飛機(jī)駕駛艙總體設(shè)計(jì)研究

王紀(jì)清 王雪萍

摘 ? 要：飛機(jī)駕駛艙是飛行員操縱飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)的工作環(huán)境，也是飛行員與飛機(jī)信息交互的唯一界面和手段，本文根據(jù)工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對飛機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)宗旨進(jìn)行論述，對設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行梳理，并給出駕駛員設(shè)計(jì)眼位和視界、儀表板、操縱臺、人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)思路、原則和考慮因素，可指導(dǎo)新機(jī)駕駛艙的設(shè)計(jì)，也可用于對現(xiàn)有飛機(jī)的駕駛艙改進(jìn)優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：飛機(jī) ?駕駛艙 ?總體設(shè)計(jì)

中圖分類號：V223 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（c）-0005-02

飛機(jī)駕駛艙是機(jī)組人員與飛機(jī)進(jìn)行人機(jī)交互的首要場所，其功用是保證飛行員能夠獲取足夠的外部信息，并對飛機(jī)進(jìn)行操縱，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)安全飛行。駕駛艙設(shè)計(jì)的優(yōu)劣不僅影響駕駛員的體力、心理和意識活動，而且直接影響作戰(zhàn)效率和飛行安全。駕駛艙設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：空間小，儀表多，安全性要求高。在有限的空間內(nèi)布置眾多的儀表，并考慮結(jié)構(gòu)骨架的布置、人接受信息的規(guī)律、應(yīng)急逃生等因素，必須通過合理布置和人機(jī)工效設(shè)計(jì)來提升機(jī)組操作效率和安全性。

1 ?飛機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)宗旨及設(shè)計(jì)內(nèi)容

駕駛艙設(shè)計(jì)的宗旨是結(jié)合駕駛員的生理和心理特征，根據(jù)飛機(jī)的總體功能規(guī)劃協(xié)調(diào)飛機(jī)的操縱、控制、導(dǎo)航和通信等機(jī)載系統(tǒng)設(shè)備的布局，使駕駛員以最小的工作負(fù)荷，迅速、準(zhǔn)確地獲取各種反映飛機(jī)工況的視覺、聽覺和觸覺信號，并作出正確的反應(yīng)，操控飛機(jī)完成飛行任務(wù)。

駕駛艙總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則確定、駕駛員設(shè)計(jì)眼位和視界的確定、駕駛艙總體布置、人機(jī)界面設(shè)計(jì)等。

2 ?飛機(jī)駕駛艙總體設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

駕駛艙設(shè)計(jì)應(yīng)符合CCAR-25-R4《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》第25.777條、25.779條、第25.781條等條款的要求，以及GJB807-90《飛機(jī)儀表板布局》、GB/T13547-92《工作空間人體尺寸》、HB6153-1988《飛機(jī)座艙視野》、HB7496-2014《民用飛機(jī)駕駛艙視野要求》等標(biāo)準(zhǔn)的要求。

駕駛艙設(shè)計(jì)應(yīng)滿足人機(jī)工程學(xué)，人機(jī)界面設(shè)計(jì)可視可達(dá)的同時，應(yīng)提高效率和舒適度，以便駕駛員能快速有效地控制各個系統(tǒng)。

應(yīng)符合“靜暗”的設(shè)計(jì)理念，即飛機(jī)處于正常飛行狀態(tài)，則無相關(guān)“聲”、“光”、“振”等告警反饋。目前主流的“靜暗”設(shè)計(jì)理念有兩種，一是建立在飛機(jī)各系統(tǒng)高度集成的基礎(chǔ)上，人機(jī)操縱的自動化應(yīng)用程度較高，采用不指示則不操作的理念進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，即各系統(tǒng)在正常工作的情況下，人機(jī)操縱界面不提示，不顯示工作狀態(tài)，一旦有任何提示音或亮燈均代表飛機(jī)沒有處于正常狀態(tài)或者系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)故障;二是以人為中心，駕駛員按操作程序進(jìn)行操作，人機(jī)界面使用帶指示燈的按壓開關(guān)，系統(tǒng)正常工作時，開關(guān)上有相應(yīng)的白色字符指示系統(tǒng)正常工作，字符顏色顯示效果柔和，當(dāng)系統(tǒng)處于非正常狀態(tài)時，開關(guān)上亮起醒目的顏色，如琥珀色、紅色等，表明系統(tǒng)狀態(tài)，引起機(jī)組重視。

