民用飞机平显系统架构及显示设计研究

摘要：平显系统能够有效提高民机飞行员由仪表飞行向目视飞行的转换能力。文章基于当前主流平显系统组成和架构，结合平显与下显设计的异同，考虑显示格式、告警特性和安装构型等因素，给出针对平显显示和告警设计要求。

关键词：民用飞机；平显系统；架构设计；显示设计；告警设计 文献标识码：A

中图分类号：V243 文章编号：1009-2374（2017）08-0030-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.014

民机从仪表进场转向目视着陆时，飞行员需交替观察前方场景和扫视座舱内飞行仪表，在短时内辨识着陆标志以及准确无误完成降落，飞行员处于高度紧张和视觉疲劳状态，增加工作负担和飞行风险。平显的出现有效解决了驾驶员交替观察座舱仪表和跟踪目标引起的内外视矛盾，飞行员利用平显可以提高在不同能见度下进行仪表飞行向目视飞行过渡的运行能力，现代民用客机已逐步将平显列为必装设备。

1 定义

平显系统是在飞行员与风挡之间、处于飞行员前视界内组合仪上投射主飞行信息的显示系统。该系统使得飞行员能够同时使用飞行信息和观察风挡外前向航迹，而无须扫视下视显示器。

2 平显系统简介

2.1 系统组成

平显系统组成包括平显计算机、投影装置、组合仪、输入装置、指示装置。

平显计算机对来自各传感器和其他飞机系统的数据进行综合处理，并生成符号信息，送到投影装置和组合仪进行显示。平显计算机可以是独立航线可更换单元或以模块形式集成在其他航电系统中。

投影装置通过数字总线从平显计算机接收图像、符号及视频信息，经光学组件准直和校正后投影到组合仪上，供飞行员观察。

组合仪是平显系统的终端显示装置，其主要部件为一块可见光透射率符合要求的透明光学玻璃，将聚焦在无穷远处的光学符号显示在飞行员正前方。

输入装置一般安装在组合仪或遮光罩上，用于平显亮度调节和全字符模式/防拥模式选择。

指示装置用于向机组通告平显系统当前工作模式、工作状态及相关告警信息。

2.2 系统架构

平显架构分为单平显架构、双平显架构和集成式平显架构。平显系统根据不同飞机的安装要求和系统构型配置架构，同时考虑预定功能、安全性指标、航电系统架构、航电与非航电系统交联方式等因素进行灵活配置。图1和图2是单平显架构和双平显架构示例，集成式平显系统的计算模块集成在其他航电系统中。

3 平显显示设计

平显的信息显示取决于其预期功能。在安装平显的驾驶舱显控系统中，平显显示参数和格式的设计需要符合驾驶舱整体设计理念，既要与其他显示设备（主要是下显）在显示格式上保持一致，又要考虑平显本身特性进行格式设计。

3.1 功能与模式

平显实现的功能包括基本功能和扩展功能。基本功能包括：（1）计算/显示进近和滑出指引；（2）计

算/显示起飞指引；（3）显示主飞行信息。扩展功能包括：（1）显示增强视景图像；（2）显示合成视景图像；（3）场面导引；（4）作为主飞行显示器。

平显工作模式和符号显示模式可以根据不同飞行阶段自动选择或飞行员手动选择。

平显工作模式一般有起飞模式、主模式、目视进近模式、仪表进近模式、滑行模式等，不同功能的平显系统具备的工作模式不同。

平显一般存在两种符号显示模式，即全字符模式和防拥模式，防拥模式下，空速和高度刻度带由数字读数替代，罗盘显示消失。

3.2 平显显示参数

平显作为主飞行显示器时，主飞行参数与下显保持一致，应显示姿态、空速、高度、低速和高速指示、垂直速度、飞行航迹矢量等。某些运行和飞行阶段不需要平显提供完整符号显示，如精密进近阶段，平显空速和高度带仅显示数字。

