駕駛艙視界的適航性設計與驗證方法研究

李 巖 談煒榮 王春生

（中航工業綜合技術研究所， 北 京 100028）

1 條款要求

本部分從適航標準中對于駕駛艙視界的條款要求出發，對條款的技術內涵進行了分析，提出了為滿足條款要求所存在的技術問題。

1.1 條款內容

CCAR 25.773（a）中對于駕駛艙視界的要求如下：§25.773 駕駛艙視界

(a) 無降水情況 對于無降水情況，采用下列規定：

(1) 駕駛艙的布局必須給駕駛員以足夠寬闊、清晰和不失真的視界，使其能在飛機使用限制內安全地完成任何機動動作，包括滑行、起飛、進場和著陸。

1.2 要求分析

在正常的運行條件下，包括滑跑、起飛、進場、留空和著陸，白晝與夜間飛行條件，為了安全運行，駕駛員需要保持良好的艙外視野。因此，要求駕駛員的前方和側方一定范圍內都需要有足夠寬闊、清晰和不失真的視界。

1.3 技術問題

CCAR 25.773(a)(1)中為無降水時的基本視界要求，包括視界范圍及清晰和不失真的要求。本文主要針對視界范圍的要求進行分析。為了滿足此要求，其中存在的技術問題包括：

條款中要求視界“足夠寬闊”，但并沒有給出具體的判斷標準，在設計與驗證中如何判斷視界已“足夠寬闊”？

根據航空器的運行經驗，飛機在著陸飛行時對于視野的要求最為嚴格，相應的視野要求應如何體現？

2 設計要求和方法

2.1 視界“足夠寬闊”

對于條款中如何判定視界是否“足夠寬闊”的問題，國內可供參考的標準是HB 7496–1997《民用飛機駕駛艙視野要求》。美國SAE協會也頒布了AS 580B《駕駛艙內的駕駛員視界》，并在2003年被新頒布的ARP 4101/2《駕駛艙內的駕駛員視界》所替代。此外，美國FAA還于1993年在AS 580B的基礎上經過部分修改，頒布了AC 25.773–1《駕駛艙視界設計》。綜合對比，以上各標準文件除少數差別外，主要內容基本一致，而且已經在當前的運輸類飛機設計與審查中應用。

經分析，在設計中，為了確定駕駛艙視野，需要遵循以下步驟：

首先，判定視界范圍之前應當確定駕駛員在正常駕駛操作過程中眼睛所處的位置，即設計眼位（Design Eye Position），在此基礎上確定測量基準。

其次，在以上測量基準的基礎上，確定一定的角度范圍作為透明區域，以此判斷具體的駕駛艙視界是否“足夠寬闊”。

2.1.1 確定設計眼位和測量基準

設計眼位是駕駛員處于正常駕駛狀態，兩眼之間連線的中點所在的位置，是飛機承制方用于確定駕駛艙內部和外部視野以及駕駛艙幾何尺寸而選擇的一個設計基準點。設計眼位由以下兩個方面來決定：一是駕駛員座椅相對駕駛艙的基本位置，二是駕駛員自身的基本身體尺寸，包括身高、瞳孔間距等人體測量學基本數據。在建立設計眼位位置時必須滿足以下條件：

一是駕駛員處于正常操作位置，且中等身材（158cm～190cm）駕駛員坐在該位置上可以全行程地使用所有操縱器件；

二是椅背處于直立位置；

三是椅墊壓縮量由77kg～91kg的人員引起；

確定設計眼位后，為確定視界范圍，還需要確定以下基準的測量參考面：

一是中心軸——通過設計眼位后84 mm的點，且垂直于水平面的直線；

二是垂直基準面——設計眼位與中心軸構成的平面；

三是水平基準面——通過設計眼位且垂直于中心軸的平面；

垂直基準面和水平基準面相對于飛機是固定的，且平行于飛機的零俯仰角和偏航角。

2.1.2 確定透明區域的角度范圍

所謂透明區域，是指駕駛員用“雙目視界”從設計眼位進行角度測量而得到的。雙目視界指用兩只眼睛所能看到的總區域。在測量視界角度范圍時，按照圖 1進行。其中，駕駛員兩眼間距離為63.6 mm，在同一個水平面內繞在設計眼位后約84 mm的中心軸轉動。這些尺寸是人頭蓋尺寸的平均值。

在以上測量基礎上，要求的透明區域（角度范圍）如圖 2所示。圖中表示的是左駕駛員的視界需要，對于右駕駛員而言，其尺寸應當與左駕駛員相對稱。具體要求：

一是從垂直基準面左40°、水平基準面前上方35°，線性遞減到右20°、上15°；

二是垂直基準面左30°到右10°之間的水平基準面前下方17°，線性遞減到右20°、下10°；

三是垂直基準面左40°到80°之間的水平基準面前上方35°，線性遞減到左12°、上15°；

四是從垂直基準面左3°、水平基準面前下方17°，線性遞增到左70°、下27°；

五是垂直基準面左70°到95°之間的水平基準面前下方27°，線性遞減到左120°、下15°；

圖1 角度測量基準

圖2 駕駛艙視界角度范圍

說明：以上AC 25.773–1推薦的是最低視界要求，在實際設計中應該盡可能超出該要求；而且，在規定的視界要求中，相對而言，駕駛員正前方的視界要求更為嚴格，所以很多型號設計中的風擋視界都超出了規定的要求。如圖 3～圖 6所示。

