浅谈民航飞机驾驶舱显⽰器的演变
2019-06-06
摘要：现如今，显⽰器向飞⾏员传递的飞机参数越来越多，同时必须保证信息传送的及时准确。⼤屏幕化、玻璃化是驾驶舱发展的重要特征。在飞⾏任务中，使飞⾏员很快地了解飞机的各种性能参数，迅速地做出正确的判断，这是现代飞机的发展要求，所以必须要进⼀步提⾼座舱显⽰器的综合性能。
关键词：驾驶舱显⽰器综合性
中图分类号：V247 ⽂献标识码：A ⽂章编号：1672-3791（2016）07（b）-0055-02
在航空业发展早期，执⾏飞⾏任务时，飞⾏员主要靠眼睛和⽿朵接收信息，这使飞⾏员处于⾼度紧张状态，⽽且飞⾏员的主观判断往往与客观事实有出⼊。为了使飞⾏员从紧张的飞⾏状态解脱出来，并增强飞⾏时的可靠性，飞机上开始增加相关电⼦设备来替代飞⾏员的主观判断，并以模拟量或者数字量的形式在仪器上显⽰出来。随着综合化、集成化航空电⼦技术的快速发展，种类众多的航空电⼦设备被研发出来，从⽽使显⽰器从单⼀功能向多功能转化，它除了为飞⾏员提供驾驶飞机⽤的⽬视显⽰数据外，还要为各种导航系统、⾃动飞⾏控制系统和飞⾏数据记录器等提供各种数据。与此同时，显⽰器必须能保证飞⾏员在极短的时间内准确地获取所需要的各种信息。⽽这些数据往往过于庞⼤，为了保证这些数据的准确性，因此，有必要对显⽰器进⾏全⾯⽽系统的研究。
1 早期机电式仪表
其中最重要的仪表分别是空速表、⾼度表、显⽰飞机俯仰和倾斜姿态的姿态指⽰器和显⽰航向的罗盘，是分离式“T”型布局。辅助仪表是转弯侧滑仪和显⽰飞机⾼度变化率的升降速率表。
机电式仪表是利⽤指针刻度盘等机械硬件在固定空间的相对位移显⽰信息。早期B737-300的驾驶舱是⽼式机电式仪表。这类显⽰器的信息容量⼩，⼀般都是单⼀功能性的。这样就造成其数量多并且利⽤率低。
2 电⼦飞⾏仪表系统
随着微电⼦技术和计算机技术的迅猛发展，在现代飞机驾驶舱仪表的设计上采⽤了数字式电⼦显⽰技术，并将飞⾏、导航等⼤量信息进⾏了综合显⽰。
飞机驾驶员通过EFIS的显⽰信息，能够实时地对相应飞机系统的⼯作状态进⾏全过程监控。机务⼈员利⽤电⼦飞⾏仪表系统，可进⾏故障分析和隔离。同时，EFIS也⽐机械式飞⾏仪表更易维修。
电⼦飞⾏仪表系统采⽤T字型布局，正副驾驶前⽅各有⼀套主飞⾏显⽰器PFD和导航显⽰器ND，中间上下两个屏幕是显⽰发动机参数和警告信息的ECAM（空客）或EICAS（波⾳）。它们的显⽰由多个余度的计算机来驱动。机组可以通过相应的控制⾯板来控制它们的显⽰与转换。
衣物柔顺剂2.1 主飞⾏显⽰器
与驾驶员如何操作最直接相关的信息是飞机⽬前的姿态（⾼度、速度、平直度）和航向，它们显⽰在PFD屏幕的上、下半部。上半部主要为地平仪，⽤象征飞机的图符⽰意飞机在⾼度层所处的位置和飞机本⾝的平直度；两侧纵向列表显⽰⾼度、空速、垂直速度的即时和参照数据。下半部以罗盘格式描述飞机当前的航向[1]。显⽰数据来源于⼤⽓数据计算机和姿态计算机，原始数据来⾃机载传感器、陀螺、罗盘等测量仪。
2.2 导航显⽰器
显⽰各种导航参数和飞⾏计划等，例如指⽰航向，显⽰飞机的航路、航迹、⾼度偏离、风向以及与前⽅航路点的距离等，⽓象雷达的图像也显⽰在这个屏幕上，并⽤各种彩⾊的符号和⽂字显⽰导航信息和有关资料。
2.3 ECAM
它能够显⽰发动机的参数和警告信息、发动机的性能参数如压⼒⽐、排⽓温度和转速以及发动机的辅助参数如燃油和滑油的流量、压⼒、温度等，并能在飞⾏的全部航段上连续⾃动监控发动机和飞机其他系统的⼯作并在出现异常时报警，能⾃动记录故障时的系统参数，能够显⽰燃油系统、液压系统、
空调系统、起落架系统等各个系统的⼯作情况。这种系统的使⽤⼀⽅⾯改善了驾驶员的⼯作条件，简化了仪表布局；另⼀⽅⾯为维护⼯作提供了数据量。
3 未来新技术
3.1 合成视景系统
合成视景系统，是在现有的综合电⼦显⽰系统基础上，将传统的电⼦飞⾏仪表系统EFIS的上蓝下棕的⼆维平⾯背景进⾏⽴体化处理，在主飞⾏显⽰器PFD上显⽰由数据库合成的三维飞机前⽅飞⾏环境，同时在导航显⽰器ND上显⽰带阴影地形图的飞机下⽅地形正投影。这种合成的地形显⽰不受⽓象状况的影响，有助于飞⾏机组判断飞机相对地形的位置。在较低能见度条件
