中國民航HUD的應(yīng)用和發(fā)展淺析

李鳳鳴　陳晨

【摘 要】平視顯示器（HUD）是中國民航近期重點推行的四大新技術(shù)之一，在提升飛行安全和航班準(zhǔn)點方面具有重要作用。本文簡要介紹了HUD的工作原理，重點分析了HUD的兩大主要優(yōu)點——降低運行標(biāo)準(zhǔn)和改善飛行品質(zhì)，詳細闡述了HUD在中國民航的發(fā)展?fàn)顩r，為了解HUD提供了參考。

【關(guān)鍵詞】HUD；運行標(biāo)準(zhǔn)；飛行品質(zhì)；安全

0 概述

HUD（Head-Up Display），即平視顯示器，所謂平視，是指飛行員在飛行中不需要低頭就能夠看到他所需要的飛行參數(shù)。HUD由一塊經(jīng)過特殊處理的平視鏡、頭頂投影儀、計算機、顯示面板組成，安裝在駕駛艙中，與飛機的儀表著陸系統(tǒng)接收機、飛行管理系統(tǒng)（FMS）、高度和速度表、飛行控制系統(tǒng)、機載防撞系統(tǒng)（TCAS）、風(fēng)切變告警（GPWS）等系統(tǒng)相連，如圖1所示。HUD不僅能顯示基本的飛行信息（如飛行參數(shù)、姿態(tài)信息、導(dǎo)航信息等），還能顯示特殊的告警信息（如擦機尾余度、TCAS安全區(qū)、迎角限制等）[1]。這些參數(shù)的顯示焦距被設(shè)定在無限遠距離上，可以自然的和外界環(huán)境融合（如圖2）。飛行中，飛行員無需頻繁的抬頭或低頭，可增強飛行情景意識，減輕機組工作負荷，減少飛行技術(shù)誤差，對提升飛行品質(zhì)和飛行安全具有重要的意義。

1 HUD的主要優(yōu)點

1.1 HUD的顯著優(yōu)點——降低運行最低標(biāo)準(zhǔn)

HUD系統(tǒng)收集并評估重要的飛行數(shù)據(jù)（比如姿態(tài)、空速、下滑角、高度等），提供飛機在整個進近、著陸或復(fù)飛階段的平視顯示引導(dǎo)，使飛行員在任何跑道、各種氣象條件下都能夠精確地控制飛機狀態(tài)參數(shù)、準(zhǔn)確地預(yù)測接地點，從而可降低實際運行的最低標(biāo)準(zhǔn)，如圖3。對于Ι類運行，著陸最低運行標(biāo)準(zhǔn)由原來的決斷高度（DH）60米/跑道視距（RVR）550米降低到DH45/RVR450米。另一方面，特殊批準(zhǔn)的I類運行可以在沒有接地區(qū)燈（TDZ）和跑道中線燈的跑道上實施；同時安裝HUD后可以在I類儀表著陸系統(tǒng)上實施特殊II類運行，因而降低了對機場設(shè)備的要求。

譬如，某航班從北京飛往濟南，需遵從以下三個標(biāo)準(zhǔn)：

標(biāo)準(zhǔn)1：機長被授權(quán)的最低著陸標(biāo)準(zhǔn)為II類精密進近最低標(biāo)準(zhǔn)，即RVR 350米；

標(biāo)準(zhǔn)2：飛機的機載導(dǎo)航設(shè)備精度最低滿足CAT IIIA的標(biāo)準(zhǔn)，即RVR 175米；

標(biāo)準(zhǔn)3：濟南01號跑道的最低著陸運行標(biāo)準(zhǔn)為RVR 550米。

為安全起見，這三個標(biāo)準(zhǔn)的最大值就是該航班的落地最低標(biāo)準(zhǔn)，即RVR550米。也就是說，不管機長被授權(quán)標(biāo)準(zhǔn)與飛機的能力如何，當(dāng)濟南01號跑道的RVR小于550米時，飛機只能返航或備降，只有當(dāng)RVR大于550米時，飛機才能落地。而裝備HUD的飛機在滿足適航要求的情況下，飛行員經(jīng)過HUD訓(xùn)練，在具備條件的機場，最低可以使用在I類導(dǎo)航設(shè)備執(zhí)行II類著陸標(biāo)準(zhǔn)，即RVR350米的標(biāo)準(zhǔn)。

