中國(guó)民航HUD的應(yīng)用和發(fā)展淺析

李鳳鳴　陳晨

【摘 要】平視顯示器（HUD）是中國(guó)民航近期重點(diǎn)推行的四大新技術(shù)之一，在提升飛行安全和航班準(zhǔn)點(diǎn)方面具有重要作用。本文簡(jiǎn)要介紹了HUD的工作原理，重點(diǎn)分析了HUD的兩大主要優(yōu)點(diǎn)——降低運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)和改善飛行品質(zhì)，詳細(xì)闡述了HUD在中國(guó)民航的發(fā)展?fàn)顩r，為了解HUD提供了參考。

【關(guān)鍵詞】HUD；運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)；飛行品質(zhì)；安全

0 概述

HUD（Head-Up Display），即平視顯示器，所謂平視，是指飛行員在飛行中不需要低頭就能夠看到他所需要的飛行參數(shù)。HUD由一塊經(jīng)過(guò)特殊處理的平視鏡、頭頂投影儀、計(jì)算機(jī)、顯示面板組成，安裝在駕駛艙中，與飛機(jī)的儀表著陸系統(tǒng)接收機(jī)、飛行管理系統(tǒng)（FMS）、高度和速度表、飛行控制系統(tǒng)、機(jī)載防撞系統(tǒng)（TCAS）、風(fēng)切變告警（GPWS）等系統(tǒng)相連，如圖1所示。HUD不僅能顯示基本的飛行信息（如飛行參數(shù)、姿態(tài)信息、導(dǎo)航信息等），還能顯示特殊的告警信息（如擦機(jī)尾余度、TCAS安全區(qū)、迎角限制等）[1]。這些參數(shù)的顯示焦距被設(shè)定在無(wú)限遠(yuǎn)距離上，可以自然的和外界環(huán)境融合（如圖2）。飛行中，飛行員無(wú)需頻繁的抬頭或低頭，可增強(qiáng)飛行情景意識(shí)，減輕機(jī)組工作負(fù)荷，減少飛行技術(shù)誤差，對(duì)提升飛行品質(zhì)和飛行安全具有重要的意義。

1 HUD的主要優(yōu)點(diǎn)

1.1 HUD的顯著優(yōu)點(diǎn)——降低運(yùn)行最低標(biāo)準(zhǔn)

HUD系統(tǒng)收集并評(píng)估重要的飛行數(shù)據(jù)（比如姿態(tài)、空速、下滑角、高度等），提供飛機(jī)在整個(gè)進(jìn)近、著陸或復(fù)飛階段的平視顯示引導(dǎo)，使飛行員在任何跑道、各種氣象條件下都能夠精確地控制飛機(jī)狀態(tài)參數(shù)、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)接地點(diǎn)，從而可降低實(shí)際運(yùn)行的最低標(biāo)準(zhǔn)，如圖3。對(duì)于Ι類運(yùn)行，著陸最低運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)由原來(lái)的決斷高度（DH）60米/跑道視距（RVR）550米降低到DH45/RVR450米。另一方面，特殊批準(zhǔn)的I類運(yùn)行可以在沒(méi)有接地區(qū)燈（TDZ）和跑道中線燈的跑道上實(shí)施；同時(shí)安裝HUD后可以在I類儀表著陸系統(tǒng)上實(shí)施特殊II類運(yùn)行，因而降低了對(duì)機(jī)場(chǎng)設(shè)備的要求。

譬如，某航班從北京飛往濟(jì)南，需遵從以下三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：

標(biāo)準(zhǔn)1：機(jī)長(zhǎng)被授權(quán)的最低著陸標(biāo)準(zhǔn)為II類精密進(jìn)近最低標(biāo)準(zhǔn)，即RVR 350米；

標(biāo)準(zhǔn)2：飛機(jī)的機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備精度最低滿足CAT IIIA的標(biāo)準(zhǔn)，即RVR 175米；

標(biāo)準(zhǔn)3：濟(jì)南01號(hào)跑道的最低著陸運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)為RVR 550米。

