平視顯示器( HUD)助力航空大發展

趙趕超　雷晶晶

摘要：平視顯示器（ HUD）作為中國民用航空局主要推廣的航行新技術之一，它在提高飛行品質以及增強飛行情景意識等方面起到重要的作用。介紹了HUD的發展史及其工作原理，列舉了目前主流機型裝配HUD的型號，然后以波音787為例，重點介紹了HUD的各個組件及控制，最后針對HUD給飛行品質帶來的影響作出總結，旨在讓HUD更好應用在中國民航。

關鍵詞：平視顯示器;波音787;飛行品質;情景意識

中圖分類號：V243.6

文獻標識碼：A

DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2019.10.055

1 HUD簡介

平視顯示器（ HUD）是一種先進的機載顯示系統，它可以把飛機的飛行信息準確地投射到飛行員視野正前方的透明顯示器上，使飛行員在整個飛行過程中，始終保持平視狀態飛行，不再頻繁地低頭俯視儀表或抬頭關注外界目視參照物。這項新技術能極大地提高飛行員的飛行狀態感知能力和精準操作能力，對提高飛行安全品質和低能見度條件下的運行安全水平具有十分重要的作用。HUD系統用于航空業的時間可追溯到20世紀二三十年代，最早用于軍用飛機上，在20世紀80年代，美國阿拉斯加航空公司將這套軍用飛機上的HUD技術用于民航航空干線飛機領域，解決了在復雜地形和天氣條件下的航路及機場的飛行安全問題。見圖1。經過20余年的發展，HUD被越來越多的航空公司所認可和選裝，波音公司和空客公司都把HUD作為駕駛艙必備設備分別安裝在波音787和空客A350飛機上。

2 波音787 HUD簡介

美國波音公司最新機型787選裝的HUD型號為HUDCOMBINER UNIT-HCU-2200，該型號產品為ROCKWELLCOLI。INS AIR TRANSPORT DIV所生產，787 -共裝有兩套平視顯示器（HUD），每側駕駛員各一套，這兩套顯示器彼此獨立工作，目的是為了在一套設備發生故障時，可以參考另外一套設備。系統可以將飛行數據符號投影在一個位于飛行員前視野的透明玻璃“組合器”上，這能使飛行員通過前風擋玻璃向外觀察，也能夠看到儀表盤的關鍵數據。HUD和PFD從相同數據源接收飛行數據，因此HUD與PFD指示相同（重復），但是數據和格式符號可能不相同。

2.1 波音787 HUD頭頂組件

頭頂組件位于飛行員座位的頭頂，每個頭頂組件包括一個LCD投影儀和將飛行數據符號顯示在組合器玻璃上的必要光學裝置。HUD投影儀是單色的（綠色），所以顯示在HUD組合器上的所有信息都為綠色。

2.2 波音787 HUD控制

符號和亮度控制是僅有的HUD專用控制。HUD系統沒有ON/OFF電門，放出組合器時，投影儀即打開并顯示相關信息符號。FMS、EFIS和MCP的操作控制決定輸出到HUD和PFD的數據。符號控制電門位于每個駕駛盤的外側，讓飛行員可以在兩種顯示方式（全符號/簡潔）間轉換，電門只控制相應飛行員的一側。亮度的控制有兩種顯示調節方式。拔出控制器，可人工調節顯示亮度和對比度，背景光變化時，必須轉動控制器人工調節顯示亮度以保持相同的顯示對比度。亮度控制器按入時，同樣通過轉動控制器初始設置顯示亮度和對比度，背景光變化時，HUD系統自動調節亮度以保持一致的對比度。按需轉動亮度控制器以獲得不同的顯示對比度。

2.3 波音787HUD組合器

玻璃組合器屏幕用可旋轉雙臂裝置連接在前風擋上。把鎖定手柄向右滑即可放出組合器。向下向前按壓組合器組件可使組件通過彈簧拉力卡到所需位置。鎖定機械裝置確保組合器在收上的位置。收起組合器的方法是向上向后拉起組合器直到鎖卡在鎖住位。如組合器與投影儀沒有對準，在組合器屏幕上飛機符號的左側或右側會顯示ALIGN HUD信息。確保組合器已經置于止動位則信息將會消失。如遇到突然的連續減速，組合器會向前旋轉并鎖定在脫開位。這樣可以防止飛行員頭部與組合器發生撞擊。前推組合器釋放鎖銷的壓力并向右滑動鎖定手柄即可松開組合器，然后將組合器重新放置在所需位置。

3 HUD使用優勢

增強了飛行員的情景意識，提高了飛行運行品質。以往由于飛機的儀表設備都設置在飛行員視線下方，飛機在進近、著陸時，飛行員必須靠建立目視參考判斷飛機飛行的準確姿態和位置，判斷飛機的下滑姿態及接地過程的準確性。在使用HUD設備后，飛行信息通過投影設備直接投射在顯示器上，與外界視景疊加在一起，讓飛行員保持平視姿態，在觀察外界視景的同時，跟隨飛行指引飛行，從根本上避免了飛行員丟失飛行狀態的情況和憑經驗飛行的傳統習慣。

提高了全天候運行能力和航班正點率，降低了機場運行標準。HUD系統的飛行指引系統數據主要來自地面儀表著陸系統。在機場儀表著陸系統的航向、下滑信標指引工作正常的情況下，當出現低能見度天氣時，飛行員只要跟隨HUD的飛行指引飛行，按照HUD系統提供的指示精準操作飛機，到規定的決斷高度建立目視參考后，就可準確地將飛機降落到指定跑道的接地區。

精確預測接地點位置，可采用連續下降方式（ CDFA）實施穩定進近。當飛機采用非精密方式進近時，可能需要飛行員實施一次或多次梯級下降，增加了飛行員工作負荷和在飛行關鍵階段出現操作失誤的可能性。HUD設備通過計算處理，可精確預測出跑道位置和接地點，并給出一條連續下降的垂直軌跡。飛行員通過使用系統提供的垂直導航和進近引導指示，可以保持恒定下滑軌跡直至接地，從而大幅度減少了飛機平飄時間過長和重著陸事件的發生率，有助于飛機安全、穩定地進近著陸，也給旅客帶來平穩舒適的飛行體驗。

參考文獻：

[1]劉思遠.突發情境下飛行員使用HUD的行為模式分析[D].天津：中國民航大學，2018.

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[3]趙文豪，黃龍楊.HUD在民用飛機中的應用[J].科技創新與應用，2017（ 32）：161-162.

[4]李鳳鳴，陳晨.中國民航HUD的應用和發展淺析[J].科技視界，2016（ 20）：8-9.