民用飛機平顯系統架構及顯示設計研究

摘要：平顯系統能夠有效提高民機飛行員由儀表飛行向目視飛行的轉換能力。文章基于當前主流平顯系統組成和架構，結合平顯與下顯設計的異同，考慮顯示格式、告警特性和安裝構型等因素，給出針對平顯顯示和告警設計要求。

關鍵詞：民用飛機；平顯系統；架構設計；顯示設計；告警設計 文獻標識碼：A

中圖分類號：V243 文章編號：1009-2374（2017）08-0030-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.014

民機從儀表進場轉向目視著陸時，飛行員需交替觀察前方場景和掃視座艙內飛行儀表，在短時內辨識著陸標志以及準確無誤完成降落，飛行員處于高度緊張和視覺疲勞狀態，增加工作負擔和飛行風險。平顯的出現有效解決了駕駛員交替觀察座艙儀表和跟蹤目標引起的內外視矛盾，飛行員利用平顯可以提高在不同能見度下進行儀表飛行向目視飛行過渡的運行能力，現代民用客機已逐步將平顯列為必裝設備。

1 定義

平顯系統是在飛行員與風擋之間、處于飛行員前視界內組合儀上投射主飛行信息的顯示系統。該系統使得飛行員能夠同時使用飛行信息和觀察風擋外前向航跡，而無須掃視下視顯示器。

2 平顯系統簡介

2.1 系統組成

平顯系統組成包括平顯計算機、投影裝置、組合儀、輸入裝置、指示裝置。

平顯計算機對來自各傳感器和其他飛機系統的數據進行綜合處理，并生成符號信息，送到投影裝置和組合儀進行顯示。平顯計算機可以是獨立航線可更換單元或以模塊形式集成在其他航電系統中。

投影裝置通過數字總線從平顯計算機接收圖像、符號及視頻信息，經光學組件準直和校正后投影到組合儀上，供飛行員觀察。

組合儀是平顯系統的終端顯示裝置，其主要部件為一塊可見光透射率符合要求的透明光學玻璃，將聚焦在無窮遠處的光學符號顯示在飛行員正前方。

輸入裝置一般安裝在組合儀或遮光罩上，用于平顯亮度調節和全字符模式/防擁模式選擇。

指示裝置用于向機組通告平顯系統當前工作模式、工作狀態及相關告警信息。

2.2 系統架構

平顯架構分為單平顯架構、雙平顯架構和集成式平顯架構。平顯系統根據不同飛機的安裝要求和系統構型配置架構，同時考慮預定功能、安全性指標、航電系統架構、航電與非航電系統交聯方式等因素進行靈活配置。圖1和圖2是單平顯架構和雙平顯架構示例，集成式平顯系統的計算模塊集成在其他航電系統中。

3 平顯顯示設計

平顯的信息顯示取決于其預期功能。在安裝平顯的駕駛艙顯控系統中，平顯顯示參數和格式的設計需要符合駕駛艙整體設計理念，既要與其他顯示設備（主要是下顯）在顯示格式上保持一致，又要考慮平顯本身特性進行格式設計。

3.1 功能與模式

平顯實現的功能包括基本功能和擴展功能。基本功能包括：（1）計算/顯示進近和滑出指引；（2）計

算/顯示起飛指引；（3）顯示主飛行信息。擴展功能包括：（1）顯示增強視景圖像；（2）顯示合成視景圖像；（3）場面導引；（4）作為主飛行顯示器。

平顯工作模式和符號顯示模式可以根據不同飛行階段自動選擇或飛行員手動選擇。

平顯工作模式一般有起飛模式、主模式、目視進近模式、儀表進近模式、滑行模式等，不同功能的平顯系統具備的工作模式不同。

平顯一般存在兩種符號顯示模式，即全字符模式和防擁模式，防擁模式下，空速和高度刻度帶由數字讀數替代，羅盤顯示消失。

3.2 平顯顯示參數

平顯作為主飛行顯示器時，主飛行參數與下顯保持一致，應顯示姿態、空速、高度、低速和高速指示、垂直速度、飛行航跡矢量等。某些運行和飛行階段不需要平顯提供完整符號顯示，如精密進近階段，平顯空速和高度帶僅顯示數字。