顯示器和控制器的布置需考慮使用頻率、重要性、信息量等，以此來分配布置位置。

應(yīng)使駕駛員具有良好的視界，以便其觀察各類儀表信息，操控各器件，確保飛行安全。

儀表、開關(guān)、其它設(shè)施布置安裝應(yīng)設(shè)計(jì)成使機(jī)組人員在正常出入時對人體的可能傷害減至最少，同時應(yīng)使誤操作的可能性降至最低。

駕駛艙內(nèi)裝飾應(yīng)充分考慮隔熱、降噪、維護(hù)性等因素。

2.2 駕駛員設(shè)計(jì)眼位和視界

設(shè)計(jì)眼位是駕駛員處于正常駕駛狀態(tài)，兩眼之間連線的中點(diǎn)所在位置，是飛機(jī)設(shè)計(jì)過程中用于確定駕駛艙內(nèi)部和外部視野以及駕駛艙幾何尺寸的一個設(shè)計(jì)基準(zhǔn)點(diǎn)。

眼位高度基準(zhǔn)從飛機(jī)駕駛艙地板上表面起算，計(jì)算公式為Zc=H50%PC-H1g

式中，ZC表示設(shè)計(jì)眼位高;H50%表示第50百分位標(biāo)準(zhǔn)人身高;PC表示正坐眼位高與人體高的百分比數(shù);H1g表示標(biāo)準(zhǔn)人體重統(tǒng)計(jì)值在1g飛行時的下沉量。

設(shè)計(jì)眼位橫坐標(biāo)根據(jù)中國人中等身材在飛機(jī)坐標(biāo)中給出的定位尺寸為±533.4mm（最大值），推薦尺寸范圍為：±507.5～±533.4mm[2]。

設(shè)計(jì)眼位縱坐標(biāo)根據(jù)飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊第7冊中的視界定義，規(guī)定設(shè)計(jì)眼位到風(fēng)擋的水平距離范圍為500～600mm，再根據(jù)已知的飛機(jī)機(jī)頭模型即可初步確定。

視界設(shè)計(jì)應(yīng)滿足CCAR-25-R4第25.773條要求和HB7496-2014《民用飛機(jī)駕駛艙視野要求》。給駕駛員提供足夠?qū)掗?、清晰、不失真的視界，確保飛機(jī)在使用包線范圍內(nèi)能夠安全地進(jìn)行任何機(jī)動，包括滑行、起飛、進(jìn)場和著陸。

2.3 駕駛艙總體布置

駕駛艙總體布置包括主儀表板和遮光罩的布置，左、中、右操縱臺的布置，頂部操縱臺的布置等。

主儀表板和遮光罩位于駕駛員正前方可達(dá)可視位置，主要為駕駛員提供各種飛行信息，使飛行員能夠了解當(dāng)前飛行狀態(tài)，是駕駛員觀察最為頻繁的部位。設(shè)計(jì)時需滿足內(nèi)部視覺觀察的要求，主要考慮設(shè)計(jì)眼位到主儀表板的距離、飛行員水平視線與主儀表板平面夾角、設(shè)計(jì)眼位到遮光罩距離、飛行員視界下邊界等因素。

左、中、右操縱臺布置時，其高度應(yīng)便于駕駛員對其上的開關(guān)進(jìn)行操作，寬度尺寸應(yīng)不妨礙飛行員空間需求，以及應(yīng)急逃生需求。

