的最大强度要求。

与该较大交叠屏蔽件110和辅助交叠屏蔽件120类似，该周边屏蔽件130可以利用本领域的公知技术来进行设计。

根据上面所述和图1-3B中所示的特定示例实施例，安装模块20和截断屏蔽模块10的结构很有利，这是因为只需要三个LED来产生满足FAR对于前部位置指示灯的规定的光图案。这使得安装模块20和截断模块10的尺寸能够与用于现有前部位置指示灯(使用荧光灯或卤素灯)的多种不同安装平台相适应。

例如，根据示例实施例的前部位置指示灯装置1可以设计成装配在一种或多种以下飞机的封套和安装结构中，这些飞机包括：CessnaCitation X，Gulfstream GIV，Gulfstream GV以及Lear Jet31A/60。因此，在示例实施例中，该前部位置指示灯装置1可以用于直接代替上述安装平台中的现有白炽/卤素前部位置指示灯，而不需要对装置1进行改型或改变平台。

在其它示例实施例中，该前部位置指示灯装置1可以设置成这样，即，为了代替多种不同平台中的白炽/卤素前部位置指示灯，只需要进行很小的变化或改型。

参考图1，根据示例实施例，安装模块20可以在工作过程中固定到电子散热器模块30上。该电子散热器模块30也将在下文中称为“基座组件模块”。

如图1所示，基座组件模块30的头部包括固定该截断屏蔽模块10和安装模块20的表面。在示例实施例中，用于将基座组件模块30固定到该截断屏蔽模块10和安装模块20上的机构可以包括一对螺栓和螺母40，如图2A和2B所示，该对螺栓和螺母40穿过分别在基座组件模块30的头部表面、安装模块20和截断屏蔽模块10中的一对相应孔来装配。

在示例实施例中，飞机的机翼可以包括具有一对孔的安装组件(未示出)，该对孔与成组的螺栓和螺母40相对应。因此，螺栓和螺母40不仅能够用于将模块10、20和30固定在一起，而且能够用于将该前部位置指示灯装置1固定在飞机机翼的安装组件上。

当然，其它类型的紧固机构(螺钉等)也可以用于将各个模块10、20和30固定在一起并将该前部位置指示灯装置1安装在机翼上，这是本领域普通技术人员很容易预期的。

图1的基座组件模块30还包括细长本体。基座组件模块的本体可以包括散热器310。散热器310可以增强对基座组件模块30本体内的电子电路(未示出)的散热。如图1、2A和3B所示，该本体可以包括铸件，散热器310可以包括包含于该铸件内的冷却翅片。(根据示例实施例，基座组件模块30的头部和本体可以包含于同一铸件中。)

在图1中，基座组件模块30还包括盖330，该盖330可以利用例如一对螺钉而固定在本体上。该盖330可以由与铸造本体的材料相同的材料制成。标签335可以附着在盖330上。

在示例实施例中，基座组件模块30包括电子电路(未示出)，该电子电路将该安装模块20的各个固态光源(例如LED 210和230)电连接至飞机的电源。特别是，来自电源的引线可以与基座组件模块30的端子320连接。端子320又与基座组件模块30的电子电路进行操作连接。

根据示例实施例，基座组件模块30的电子电路可以包括无源类型电路。无源电路可能已经足够了，可以使用飞机中的DC电源(该DC电源的电压范围为18至32伏)。当该前部位置指示灯装置1并不长时间保持打开时更是这样。

不过，并不是所有飞机的电源都在18-32伏的DC电压范围内。例如，一些飞机利用AC电源。还有，在商用喷气飞机中，前部位置指示灯可能一天24小时工作。在这些情况下，优选是使用具有有源部件的电路，以便保证供给LED 210和230的电流保持恒定并处在可接受的水平内。有源部件类型的电路还比无源电路更高效，因此不会产生过多热量。因此，有源部件电子元件可以用于减小要发散的热量。

因此，在另一示例实施例中，基座组件模块30中的电子电路可以构造为电流控制装置，用于不管电源电压的波动如何都向安装模块20中的固态光源分配恒定的电流。本领域普通技术人员很容易知道用于实现该电流控制装置的各种电子电路结构，包括无源和有源部件。

根据示例实施例，该前部位置指示灯装置1的基座组件模块30可以与包含不同电子电路结构的另一基座组件模块30进行互换。

例如，该前部位置指示灯装置1最初可以包括具有无源电子电路的基座组件模块。不过，当后来希望使用有源电流控制装置时，人们可以通过用包含所需电路的另一模块30来代替该基座组件模块30从而对该电子电路进行升级。

因此，该前部位置指示灯装置1的模块化允许在进行电子升级时保留该截断屏蔽模块10和安装模块20。换句话说，该升级可以通过只更换装置1中的基座组件模块30来实现。

对于本领域普通技术人员来说很明显，根据示例实施例，该前部位置指示灯装置1的模块化性质可以有利于制造和装配过程。

而且，使用铸件来制造各个模块10、20和30可以简化制造过程。根据示例实施例，可以使用铸件来实现安装模块20中的冷却翅片240以及第一和第二LED模块的表面。同样，在示例实施例中，该截断屏蔽模块10可以包括包含各种截断屏蔽件的铸件。同样，可以使用铸件来制造基座组件模块30的头部表面和本体。