民用飛機飛行控制系統告警等級設計

沈金玲

中航工業華南飛機工業有限公司 廣東 珠海 519040

當代民用飛機的飛行控制系統已經逐步由機械、液壓助力操縱系統發展為電傳飛行控制系統,與傳統飛機不一致的地方是,電傳飛控系統通過控制律的設計為飛行員提供無憂操縱環境,使飛機的安全性大大提升,但是在系統故障下仍然會導致飛機操縱性能下降,因此需要設計良好的告警提示,將需要飛行員知曉的系統的非正常狀態、飛行員的非正常操作和影響飛機運行的外部威脅告知飛行員,提醒飛行員采取相應的應對措施,確保航線順利完成。

1 告警設計原則

1.1 指示功能要求 依據AMC 25.1322,在不影響飛行,干擾飛行員操作的情況下,要盡可能采用多感官的告警形式,從聽覺,視覺,甚至觸覺發出告警信息[1]可知,告警系統的指示方式包括：主視覺指示、視覺信息指示、主聽覺指示、語音信息指示、獨特音調指示、觸覺指示。

如果使用了非獨特的聽覺告警(即一條聲音對應多條告警),則應該提供有對應的視覺、觸覺告警,以便飛行員清楚地識別與該聽覺告警所指向的具體告警信息。

1.2 顏色規范 顏色規范用于約束告警的視覺指示功能,以使飛行飛行員能夠容易地分辨出告警的等級。

a)紅色用于警告級(WARNING)告警指示,表示需要飛行員立即感知并立即響應的情況；

b)琥珀色或黃色用于戒備級(CAUTION)告警指示,需要飛行員立即感知并隨后響應的情況；

c)除紅色和綠色之外其他顏色用于咨詢/提示級(ADVISORY)告警指示,需要飛行員感知并可能要求隨后響應的情況。

顏色指示的使用應具有一致性,使各系統在駕駛艙內指示的告警顏色定義一致；不可將紅色、琥珀色和黃色用于非正常狀態和告警以外的功能,這種用法可能會對告警功能產生不利影響。A380、B787的告警等級劃分如下：

1)A380

告警等級共3級,分別為警告(LEVEL3)、警戒(LEVEL2)以及警戒級(LEVEL1),對應的顏色分別為紅色、琥珀色、琥珀色,紅色警告等級最高,需要飛行員馬上采取處置,警戒1級等級最低,定義為僅需飛行員注意,不需要飛行員處置,也無聲光告警,僅于EWD上的告警清單上指示。

2)B787

告警等級共3級,分別為警告、警戒和咨詢,對應的顏色指示分別為紅色、琥珀色、琥珀色,其中,警戒和咨詢均為琥珀色指示,但是區別在于,警戒級還有聲音和燈光告警。

2 民用飛機飛控系統告警等級設計

2.1 告警等級判定 根據過往經驗,飛控系統告警等級的判定,都是根據系統的故障狀態影響分析結果和告警等級定義來定[2],具體流程見圖l。

圖1 告警等級設置流程

但現代民用飛機多采用電傳飛控系統,這種復雜先進的系統為飛行員提供更人性化的服務,大大的減輕飛行員的負擔,當故障發生時飛行員只需按要求操作或根本無需操作,因此在告警等級的設置上要更多的斟酌是否有必要向飛行員告警,抑或是通過其它辦法來降低原來的告警等級。

2.2 民機飛控系統告警等級設計 民用飛機的飛控系統告警等級設計過程中,會參考現有機型對警告、警戒的定義及相關警告燈的使用情況,對飛控系統的告警等級和告警方式進行定義。

以單側副翼失效為例,通過對飛行控制系統的故障模式影響分析可知,導致單側副翼失效的原因有舵面作動器故障、舵面卡阻及控制線路中斷,直接的后果是單側副翼不可控/副翼卡阻在某一位置；若失效副翼處于中立位置,對飛機控制基本無影響,若副翼處于非中立位置,此時,會產生一個持續的滾轉力矩,導致飛機橫向控制能力下降。當飛控系統處于正常模式時,因電傳飛控系統的控制律設計,此時飛行員無需特殊操作,飛控系統會自動配平飛機滾轉角速率；當飛機處于降級/直接模式時,需要飛行員通過橫向配平開關進行人工配平。

對于A380和B787飛機,當單側副翼失效時,兩型飛機在告警等級、告警燈、顏色、聲音、指示的差異如下：

A380飛機單側副翼失效為警戒2級,當出現此告警時,會有聲(單諧音)、光(琥珀色主警戒燈)告警以及在系統顯示器上自動彈出飛控畫面,對應失效副翼的位置游標變為琥珀色；B787飛機,單操縱面失效時不會告警,僅在飛控頁面上用琥珀色方框內部打叉的形式給飛行員提示,直到失效操縱面達到2個或以上的時候才會報警戒級告警。

結合以上對比分析可知,當出現單側副翼失效時,會影響飛機橫向控制能力,但飛行員并不需要立即去干預,同時參考A380和B787同樣問題的故障等級設置以及非常正常操作程序,結合現階段國內飛機設計技術世界主流飛機設計單位技術上的差距,將單側副翼失效定為戒備級。

3 結論

合理的告警等級設計,能夠為飛行員提供簡潔清晰的處置程序,減輕飛行員的工作負擔。通過對比分析A380和B787兩型飛機飛控系統在告警等級、告警燈、顏色、聲音、簡圖頁指示的差異,結合告警等級定義原則,以國內某型飛機單側副翼失效為例,給出了飛控系統告警等級的設計思路,為國內民用飛機飛控系統告警等級設計提供參考。