簡單地說，著陸最低運行標(biāo)準(zhǔn)的降低，最明顯的優(yōu)勢就是當(dāng)遇到大雨或者大霧天氣，飛機按照標(biāo)準(zhǔn)Ι類運行（DH45米/RVR550米）不能進近時，完全可以按照特殊批準(zhǔn)的Ι類運行（DH45/RVR450米）繼續(xù)進近，甚至可以按照II類運行（DH30/RVR350米），完成著陸。另一方面，從起飛來講，通過HUD指引來引導(dǎo)起飛，把地面滑跑符號放在航向道引導(dǎo)提示符上來跟蹤航向道引導(dǎo)，可實現(xiàn)低能見度起飛（RVR200米甚至更低），降低了起飛運行標(biāo)準(zhǔn)。最低運行標(biāo)準(zhǔn)越低，航班正常性越高。

1.2 改善飛行品質(zhì)，提高安全運行能力

飛機起飛重量越大，滑跑距離越長，離地速度也就越大。當(dāng)高速滑跑時，即便是以最快的速度低頭掃視一眼儀表盤，也會中斷外部視景，特別是在低能見度起飛時更為顯著，造成不安全隱患。HUD的使用，飛行員可以在整個起飛過程中保持平視，避免了與外部視景的中斷，增加了安全裕度。

此外，HUD還可引導(dǎo)精確著陸，可防止飛機在進近時平飄時間過長，可顯示剩余跑道長度，可進行風(fēng)切變改出指引，可有效防止飛機擦機尾（如圖4）等等。在民航起飛和著陸事故中，68%的事故可以通過使用HUD避免或降低事故危害程度[2]。實際上，HUD可以作為一個全天候的顯示器，在飛行的各個階段發(fā)揮作用。

HUD的使用帶來的直接效益就是提升航空運行安全水平，改善航班正常性，提高準(zhǔn)點率，方便人們出行的同時為公司帶來顯著的經(jīng)濟效益。2015年11月10日、12日、14日，濟南、青島機場受大霧影響。山航啟用基于HUD設(shè)備的RVR200米運行程序，順利保障25個航班準(zhǔn)時出港；三天內(nèi)共累計借助HUD設(shè)備起降38班次，航班平均正點率提升10%；11月28日，烏魯木齊大霧，山航使用HUD設(shè)備保障航班正常進出港，執(zhí)行率100%，而當(dāng)天該機場航班執(zhí)行率僅為77.7%。HUD在飛行安全和航班準(zhǔn)點率方面發(fā)揮著巨大的價值。

2 中國民航HUD的發(fā)展

2004年7月16日，中國民用航空局（CAAC）下發(fā)了《使用飛機平視引導(dǎo)系統(tǒng)實施II類或低于I類運行的特殊批準(zhǔn)程序》（AC121-15），為中國民航HUD的引進和使用奠定了法規(guī)基礎(chǔ)。2006年修訂后于5月19日下發(fā)了《特殊批準(zhǔn)的II類或低于I類運行最低標(biāo)準(zhǔn)的程序》（AC-91FS-03）。2009年開始，CAAC再次修訂該咨詢通告，并于2010年10月26日下發(fā)了《使用平視顯示器實施II類或低于標(biāo)準(zhǔn)I類運行的評估和批準(zhǔn)程序》（AC-91-FS-2010-03R1），詳細介紹了使用HUD進行特殊批準(zhǔn)的I類運行、標(biāo)準(zhǔn)II類運行、特殊批準(zhǔn)的II類運行和標(biāo)準(zhǔn)III類運行的資格審批及要求，為之后HUD的大力推行奠定了堅實基礎(chǔ)。

2005年，山東航空公司在其購買的B737飛機上選裝了HUD，著手引進該項新技術(shù)。山航也因此成為中國民航HUD的最早用戶，當(dāng)然也是第一家申請HUD運行的航空公司。山航使用HUD以后，大幅地改善了整體三級事件的發(fā)生率，尤其能預(yù)防平飄距離長和低空大坡度事件[3]。山航HUD使用的豐富經(jīng)驗與良好效益，極大地促進了HUD在中國民航的推廣。

