HUD在民用飞机中的应用.pdf

HUD 在民用飞机中的应用 1 HUD 设备简介 HUD（Head Up Display），全称为平视显示器，是目前民航局正在推广的四大航行新技术之一，是把固有的飞行信息投射到飞行员前面的显示器上，使飞行员方便快捷的了解飞行信息，同时在低能见度的条件下正常飞行，提升飞行品质，促使飞行更加简单、更加安全。平视显示器 HUD 是平视显示指引系统 HGS 的一部分，是安装在驾驶舱的一种辅助设备，平视显示指引系统是有头顶组件、组合显示器、系统信号牌、控制面板、HGS 计算机组成。如图 1 所示：其中 HGS 组合器就是我们所说的平视显示器，它位于飞行员和前风挡玻璃之间，飞行员能够看到从头顶组件 OHU 投影过来的画面。组合器有三个位置：收起位、正常工作位和脱离位分别对应不同的工作状态。2 HUD?行的优越性 2.1 降低运行标准方面 以往，面对能见度低于运行标准的情况，航班只能延误、取消或备降，而使用 HUD 设备则可降低运行标准，提高航班正点率，最大限度节省运营成本，满足旅客出行需求，同时国家的大力提倡，以及 HUD 的安全特性，和国际民航组织给予的特殊政策照顾，在地面设施简化的情况下降低运行标准，提高航空公司的运行标准，提高经济效益。飞行员可以直接通过目视前方获得飞行状态信息，无须低头看显示仪表，保证飞行员对飞行状态的实时了解，增强了飞行员的情景意识，借助 HUD 设备目视功能，飞行员可以尽早建立目视下滑印象；同时 HGS 把常规仪表的飞行姿态指引改为轨迹指引，而且信号灵敏度高，飞行安全系数高，飞行员的视野更宽广，还可以与目前推广的 RNP 技术有机结合在一起，最大限度的提高了操纵精度；同时平视显示系统加入合成目视增强系统（EVS）或者合成目视功能（SVS），实时的显示地形信息，这就是增强飞行视景系统（EFVS），一方面使用飞行增强视景系统可以增强飞行员情景意识和状态感知能力，提高飞行品质；另一方面可以提高低能见度的运行能力，引入“增强飞行能见度”这一概念，即飞行中从飞机驾驶舱向前量起的平均水平距离，在此距离上，驾驶员使用 EFVS 在昼间或夜间可以清楚地分辨或识别主要地形目标。2.2 与传统仪表相比方面 与传统仪表相比较 HUD 操纵界面更加直观方便，具体优越性为飞行员可以通过操纵界面直接了解飞行状况，对飞机进行紧急处理：（1）当常规仪表出现 APCH WARN（进近警告）时，传统仪表需要飞行员强制复飞，但是在 HUD 上 500ft 以下自主启动稳定近监视功能，降低了运行标准，提高了飞行效率。（2）IDLE（慢车）信号，当 HGS 监控到飞机现在可以收光油门，给出此信息，防止带油门接地，避免诱发飞机的着陆跳跃和减速板不正常放出，最终导致飞机重着陆和擦机尾等事故。（3）BANK WARN（坡度警告）当飞机处于起飞或者进近阶段时，100ft 下坡度大于 5 度开始显现，提醒飞行员提前进行坡度调整。（4）TAIL STRIKE（擦机尾警告）信号，当检测到继续增加姿态可能出现擦机尾，此时飞机应该复飞。（5）PITCH LIMIT（俯仰极限符号）信号，当飞机在起飞抬前轮过快时，给出擦机尾的极限姿态，避免出现危险状况。（6）RWY REMAINING（剩余跑到长度）信号，当飞机在起飞或者降落阶段时，提示剩余跑到长度，保证飞机安全起飞和顺利着陆。（7）提供拉平指引，正常类 ILS 下滑信号在 190ft以下不再可靠，A模式下，500ft 启用自主进近监视功能，在进近下降到 190ft 时，开始比较并逐渐使用 HGS 计算机根据下滑轨迹计算的“趋势下划线”，到 140ft 不再使用实际ILS 下滑信号，这时 HGS 需要两套 ILS 导航接收设备，进近耦合进行偏差比较，从而延长下划线。3 HUD 应用以及存在的问题 3.1 HUD 在民用机场的应用 民航降落标准从低到高分为类、类、类（类又分为 ABC 三级，类 C 也就是我们说的盲降，DH（决断高）和 RVR（跑道视程）都是 0 米）。目前国内、国际多个机场具备基于 HUD 设备进行特殊批准的 RVR200 米起飞和降落标准类及类（RVR350）落地的运行资质，像郑州机场、青岛流亭机场、济南遥墙机场、贵州龙洞堡机场均已实现 HUD 在特殊类的试飞。