平顯在顯示飛行導引信息協助飛行員進行手動操縱或監控自動駕駛時，應顯示：（1）獨立數據源的航跡偏離指示；（2）自動駕駛操作模式；（3）自動駕駛接通狀態；（4）自動駕駛脫開警告。

平顯在某些飛行階段需要顯示補充飛行參數時，應顯示：（1）飛行航跡指示；（2）目標空速基準和速度限制指示；（3）目標高度基準和高度提示指示；（4）航向或航路基準。

3.3 平顯信息顯示

平顯作為民機座艙顯示和控制系統的組成部分，應與下顯保持格式一致，相同信息的平顯和下顯格式配置及布局需要傳遞同樣預期含義，以免造成機組的混淆、誤解及過大認知負荷。平顯信息顯示格式要求如下：（1）平顯與下顯的符號格式應兼容，包括形狀/外觀、特殊符號和相對位置；（2）平顯與下顯的字母數字具有相同分辨率、單位和標志；（3）平顯與下顯的標志、模式和告警消息使用相同術語；（4）平顯與下顯的模擬標尺或刻度盤具有相同范圍和動態運行規則；（5）平顯與下顯的飛行導引系統模式和狀態轉換規則應一致；（6）平顯與下顯同時顯示某指令信息時的導引標志和航跡偏離標尺應一致；（7）平顯與下顯的使用對象為同一飛行員時，其儀表飛行信息的傳感器系統源保持一致；（8）平顯與下顯的信息顯示差異不能阻礙飛行員在平顯和下顯之間轉換。應列出平顯和下顯之間的轉換條件，模擬場景并評估所有可預期模式下的轉換能力。

3.4 平顯告警顯示

平顯和下顯的告警設計，應對每一層次告警制定和應用統一的告警設計理念。但平顯與下顯存在固有不一致之處，如下顯使用彩色顯示，而平顯使用單色顯示，故平顯告警設計還需參考以下要求：（1）基于單色的注意吸引。考慮平顯為單色顯示裝置，平顯告警應當重點顯示警告和警戒信息，并適當運用頻閃、圍框、亮度、尺寸和位置等注意吸引方式，以彌補其顏色編碼不足；（2）平顯的時間關鍵告警。對于需要依托平顯獲得適航批準的飛行階段，飛行員主要通過平顯操縱飛機，應在平顯中提供相關引導、警告及相關系統通告顯示，否則應提供補償設計特征和操作程序，確保飛行員獲取等效且有效的目視告警信息并及時響應。

3.5 雙平顯構型要求

單平顯構型時，操縱飛行員（PF）使用平顯作為主飛行顯示器，而監控飛行員（PM）監督下視儀表和告警系統上平顯未涵蓋的系統失效、模式和功能。雙平顯構型時，兩名飛行員可能同時使用平顯，機組需要對平顯未涵蓋的關鍵信息保持同等水平警覺性。故對于安裝雙平顯的駕駛艙，應制定雙平顯運行規則，詳細列出PF和PM在所有飛行階段使用或監控下顯和平顯的工作任務及相關責任，包括整個駕駛艙內的操縱器件轉換以及所有飛行階段兩位飛行員同時使用平顯的條件。

雙平顯運行規則應規定：（1）在所有飛行階段對下視儀表進行掃視的機組成員、掃視時段和頻度以及無法保證下視掃視時的補償設計；（2）為平顯作為主飛行顯示器無法提供的任何目視警告和警戒設計有效補償，以保持任務性能或安全性等級。

制定雙平顯運行規則時，需全面復評告警功能，確保飛行機組及時獲得告警并做出響應。復評應覆蓋設

計/技術、告警吸引特征以及駕駛艙內其他告警。

4 結語

本文介紹了民機平顯系統的組成和架構以及不同構型下平顯的顯示和告警設計要求，涵蓋了平顯與下顯設計的異同之處。隨著民機座艙顯示技術的進步和系統集成度的提高，平顯系統設計需要綜合考慮各方面因素，持續優化。

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作者簡介：許俊峰（1989-），男，江蘇南通人，上海飛機設計研究院助理工程師，碩士，研究方向：民用飛機駕駛艙顯示與控制系統。

（責任編輯：黃銀芳）