HUD在飛行訓(xùn)練中的應(yīng)用前景初探

文/邱飛豪，楊家忠

中國民航業(yè)的蓬勃發(fā)展同時帶動了通用航空業(yè)的進步。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，近年來，國內(nèi)飛行學(xué)院的飛行訓(xùn)練量基本呈逐年穩(wěn)步上升趨勢。而根據(jù)中國民用航空飛行學(xué)院的規(guī)劃，國內(nèi)飛行培訓(xùn)的年訓(xùn)練量要達到50 萬小時，其中飛行訓(xùn)練40 萬小時，模擬機和訓(xùn)練器訓(xùn)練10 萬小時。在此期間，HUD（平視顯示系統(tǒng)）技術(shù)因具備便利性和安全性等優(yōu)勢在各大航空公司得到了廣泛應(yīng)用。為了探究如何進一步提高飛行訓(xùn)練質(zhì)量，做好飛行學(xué)員在飛行訓(xùn)練和航空公司運行間的過渡及銜接工作，本文就HUD 技術(shù)在飛行訓(xùn)練中的應(yīng)用前景展開分析。

近些年，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及高新技術(shù)在民航領(lǐng)域的應(yīng)用，人機交互產(chǎn)品受到越來越多的關(guān)注，智能化和物聯(lián)網(wǎng)化已是大勢所趨。越來越多的新民航科技將持續(xù)促進我國民航事業(yè)的長遠發(fā)展。作為高科技的產(chǎn)物，HUD 設(shè)備一經(jīng)面世便吸引了社會各界的廣泛關(guān)注。科技是生命力也是生產(chǎn)力，HUD技術(shù)的運用便很好地突出了這一點，未來，該技術(shù)將在民航系統(tǒng)中持續(xù)發(fā)揮作用。

一、技術(shù)介紹

（一）HUD 概述

HUD是Head-Up-Display的縮寫，其最具代表性的產(chǎn)品是平視顯示器。當飛行器配置該顯示器后，飛行員在平視狀態(tài)下就能掌握所有重要的飛行信息，有效減少分心查看儀表的頻率。該顯示器由早期的轟炸瞄準器衍生而來，轟炸瞄準器最早作為轟炸機武器投放系統(tǒng)于20世紀40年代投入使用。而HUD 直至1950年和1960之間才大量運用在飛機駕駛艙中。由于其具有顯著的便利性和安全性，民航客機也開始逐漸引入HUD 技術(shù)。隨后，HUD 在幫助新飛行員減輕航班運行時的工作負荷，確保其更好地控制飛行狀態(tài)等方面發(fā)揮出重要作用。

（二）HUD 的組成

HUD 被稱作民航四大新技術(shù)之一，對于中國民航來說，它是一項航行新技術(shù)。HUD 是一種航空光學(xué)顯示系統(tǒng)，在一般情況下，其基本框架主要由兩個部分構(gòu)成，即主要飛行參數(shù)和飛機系統(tǒng)信息。系統(tǒng)在將這兩部分信息進行整合處理后，再以圖像、字符或者數(shù)字形式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元。隨后，飛行員便可以根據(jù)實際需求選擇不同的模式。部分HUD會將數(shù)據(jù)處理和影像輸出分成兩個不同的模塊，二者遵循幾乎相同的工作原理。其中，具備影像可視化功能的部分通常被安裝在駕駛艙前部的視頻顯示裝置內(nèi)，以便將從數(shù)據(jù)處理裝置接收到的各種飛行參數(shù)和飛機系統(tǒng)信息投影到對應(yīng)位置。此外，顯示屏上還設(shè)置有控制面板，飛行員可以利用該模塊調(diào)整或修改輸出圖像。

二、HUD 的應(yīng)用優(yōu)點

（一）提高飛行員的情景意識

情景意識是保證飛行安全的重要環(huán)節(jié)之一。剛完成整體課程大綱訓(xùn)練的飛行學(xué)員在面對從訓(xùn)練飛機到大型運輸客機的突然轉(zhuǎn)變時，其情景意識大多還停留在航校訓(xùn)練階段，一時難以靈活應(yīng)對當前的轉(zhuǎn)變。此時，在HUD 的支持下，飛行員不僅可以更加直觀、便捷地獲取所需要的飛行參數(shù)，還能有效降低視線在駕駛艙和外界間切換的頻率，從而確保自身能夠在陌生環(huán)境中全身心地投入當前的飛行情景，進一步提高情景意識。

（二）幫助飛行員更快適應(yīng)新設(shè)備

HUD 的應(yīng)用有利于減少飛行員的技術(shù)失誤，幫助其更快適應(yīng)新機型。一方面，國內(nèi)航校用于授課和飛行訓(xùn)練的飛機體型相對較小，但操作靈敏、動作靈活；另一方面，民航企業(yè)的客機在實際運行中并不需要過多的機動動作，這將導(dǎo)致部分新入職的飛行員在剛進入民航企業(yè)時對客機的操作量拿捏不準確。為了應(yīng)對這一問題，HUD 將飛行指引和警告信息直接顯示在屏幕上，以提醒飛行員及時調(diào)整航空器的操縱參數(shù)，保證將飛行技術(shù)誤差維持在合理范圍內(nèi)，同時幫助飛行員加快適應(yīng)新設(shè)備和飛行訓(xùn)練。