HUD 的推广对我国民航运行标准修订具有深远影响，作为先进设备和航行新技术的结合体，HUD 设备具备“降低运行标准、改善飞行品质、创新训练模式”等优越性：降低运行标准、提高航班正点率，降低运行标准，提高航班正点率，最大限度节省运营成本，满足旅客出行需求；改善飞行品质、提高安全裕度，通过使用 HUD 设备，飞行员可以关注到传统仪表无法提供的信息，大量节省了飞行员精力，此外，立足于 HUD 设备的便捷操作和数据统计的完善，可以增强飞行员信心、加快飞行员成长、提高飞行情景意识，改善着陆品质等方面，均取得显著效果；创新训练模式、降低训练成本，在使用 HUD 设备完成低能见度特殊运行的训练过程中，充分结合复训科目，保证训练质量、降低训练成本、严格资质管控，实现全新突破。随着航行新技术的发展，民航局推广的 HUD 新技术，是在不增加机场地面设施设备投入的前提下，充分发挥机场即有软硬件的能力，在航空公司的协助下，降低机场硬件改造费用和运行保障费用，有效降低机场的运行标准，从而提升机场的运行保障能力，民航局要求国内所有航空公司全部加装 HUD 设备，对 HUD 技术大力推广。HUD 平视显示技术主要在飞机的起飞和降落阶段使用，通常情况下飞机在降落过程中难度较大，安装了 HUD 设备，就可以在飞机降落过程中的飞行能见度（VIS）由通常的 500 米、550 米以及 600 米降到350 米实施降落；云高也有通常的 60 米降低到 30 米。飞机在起飞过程中，没有安装 HUD 设备的航空公司的起飞标准是400 米，而安装 HUD 的飞机的起飞标准可以降低到 200 米，使用 HUD 技术实现 200 米低能见度起飞，降低了航空公司的运行标准，同时也提高了运行质量和效率；在目视参考受到天气条件限制下利用 HUD 进行飞行活动，在旅客眼中，也就是提高了航班的准点率，航班延误减少了，自然而然的旅客地满意程度提高了。3.2 制约 HUD 发展的因素 随着 HUD 技术的推广，同时出现了好多制约着 HUD 发展的因素，首先就是 HUD 的使用率偏低，HGS 飞行次数基数小，严重影响 HGS 真实运行品质的分析结果。造成这一现象的客观原因是一方面飞行员训练管理规定刚飞左座的见习正驾驶和刚飞右座的见习副驾驶操纵飞机时不使用 HGS 飞行，另一方面，个别机场 ILS（仪表着陆系统）信号质量差，有时会产生进近警告（APCH WARN），影响驾驶员使用 HGS 的积极性。针对这一问题，航空公司修订运行政策，HGS 资格与机长资格挂钩，建立个人使用 HGS 情况数据库。其次，HUD 运行真实数据失真，无法真实掌握 HUD 运行的品格差异，也不能实际反应 HUD 的优越性，起始 HGS 使用方面的数据来源于飞行任务书，但由于任务书填写方法不统一，表达不规范等问题，使用数据统计并不完整；同时公司译码能真实反映 HGS的使用情况，但由于流程缺失，HGS 的查询功能未开发；HUD特殊批准的类运行时间短，真实低于类运行标准的气象条件少，实际运行数据不足，或驾驶员漏填数据。航空公司采取修订运行类手册，完善各部门 HGS 运行数据方面的职责，修改 HGS 飞行记录方式，由填写任务书改为公司译码直接提取数据，发布运行管理通告，向驾驶员宣传贯彻在真实降低标准类运行后如实记录运行情况。机场启动特殊批准的类运行信息传递流程有待优化，信息传递流程质量直接关系到飞行安全，在不降低工作效率的前提下，应尽量不增加信息交换环节，特殊批准的类运行属于新生的运行类型，具体运行内容无现成经验可供借鉴，对目前信息传递流程，机组在准备执行特殊批准的类运行是感到程序繁琐且信息反馈不及时等问题。4 发展与展望 随着民用航空的高速发展，如何提高航空运输的效率、保证飞行安全是民航发展的追求，高速发展的民航业令 HUD有了用武之地，ICAO 以及民航局对 HUD 的推广，HUD 的使用提高了公司运行效益以及提高飞行安全系数，在不大修机场设备情况下，引进航空新技术提高航空安全与降低机场运行标准成为未来发展的一个趋势。积极开发探索 HUD 在民用飞机上的应用，令该项技术在民用航空发展中发挥更大作用。