2.1.3 視界障礙的要求

以上為基本的視界與透明區域要求。但是在此透明區域，因為風擋及窗戶的邊框等結構的存在，不可避免會導致一些視界障礙，為此，還需滿足如下具體要求。

一是在圖 2所示的視界極線圖上左右20°之間不允許有視界障礙物。

二是在此40°以外的區域視界障礙也應保持最少，理想狀態不超過3處（如中間位置，前方和側邊位置）。

三是當一名駕駛員在設計眼位左右80°范圍內的任一給定方位視野被阻礙時，另一名駕駛員用雙目視界對該方位應仍有清楚的視野。

四是當通過63.6 mm平均眼距的雙目視界來排除結構障礙時，要求障礙物的投影寬度小于眼距尺寸。

圖3 A340的駕駛艙視界范圍a

圖4 A340的駕駛艙視界范圍b

圖5 A380的駕駛艙視界范圍a

五是駕駛員應可用雙目視界向左、右移動頭部13 mm（0.5英寸）來消除障礙，如圖 1所示的向左移動。

說明：以上為AC 25.773–1對視界障礙的要求，但在HB 7496和ARP 4101/2只有以上一、五條的要求，而且第五條中還允許移動頭部32 mm來消除障礙。鑒于當前很多型號如A340、A380等都能滿足此AC的要求，本文建議在具體設計中采取AC 25.773–1推薦的方法。

2.2 著陸視界要求

在飛機正常的滑跑、起飛、進場、著陸等過程中，著陸飛行對于駕駛艙視界的要求最為嚴格。對于如何確定著陸視界的問題，ARP 4101/2中要求，在滿足以上的基本視界要求之外，還需要額外滿足一些條件。要求飛機著陸時向前下方的視界還應滿足飛機處于下列形態，駕駛員看到進場的場長和/或接地區域內的跑道燈的長度是其以著陸進場速度飛行3s所覆蓋的距離：

一是飛機以2.5°下滑坡度進場；

二是飛機的最低部分（例如起落架放下時輪胎的下胎面）離接地區跑道平面的垂直高度為30.5 m（100 ft）的決策高度上；

三是飛機向左偏航以抵消18.5km/h（10節）的側風；

四是飛機處于最臨界的重心和重量位置。

五是以366 m（1 200英尺）的跑道能見距離（RVR）進場。

下面以A340系列為例，介紹該機在二類盲降（CAT II）著陸時的視界范圍設計要求，其決斷高度為30.5 m（100ft）。該機的向下視野范圍為20°，且在每側的駕駛員在其座椅上可以看見飛機翼尖，如表 1和圖 7所示。

圖6 A380的駕駛艙視界范圍b

表1 A340–200及A340–300著陸視界數據

圖7 A340–300的著陸視界

其中：

RVR：跑道視程（Runway Visual Range）；

SRV：斜視距離（Slant Visual Range）；

V：可視距離；

O：不可視距離。

以A340–300為例，從圖 8可以計算出其著陸進場速度飛行3s的距離為：

l1=147.5kts×1.852km/nm×3s/3.6=223.7m

而按照表 1給出的數據，可以計算出在規定構型下，A340–300的可視跑道距離為：

l2=RVR–O=366m–120m=246m

由此可見，l2＞l1，而且還不計A340–300以2.1°俯仰角著陸時造成的可視跑道距離損失。所以，A340–300的著陸視界滿足并超出了ARP 4101/2中的要求。

3 符合性驗證方法

為了表明對條款要求的符合性，目前國際通用的符合性方法（MoC，簡稱MC）有10種，按照AP–21–03R4《型號合格審定程序》附錄I的內容，這10種符合性方法具體如表2所示。

表2 符合性驗證方法分類

圖 8 A340-300著陸進近速度

為了驗證無降水條件下的視界范圍滿足要求，可以提供相關的設計技術資料和圖紙，并結合機上檢查測量來驗證。測量時既可以考慮傳統的使用攝像系統的方法，也可采用其他方法，例如使用3—D圖解系統等。在此基礎上，飛行員應當通過飛行試驗來做出評估，給出評估報告。

針對條款中提出的駕駛艙視界要求，空客A340飛機通過提供駕駛艙內部描述（MC1），并結合飛行試驗（MC6）評估進行驗證。空客A380飛機亦通過提供說明文件（MC1）表明A380風擋的透明區域比ARP 4101/2中所定義的區域更大，并通過飛行試驗（MC6）進行了驗證。

綜合以上分析，本文建議針對條款采取如下符合性方法：

MC1：根據設計技術資料，提供圖紙和設計說明書，表明本款的符合性；

MC6：進行飛行試驗，通過飛行試驗演示駕駛艙視界符合要求。飛行員應對此作出評估，并寫出評估報告。

MC7：進行機上地面檢查或測量，可使用一個特別的照相系統進行檢查，也可使用三維作圖或其它簡單的測量設備進行檢查測量并寫出報告。

4 結論

綜上所述，追溯適航條款的發展、分析適航條款的要求，這僅僅是邁出了第一步。更重要的是要從型號研制適航性工作需求出發，深層次地挖掘研究適航條款背后所隱含技術內容，從適航性設計與符合性驗證的角度入手，最終著眼于解決型號研制工程中所面臨的適航性技術問題。

本文僅選擇了CCAR 25.773條——駕駛艙視界的適航條款為研究示例，探討了從條款發展追溯到適航性設計要求分析和符合性驗證方法確定等整個過程的研究思路和具體做法，以期能為國內民用航空器型號研制中相關適航性工作提供參考和支持。