（三）降低飛行員的工作負荷

HUD的應(yīng)用有利于減少飛行員注意力分散的情況發(fā)生，提升進近過程的穩(wěn)定性。在通常情況下，從飛機開始進近到最后著陸的13 分鐘是整個飛行過程中最危險的階段。在此階段，飛行員工作負荷高，需要監(jiān)控的飛行數(shù)據(jù)較多。飛行員在初始改裝時容易在目視上出現(xiàn)誤差，或是出現(xiàn)操作量過大、不足等問題。而基于HUD的進近方式不僅可以為整個飛行過程（如進近、著陸、復(fù)飛等階段）提供平視引導(dǎo)，還能幫助飛行員快速準確地判斷飛機在整個飛行過程中是否處于平穩(wěn)的下降狀態(tài)、是否保持穩(wěn)定的進近；或者在飛行條件不佳時及時為飛行員做出復(fù)飛決定提供科學(xué)的參考。

（四）增強飛行安全性

HUD 的應(yīng)用有利于減少擦機尾、重著陸等危險操作的發(fā)生。理論上說，大客機在著陸時的速度遠快于學(xué)員在航校駕駛的飛機的著陸速度。因此，在改裝時，部分學(xué)員存在不敢出姿態(tài)導(dǎo)致重著陸或操作過猛導(dǎo)致擦機尾等操作風(fēng)險。通過使用HUD，飛行員得以及時接收系統(tǒng)警告，更直觀地建立目視參考，并以此作為參考調(diào)整和修正飛機姿態(tài)，避免擦機尾等不安全事件的發(fā)生。

（五）降低不良天氣的影響

HUD 的應(yīng)用有助于提高飛機的運行性能，保證飛行訓(xùn)練在大部分條件下甚至部分不良天氣下都能正常開展。例如，基于HUD的進近可以用于Ⅱ和ⅢA 盲降進近的訓(xùn)練場景，以確保航空器在低云低能見的情況下正常運行。

三、在飛行訓(xùn)練中的應(yīng)用前景

如今，除民航業(yè)外，HUD 系統(tǒng)在汽車行業(yè)中也得到了較為廣泛的應(yīng)用，受到越來越多汽車生產(chǎn)廠商的青睞。市面上很多中高端車型都搭載了HUD 系統(tǒng)，以幫助駕駛員在駕駛過程中更科學(xué)地分析路況，確保安全駕駛。需要注意的是，車載HUD在提高駕駛安全性的同時，也存在一些新的隱患，其中最突出的便是新設(shè)備是否絕對可靠以及HUD的顯示問題，例如其亮度、對比度、清晰度是否滿足駕駛員的實際要求，是否存在重影等顯示問題，儀表參數(shù)顯示是否正確、精準，等等。

（1）民航業(yè)最注重和關(guān)心的就是飛行安全。在現(xiàn)實生活中，車載HUD在使用過程中極少發(fā)生顯示異常的情況。這是因為車載HUD通過OBD（車載自動診斷系統(tǒng)）接口直接讀取汽車的運行數(shù)據(jù)，然后將其直接投影到風(fēng)擋玻璃上。也就是說，這些數(shù)據(jù)直接來源于汽車自身裝配的ECU（電子控制單元），因而不存在HUD顯示數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)偏差過大的情況。而國內(nèi)飛行訓(xùn)練使用的DN-42NG飛機同樣搭載了先進的FMC 模塊和ECU 模塊；此外，性能接近航班運行標準的高教機上也搭載有飛行管理計算機，并且支持加裝，若在此類飛機上同時加裝飛行訓(xùn)練使用的HUD，必然會為飛行安全提供雙重保障。另外，整個飛行過程通常由雙人控制程序，負責(zé)監(jiān)控的飛行員也可以隨時監(jiān)控傳統(tǒng)儀表的飛行數(shù)據(jù)，飛行安全得到進一步保障。

（2）加裝了機載HUD 的民航客機的顯示內(nèi)容有空速、高度、航向、升降速度、迎角、飛行航徑或速度矢量、有坡度姿態(tài)或起始俯仰姿態(tài)、帶有偏離指示的航線和下滑道、狀態(tài)顯示（導(dǎo)航傳感器、自動駕駛儀、飛行指引儀）以及告警和警告顯示（機載防撞系統(tǒng)、風(fēng)切變、近地警告）。同時，《中國民用航空技術(shù)標準規(guī)定》（CTSO-C210），申請使用HUD設(shè)備時，申請人需提供持續(xù)適航文件，且提供的文件必須包含設(shè)備周期性維護、校準和修理要求。為了保證設(shè)備的持續(xù)適航性，該標準適度降低了加裝機載HUD的航空器在運行過程中可以降低的最低運行天氣標準，從而提高了航班運行效率和正常性。但對于僅用于飛行訓(xùn)練使用的，不應(yīng)降低標準，以免對學(xué)生使用HUD 時的邏輯思維造成不利影響。此外，該標準中的“3.b.失效狀態(tài)類別”中還提到，“沒有標準的最低失效狀態(tài)類別，設(shè)備適用的失效狀態(tài)類別取決于其在特定飛機的預(yù)期用途”；而在“3.e.偏離”中則提到，“若采用替代或等效的符合性方法來滿足本 CTSO 規(guī)定的最低性能標準要求，則申請人必須表明設(shè)備保持了等效的安全水平”。因此，在飛行學(xué)院所使用的訓(xùn)練飛機上加裝HUD設(shè)備并投入使用是合規(guī)的。

四、結(jié)語

綜上所述，在國內(nèi)飛行訓(xùn)練量基本穩(wěn)定增長且飛行訓(xùn)練質(zhì)量明顯提高的今天，將HUD 技術(shù)和設(shè)備合理應(yīng)用到飛行訓(xùn)練中，有助于實現(xiàn)飛行訓(xùn)練教學(xué)與新興技術(shù)接軌，實現(xiàn)從簡單到復(fù)雜的升級，同時還能幫助飛行學(xué)員快速掌握HUD 技術(shù)的使用，完成從學(xué)員到飛行員的過渡。