頂部操縱臺布置時，主要考慮頂部操縱臺前沿對飛行員視覺的影響，以及對機(jī)組活動空間的影響，以及飛行員操作的可達(dá)性和可視性。

2.4 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

人機(jī)操作界面設(shè)計(jì)應(yīng)遵循邏輯一致性、操作一致性、顯示一致性原則。

（1）邏輯一致性。

目前，多數(shù)飛機(jī)操作界面大量使用了帶指示燈的按壓式開關(guān)，設(shè)計(jì)時應(yīng)保持邏輯一致，當(dāng)各系統(tǒng)正常工作，對應(yīng)開關(guān)上的“接通”、“正?！弊址甘緹魬?yīng)亮，當(dāng)各系統(tǒng)處于非正常工作時，對應(yīng)開關(guān)上的“斷開”、“故障”、“關(guān)閉”字符指示燈亮。

（2）操作一致性。

操作一致性主要是使控制器件的操作屬性表達(dá)的工作狀態(tài)保持一致。人機(jī)界面常用控制器件包括扳動開關(guān)、旋轉(zhuǎn)開關(guān)和按壓開關(guān)等。

針對扳動開關(guān)，可統(tǒng)一要求向飛機(jī)飛行方向扳動或向上扳動為“接通”，反之則為“斷開”，如果有三位開關(guān)，則中間位為“斷開”，向飛機(jī)飛行方向扳動或向上扳動為常用位。

針對旋轉(zhuǎn)開關(guān)，所有關(guān)斷位置應(yīng)置于功能標(biāo)識線左側(cè)，接通則需順時針旋轉(zhuǎn)，功能標(biāo)識線一般采用“關(guān)斷”-“自動”-“接通”順時針設(shè)置及遵循類似法則設(shè)置多個位置。連續(xù)調(diào)節(jié)型旋鈕則一律采用順時針調(diào)節(jié)執(zhí)行“增加”、“升高”等功能，逆時針調(diào)節(jié)則執(zhí)行“減少”、“降低”等功能。

按壓開關(guān)可統(tǒng)一采用帶有指示燈的按壓開關(guān)，開關(guān)被按壓后，自動回到開關(guān)面的初始高度，但是開關(guān)上的“接通”或“斷開”指示燈相應(yīng)亮起，僅通過開關(guān)上的指示燈來辨別工作狀態(tài)。

（3）顯示一致性。

根據(jù)GJB 1006的要求，駕駛艙所有警告燈顏色應(yīng)統(tǒng)一采用航空紅，注意燈顏色統(tǒng)一采用航空黃，提示燈顏色統(tǒng)一采用航空綠。

3 ?驗(yàn)證

駕駛艙設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)在三維軟件中建立三維模型，按照GJB4856-2003《中國男性飛行員人體尺寸》選取標(biāo)準(zhǔn)人進(jìn)行仿真操作、檢查人體活動空間、運(yùn)動干涉情況、應(yīng)急逃生、通風(fēng)窗開啟與關(guān)閉、設(shè)備的可達(dá)性和可視性以及維修性等。設(shè)計(jì)制造駕駛艙物理樣機(jī)，進(jìn)一步開展驗(yàn)證和改進(jìn)工作。

4 ?結(jié)語

飛機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)不僅受到國外航空界的普遍重視，也是國內(nèi)實(shí)施大型飛機(jī)發(fā)展戰(zhàn)略形勢下，自主研究的重要環(huán)節(jié)。目前國內(nèi)飛機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)主要是在國外飛機(jī)駕駛艙基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，并不完全適合中國機(jī)組人員。本文對飛機(jī)駕駛艙總體設(shè)計(jì)思路和要求進(jìn)行了梳理和研究，為設(shè)計(jì)人員提供一定的技術(shù)借鑒和支持。

參考文獻(xiàn)

[1] 張煒.民機(jī)駕駛艙人機(jī)一體化設(shè)計(jì)[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2015.

[2] 傅山.民用運(yùn)輸類飛機(jī)駕駛艙人為因素設(shè)計(jì)原則[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2013.