為安全起見(jiàn)，這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的最大值就是該航班的落地最低標(biāo)準(zhǔn)，即RVR550米。也就是說(shuō)，不管機(jī)長(zhǎng)被授權(quán)標(biāo)準(zhǔn)與飛機(jī)的能力如何，當(dāng)濟(jì)南01號(hào)跑道的RVR小于550米時(shí)，飛機(jī)只能返航或備降，只有當(dāng)RVR大于550米時(shí)，飛機(jī)才能落地。而裝備HUD的飛機(jī)在滿足適航要求的情況下，飛行員經(jīng)過(guò)HUD訓(xùn)練，在具備條件的機(jī)場(chǎng)，最低可以使用在I類導(dǎo)航設(shè)備執(zhí)行II類著陸標(biāo)準(zhǔn)，即RVR350米的標(biāo)準(zhǔn)。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，著陸最低運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的降低，最明顯的優(yōu)勢(shì)就是當(dāng)遇到大雨或者大霧天氣，飛機(jī)按照標(biāo)準(zhǔn)Ι類運(yùn)行（DH45米/RVR550米）不能進(jìn)近時(shí)，完全可以按照特殊批準(zhǔn)的Ι類運(yùn)行（DH45/RVR450米）繼續(xù)進(jìn)近，甚至可以按照II類運(yùn)行（DH30/RVR350米），完成著陸。另一方面，從起飛來(lái)講，通過(guò)HUD指引來(lái)引導(dǎo)起飛，把地面滑跑符號(hào)放在航向道引導(dǎo)提示符上來(lái)跟蹤航向道引導(dǎo)，可實(shí)現(xiàn)低能見(jiàn)度起飛（RVR200米甚至更低），降低了起飛運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。最低運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)越低，航班正常性越高。

1.2 改善飛行品質(zhì)，提高安全運(yùn)行能力

飛機(jī)起飛重量越大，滑跑距離越長(zhǎng)，離地速度也就越大。當(dāng)高速滑跑時(shí)，即便是以最快的速度低頭掃視一眼儀表盤，也會(huì)中斷外部視景，特別是在低能見(jiàn)度起飛時(shí)更為顯著，造成不安全隱患。HUD的使用，飛行員可以在整個(gè)起飛過(guò)程中保持平視，避免了與外部視景的中斷，增加了安全裕度。

此外，HUD還可引導(dǎo)精確著陸，可防止飛機(jī)在進(jìn)近時(shí)平飄時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可顯示剩余跑道長(zhǎng)度，可進(jìn)行風(fēng)切變改出指引，可有效防止飛機(jī)擦機(jī)尾（如圖4）等等。在民航起飛和著陸事故中，68%的事故可以通過(guò)使用HUD避免或降低事故危害程度[2]。實(shí)際上，HUD可以作為一個(gè)全天候的顯示器，在飛行的各個(gè)階段發(fā)揮作用。

HUD的使用帶來(lái)的直接效益就是提升航空運(yùn)行安全水平，改善航班正常性，提高準(zhǔn)點(diǎn)率，方便人們出行的同時(shí)為公司帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。2015年11月10日、12日、14日，濟(jì)南、青島機(jī)場(chǎng)受大霧影響。山航啟用基于HUD設(shè)備的RVR200米運(yùn)行程序，順利保障25個(gè)航班準(zhǔn)時(shí)出港；三天內(nèi)共累計(jì)借助HUD設(shè)備起降38班次，航班平均正點(diǎn)率提升10%；11月28日，烏魯木齊大霧，山航使用HUD設(shè)備保障航班正常進(jìn)出港，執(zhí)行率100%，而當(dāng)天該機(jī)場(chǎng)航班執(zhí)行率僅為77.7%。HUD在飛行安全和航班準(zhǔn)點(diǎn)率方面發(fā)揮著巨大的價(jià)值。

2 中國(guó)民航HUD的發(fā)展

2004年7月16日，中國(guó)民用航空局（CAAC）下發(fā)了《使用飛機(jī)平視引導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)施II類或低于I類運(yùn)行的特殊批準(zhǔn)程序》（AC121-15），為中國(guó)民航HUD的引進(jìn)和使用奠定了法規(guī)基礎(chǔ)。2006年修訂后于5月19日下發(fā)了《特殊批準(zhǔn)的II類或低于I類運(yùn)行最低標(biāo)準(zhǔn)的程序》（AC-91FS-03）。2009年開始，CAAC再次修訂該咨詢通告，并于2010年10月26日下發(fā)了《使用平視顯示器實(shí)施II類或低于標(biāo)準(zhǔn)I類運(yùn)行的評(píng)估和批準(zhǔn)程序》（AC-91-FS-2010-03R1），詳細(xì)介紹了使用HUD進(jìn)行特殊批準(zhǔn)的I類運(yùn)行、標(biāo)準(zhǔn)II類運(yùn)行、特殊批準(zhǔn)的II類運(yùn)行和標(biāo)準(zhǔn)III類運(yùn)行的資格審批及要求，為之后HUD的大力推行奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2005年，山東航空公司在其購(gòu)買的B737飛機(jī)上選裝了HUD，著手引進(jìn)該項(xiàng)新技術(shù)。山航也因此成為中國(guó)民航HUD的最早用戶，當(dāng)然也是第一家申請(qǐng)HUD運(yùn)行的航空公司。山航使用HUD以后，大幅地改善了整體三級(jí)事件的發(fā)生率，尤其能預(yù)防平飄距離長(zhǎng)和低空大坡度事件[3]。山航HUD使用的豐富經(jīng)驗(yàn)與良好效益，極大地促進(jìn)了HUD在中國(guó)民航的推廣。