下，这⼀优点尤为突出。PFD上显⽰的地形与外部实际环境是“⼀致的”，因此，飞⾏员在集成了合成视景之后的PFD上看到的地形与理想能见度下看到的外部真实地形是⼀致的。⼤量的飞⾏模拟器试验和飞⾏试验已经证明了，合成视景系统能够使飞⾏机组直观地获取地形信息[2]。
3.2 视景增强系统
⼈眼可视的电磁光谱范围很窄，如果能够有效地利⽤红外和毫⽶波段，则可⼤⼤增强⼈眼的可视能⼒。通常，长波对云雾的穿透能⼒较短波要强。视景增强系统中所采⽤的红外技术主要有两种，⼀种
为微辐射热测量器，⼯作波长为8～14µm；另⼀种为锑化铟传感器，⼯作波长为1～5µm，⽬前这种技术较为成熟，⽽且对云雾的穿透能⼒也更强。与红外传感技术相⽐，在浓雾天⽓中，毫⽶波成像雷达的穿透能⼒通常更强，但分辨率较低⼀些。
随着技术的逐步趋于成熟，集成了视景增强和合成视景系统的飞机驾驶座舱，其综合显⽰控制系统必将极⼤程度地提⾼飞机驾驶员对周围飞⾏环境的情景意识，从⽽进⼀步提⾼飞机飞⾏的安全性。
3.3 平视显⽰器和头戴式显⽰器
平视显⽰器HUD是把飞⾏所需要的各种数据投射到驾驶员正前⽅透明显⽰组件上的系统，使驾驶员保持平视姿态，获取飞⾏信息。因其有助于提⾼飞机驾驶员对飞机外部态势的感知⽽受到欢迎。飞机如果安装了HUD系统，飞⾏员在整个飞⾏过程中的飞⾏“视”界将被最⼤化地扩展，尤其在起飞和着陆的时候。它可以将飞机的航迹信息准确地投射到飞⾏员视野正前⽅的透明显⽰器上，使飞⾏员在整个飞⾏过程中，始终保持平视状态飞⾏，不再频繁地低头俯视仪表或抬头关注外界⽬视参照物。随着增强视景系统在民航飞机上的安装使⽤，通过图像传感器获得外部景象的电⼦实时图像，同时将信息显⽰在HUD上，或者独⽴使⽤，向飞⾏提供跑道特征以及周围地形和障碍物特征的图像，增强夜间和低能见度条件下飞⾏时的情景意识[3]。
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和传统的显⽰器相⽐，头戴显⽰器的外形⼀般表现为头盔的模式，其本质上是⼀个投影机系统。随着L
CD技术的发展，以及OLED的出现，显⽰器体积进⼀步缩⼩，显⽰⽅式也出现变化，出现了两种成像⽅式：⾯板成像和激光扫描显⽰技术；前者多⽤于民⽤领域，后者主要是军事领域。头戴式显⽰器并⾮是单纯的显⽰设备，和普通的显⽰器、投影机不同，它具有交互功能，能够帮助飞⾏员进⾏信息处理，并和其他设备进⾏信息链接，头戴式显⽰器最终⽬的是帮助飞⾏员增强现实（AR），在⼈眼观测到的真实世界中进⾏信息标注或者信息计算[4]。
由于驾驶舱空间有限，⼤型下视显⽰器将占据⼤量的空间，平视显⽰器、头戴式显⽰器等“平视”系统将成为未来飞机的主要显⽰器配置。这种显⽰器可以随着飞机的航迹和航向显⽰实时和增强型或综合型的信息。⽆论飞机的其他技术如何发展，这项技术必将成为未来先进驾驶舱系统的主要特征。
4 结语
驾驶舱显⽰器的发展过程是从机械指⽰发展到数字显⽰，仪表的数量经历了从少到多，⼜从多到少的发展过程。在某种意义上讲，驾驶舱显⽰仪表发展是飞机先进程度的重要标志之⼀。
近现代，随着计算机技术以及虚拟现实技术的成熟，⾼分辨率显⽰器的运⽤，驾驶舱显⽰朝着“玻璃化”⽅向发展。在显⽰⽅式上，由传统的⼆维平⾯模式向⽴体化的三维视图转变，对改善驾驶员的感知与判断具有重⼤的促进作⽤。
参考⽂献
[1] 侯亮，李成贵.飞机综合显⽰系统中图形填充与字符显⽰[J]. ⽕⼒与指挥控制，2009，34（1）：35-37.
duhaitao[2] 朱耀东，张焕春，经亚枝.飞机座舱综合图形显⽰系统设计的⼀种新⽅法[J].南京航空航天⼤学学报，2002，34（5）：488-492.
[3] 杜海涛，经亚枝，张焕春.电⼦飞⾏仪表的显⽰系统[J].南京航空航天⼤学学报，1998，30（2）：229-234.
取长补短的故事[4] 杜海涛.现代飞机座舱显⽰系统研究[J].南京航空航天⼤学学报，1999，27（3）：294-298.
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