平显在显示飞行导引信息协助飞行员进行手动操纵或監控自动驾驶时，应显示：（1）独立数据源的航迹偏离指示；（2）自动驾驶操作模式；（3）自动驾驶接通状态；（4）自动驾驶脱开警告。

平显在某些飞行阶段需要显示补充飞行参数时，应显示：（1）飞行航迹指示；（2）目标空速基准和速度限制指示；（3）目标高度基准和高度提示指示；（4）航向或航路基准。

3.3 平显信息显示

平显作为民机座舱显示和控制系统的组成部分，应与下显保持格式一致，相同信息的平显和下显格式配置及布局需要传递同样预期含义，以免造成机组的混淆、误解及过大认知负荷。平显信息显示格式要求如下：（1）平显与下显的符号格式应兼容，包括形状/外观、特殊符号和相对位置；（2）平显与下显的字母数字具有相同分辨率、单位和标志；（3）平显与下显的标志、模式和告警消息使用相同术语；（4）平显与下显的模拟标尺或刻度盘具有相同范围和动态运行规则；（5）平显与下显的飞行导引系统模式和状态转换规则应一致；（6）平显与下显同时显示某指令信息时的导引标志和航迹偏离标尺应一致；（7）平显与下显的使用对象为同一飞行员时，其仪表飞行信息的传感器系统源保持一致；（8）平显与下显的信息显示差异不能阻碍飞行员在平显和下显之间转换。应列出平显和下显之间的转换条件，模拟场景并评估所有可预期模式下的转换能力。

3.4 平显告警显示

平显和下显的告警设计，应对每一层次告警制定和应用统一的告警设计理念。但平显与下显存在固有不一致之处，如下显使用彩色显示，而平显使用单色显示，故平显告警设计还需参考以下要求：（1）基于单色的注意吸引。考虑平显为单色显示装置，平显告警应当重点显示警告和警戒信息，并适当运用频闪、围框、亮度、尺寸和位置等注意吸引方式，以弥补其颜色编码不足；（2）平显的时间关键告警。对于需要依托平显获得适航批准的飞行阶段，飞行员主要通过平显操纵飞机，应在平显中提供相关引导、警告及相关系统通告显示，否则应提供补偿设计特征和操作程序，确保飞行员获取等效且有效的目视告警信息并及时响应。

3.5 双平显构型要求

单平显构型时，操纵飞行员（PF）使用平显作为主飞行显示器，而监控飞行员（PM）监督下视仪表和告警系统上平显未涵蓋的系统失效、模式和功能。双平显构型时，两名飞行员可能同时使用平显，机组需要对平显未涵盖的关键信息保持同等水平警觉性。故对于安装双平显的驾驶舱，应制定双平显运行规则，详细列出PF和PM在所有飞行阶段使用或监控下显和平显的工作任务及相关责任，包括整个驾驶舱内的操纵器件转换以及所有飞行阶段两位飞行员同时使用平显的条件。

双平显运行规则应规定：（1）在所有飞行阶段对下视仪表进行扫视的机组成员、扫视时段和频度以及无法保证下视扫视时的补偿设计；（2）为平显作为主飞行显示器无法提供的任何目视警告和警戒设计有效补偿，以保持任务性能或安全性等级。

制定双平显运行规则时，需全面复评告警功能，确保飞行机组及时获得告警并做出响应。复评应覆盖设

计/技术、告警吸引特征以及驾驶舱内其他告警。

4 结语

本文介绍了民机平显系统的组成和架构以及不同构型下平显的显示和告警设计要求，涵盖了平显与下显设计的异同之处。随着民机座舱显示技术的进步和系统集成度的提高，平显系统设计需要综合考虑各方面因素，持续优化。

参考文献

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作者简介：许俊峰（1989-），男，江苏南通人，上海飞机设计研究院助理工程师，硕士，研究方向：民用飞机驾驶舱显示与控制系统。

（责任编辑：黄银芳）