2012年CAAC發(fā)布了《平視顯示器應(yīng)用發(fā)展路線圖》，詳細(xì)描述了HUD的發(fā)展計(jì)劃，提出了總體的戰(zhàn)略目標(biāo)與時(shí)間節(jié)點(diǎn)，明確了相關(guān)運(yùn)行要求，闡釋了機(jī)場(chǎng)及基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)范，評(píng)估了現(xiàn)有機(jī)隊(duì)使用HUD的能力，提出了機(jī)隊(duì)加改裝計(jì)劃。中國(guó)民航HUD推廣應(yīng)用分為三個(gè)階段：近期（2013-2015）、中期（2016-2020）和遠(yuǎn)期（2021-2025）。近期的計(jì)劃是在10%預(yù)交付的新飛機(jī)與適用的現(xiàn)役飛機(jī)上加裝HUD；在30%具有標(biāo)準(zhǔn)儀表進(jìn)近程序的機(jī)場(chǎng)I類儀表著陸系統(tǒng)上公布特殊I類運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。中期重點(diǎn)是在50%的現(xiàn)役飛機(jī)上加裝HUD設(shè)備，在所有具備條件的機(jī)場(chǎng)公布特殊I類、特殊II類進(jìn)近著陸和起飛最低標(biāo)準(zhǔn)。遠(yuǎn)期目標(biāo)是在所有飛機(jī)上全面應(yīng)用HUD和EVS（增強(qiáng)視景系統(tǒng)）技術(shù)，同時(shí)推動(dòng)與其他新技術(shù)的融合和發(fā)展，所有適用的機(jī)場(chǎng)都按照HUD和EVS運(yùn)行要求公布最低標(biāo)準(zhǔn)[2]。

民航局于2014年底成立航行新技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展工作委員會(huì)，切實(shí)強(qiáng)化對(duì)航行新技術(shù)建設(shè)及應(yīng)用工作的整體領(lǐng)導(dǎo)和和系統(tǒng)把握，將平視顯示器（HUD）確定為近期重點(diǎn)推行的四項(xiàng)新技術(shù)之一。截止至2016年4月，中國(guó)民航具備HUD設(shè)備的飛機(jī)超過(guò)300架，占運(yùn)輸飛機(jī)總數(shù)（2648架）的11.3%；其中，山航波音737機(jī)型全機(jī)隊(duì)加裝HUD。已有20個(gè)機(jī)場(chǎng)具備了HUD特殊I類運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，著陸最低標(biāo)準(zhǔn)由原來(lái)的DH60/RVR550降低到DH45/RVR450米，4個(gè)機(jī)場(chǎng)（青島、濟(jì)南、煙臺(tái)、烏魯木齊）具備了HUD特殊II類運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)（DH30/RVR350米）和RVR200米起飛標(biāo)準(zhǔn)。

2016年1月，飛行員協(xié)會(huì)聯(lián)合柯林斯公司在中國(guó)民航飛行學(xué)院舉辦了HUD培訓(xùn)；民航局飛標(biāo)司航務(wù)處4月份舉辦的三期航務(wù)監(jiān)察員復(fù)訓(xùn)中，也著重介紹了HUD；4月26-28日，飛標(biāo)司航務(wù)處組織各地區(qū)管理局、監(jiān)管局和公司相關(guān)部門在大連召開“使用飛機(jī)平視引導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)施Ⅱ類或低于Ⅰ類運(yùn)行的特殊批準(zhǔn)程序”討論會(huì)，著手修訂該咨詢通告。5月19-20日，柯林斯公司在廈門組織HGS技術(shù)研討會(huì)，介紹HUD的最新成果和討論繼續(xù)擴(kuò)大HUD的實(shí)際應(yīng)用，CAAC派代表參加。2016年，中國(guó)民航將在62個(gè)機(jī)場(chǎng)公布HUD特殊I類標(biāo)準(zhǔn)（DH45米/RVR450米）；在4個(gè)機(jī)場(chǎng)（上海/虹橋、鄭州/新鄭、海口/美蘭、貴陽(yáng)/龍洞堡）公布HUD特殊II類標(biāo)準(zhǔn)（DH30/RVR350米）。

3 結(jié)語(yǔ)

平視顯示器（HUD）是民航局決定推廣的四大航行新技術(shù)之一。隨著HUD應(yīng)用的逐步深入，HUD對(duì)提升飛行安全裕度、改善航班正常的價(jià)值日益得到大家的認(rèn)可。HUD的大力推廣將會(huì)為中國(guó)民航帶來(lái)豐厚的收益和長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉小磊.民航領(lǐng)域HUD技術(shù)淺析[J].科技資訊，2014，13：228.

[2]中國(guó)民用航空局.平視顯示器應(yīng)用發(fā)展路線圖[R].北京，2012.

[3]周寧，孟令光.HUD——提升飛行安全的有力工具[J].中國(guó)民用航空，2012，12：31-34.