2012年CAAC發(fā)布了《平視顯示器應(yīng)用發(fā)展路線圖》，詳細描述了HUD的發(fā)展計劃，提出了總體的戰(zhàn)略目標(biāo)與時間節(jié)點，明確了相關(guān)運行要求，闡釋了機場及基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)范，評估了現(xiàn)有機隊使用HUD的能力，提出了機隊加改裝計劃。中國民航HUD推廣應(yīng)用分為三個階段：近期（2013-2015）、中期（2016-2020）和遠期（2021-2025）。近期的計劃是在10%預(yù)交付的新飛機與適用的現(xiàn)役飛機上加裝HUD；在30%具有標(biāo)準(zhǔn)儀表進近程序的機場I類儀表著陸系統(tǒng)上公布特殊I類運行標(biāo)準(zhǔn)。中期重點是在50%的現(xiàn)役飛機上加裝HUD設(shè)備，在所有具備條件的機場公布特殊I類、特殊II類進近著陸和起飛最低標(biāo)準(zhǔn)。遠期目標(biāo)是在所有飛機上全面應(yīng)用HUD和EVS（增強視景系統(tǒng)）技術(shù)，同時推動與其他新技術(shù)的融合和發(fā)展，所有適用的機場都按照HUD和EVS運行要求公布最低標(biāo)準(zhǔn)[2]。

民航局于2014年底成立航行新技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展工作委員會，切實強化對航行新技術(shù)建設(shè)及應(yīng)用工作的整體領(lǐng)導(dǎo)和和系統(tǒng)把握，將平視顯示器（HUD）確定為近期重點推行的四項新技術(shù)之一。截止至2016年4月，中國民航具備HUD設(shè)備的飛機超過300架，占運輸飛機總數(shù)（2648架）的11.3%；其中，山航波音737機型全機隊加裝HUD。已有20個機場具備了HUD特殊I類運行標(biāo)準(zhǔn)，著陸最低標(biāo)準(zhǔn)由原來的DH60/RVR550降低到DH45/RVR450米，4個機場（青島、濟南、煙臺、烏魯木齊）具備了HUD特殊II類運行標(biāo)準(zhǔn)（DH30/RVR350米）和RVR200米起飛標(biāo)準(zhǔn)。

2016年1月，飛行員協(xié)會聯(lián)合柯林斯公司在中國民航飛行學(xué)院舉辦了HUD培訓(xùn)；民航局飛標(biāo)司航務(wù)處4月份舉辦的三期航務(wù)監(jiān)察員復(fù)訓(xùn)中，也著重介紹了HUD；4月26-28日，飛標(biāo)司航務(wù)處組織各地區(qū)管理局、監(jiān)管局和公司相關(guān)部門在大連召開“使用飛機平視引導(dǎo)系統(tǒng)實施Ⅱ類或低于Ⅰ類運行的特殊批準(zhǔn)程序”討論會，著手修訂該咨詢通告。5月19-20日，柯林斯公司在廈門組織HGS技術(shù)研討會，介紹HUD的最新成果和討論繼續(xù)擴大HUD的實際應(yīng)用，CAAC派代表參加。2016年，中國民航將在62個機場公布HUD特殊I類標(biāo)準(zhǔn)（DH45米/RVR450米）；在4個機場（上海/虹橋、鄭州/新鄭、?？?美蘭、貴陽/龍洞堡）公布HUD特殊II類標(biāo)準(zhǔn)（DH30/RVR350米）。

3 結(jié)語

平視顯示器（HUD）是民航局決定推廣的四大航行新技術(shù)之一。隨著HUD應(yīng)用的逐步深入，HUD對提升飛行安全裕度、改善航班正常的價值日益得到大家的認可。HUD的大力推廣將會為中國民航帶來豐厚的收益和長遠的影響。

【參考文獻】

[1]劉小磊.民航領(lǐng)域HUD技術(shù)淺析[J].科技資訊，2014，13：228.

[2]中國民用航空局.平視顯示器應(yīng)用發(fā)展路線圖[R].北京，2012.

[3]周寧，孟令光.HUD——提升飛行安全的有力工具[J].中國民用航空，2012，12：31-34.