平視顯示器( HUD)助力航空大發(fā)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(shù)之一，它在提高飛行品質(zhì)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(fā)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(zhì)帶來的影響作出總結(jié)，旨在讓HUD更好應(yīng)用在中國民航。

關(guān)鍵詞：平視顯示器;波音787;飛行品質(zhì);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(tǒng)，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(tài)飛行，不再頻繁地低頭俯視儀表或抬頭關(guān)注外界目視參照物。這項新技術(shù)能極大地提高飛行員的飛行狀態(tài)感知能力和精準操作能力，對提高飛行安全品質(zhì)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(tǒng)用于航空業(yè)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(shù)用于民航航空干線飛機領(lǐng)域，解決了在復(fù)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(jīng)過20余年的發(fā)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(shè)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(chǎn)品為ROCKWELLCOLI。INS AIR TRANSPORT DIV所生產(chǎn)，787 -共裝有兩套平視顯示器（HUD），每側(cè)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(shè)備發(fā)生故障時，可以參考另外一套設(shè)備。系統(tǒng)可以將飛行數(shù)據(jù)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(fēng)擋玻璃向外觀察，也能夠看到儀表盤的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。HUD和PFD從相同數(shù)據(jù)源接收飛行數(shù)據(jù)，因此HUD與PFD指示相同（重復(fù)），但是數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)符號顯示在組合器玻璃上的必要光學(xué)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(tǒng)沒有ON/OFF電門，放出組合器時，投影儀即打開并顯示相關(guān)信息符號。FMS、EFIS和MCP的操作控制決定輸出到HUD和PFD的數(shù)據(jù)。符號控制電門位于每個駕駛盤的外側(cè)，讓飛行員可以在兩種顯示方式（全符號/簡潔）間轉(zhuǎn)換，電門只控制相應(yīng)飛行員的一側(cè)。亮度的控制有兩種顯示調(diào)節(jié)方式。拔出控制器，可人工調(diào)節(jié)顯示亮度和對比度，背景光變化時，必須轉(zhuǎn)動控制器人工調(diào)節(jié)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(zhuǎn)動控制器初始設(shè)置顯示亮度和對比度，背景光變化時，HUD系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)亮度以保持一致的對比度。按需轉(zhuǎn)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(zhuǎn)雙臂裝置連接在前風(fēng)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(cè)或右側(cè)會顯示ALIGN HUD信息。確保組合器已經(jīng)置于止動位則信息將會消失。如遇到突然的連續(xù)減速，組合器會向前旋轉(zhuǎn)并鎖定在脫開位。這樣可以防止飛行員頭部與組合器發(fā)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(yōu)勢

增強了飛行員的情景意識，提高了飛行運行品質(zhì)。以往由于飛機的儀表設(shè)備都設(shè)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(tài)和位置，判斷飛機的下滑姿態(tài)及接地過程的準確性。在使用HUD設(shè)備后，飛行信息通過投影設(shè)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(tài)，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(tài)的情況和憑經(jīng)驗飛行的傳統(tǒng)習(xí)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(tǒng)的飛行指引系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要來自地面儀表著陸系統(tǒng)。在機場儀表著陸系統(tǒng)的航向、下滑信標指引工作正常的情況下，當出現(xiàn)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(tǒng)提供的指示精準操作飛機，到規(guī)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(qū)。

精確預(yù)測接地點位置，可采用連續(xù)下降方式（ CDFA）實施穩(wěn)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(guān)鍵階段出現(xiàn)操作失誤的可能性。HUD設(shè)備通過計算處理，可精確預(yù)測出跑道位置和接地點，并給出一條連續(xù)下降的垂直軌跡。飛行員通過使用系統(tǒng)提供的垂直導(dǎo)航和進近引導(dǎo)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(fā)生率，有助于飛機安全、穩(wěn)定地進近著陸，也給旅客帶來平穩(wěn)舒適的飛行體驗。

參考文獻：

[1]劉思遠.突發(fā)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(xué)，2018.

[2]中國民航圓滿完成HUD RVR 150m低能見度起飛驗證試飛[J].民航管理，2017 （9）： 25.

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

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