直升機(jī)駕駛艙眩光幾種工程解決途徑分析

謝映濤

摘要：隨著航空電子技術(shù)快速的發(fā)展并在直升機(jī)上的應(yīng)用，直升機(jī)駕駛艙“玻璃”化趨勢明顯，但同時也帶來了駕駛艙光污染問題，對飛行員產(chǎn)生了不利的因素，因此有必要對駕駛艙眩光問題開展機(jī)理分析、理論解決途徑的探討，并從工程實(shí)際的角度考慮是否可行。

關(guān)鍵詞：直升機(jī);駕駛艙;眩光

一、概述

隨著現(xiàn)代直升機(jī)座艙的高度復(fù)雜化和綜合化，駕駛艙內(nèi)部光學(xué)環(huán)境越來越復(fù)雜。特別是大量采用綜合顯示器來代替過去的常規(guī)儀表，艙內(nèi)照明燈具越來越多樣化和多功能化。復(fù)雜的光照環(huán)境與座艙內(nèi)飾部件在色彩與空間上相互耦合，形成了更加錯綜復(fù)雜的艙內(nèi)視覺環(huán)境，眩光問題表現(xiàn)得更為突出。在直升機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的現(xiàn)代社會，眩光對直升機(jī)駕駛員視覺特性的影響是影響直升機(jī)性能的一個重要因素，嚴(yán)重影響著直升機(jī)的競爭力和生存力。

二、駕駛艙眩光產(chǎn)生的機(jī)理分析

駕駛艙內(nèi)的綜合顯示器、導(dǎo)光板、照明燈、告警燈等產(chǎn)生的光源無方向性，部分發(fā)射到座艙玻璃上;光線在反射面（玻璃）上產(chǎn)生透射和反射（包括漫反射和鏡面反射）。光源、反射面（玻璃）及眼睛滿足一定的相對位置關(guān)系且無遮擋時，鏡面反射的眩光可達(dá)到人眼，表現(xiàn)為虛像;在夜間飛行時，駕駛艙外環(huán)境亮度低，光源在玻璃上呈現(xiàn)的虛像亮度高于環(huán)境背景的亮度，人眼此時可明顯的觀察到顯示器、導(dǎo)光板、照明燈、告警燈等在玻璃上形成的虛像。

駕駛艙內(nèi)產(chǎn)生眩光且被觀察到必須同時具備以下四個條件：一是存在光源，鏡像的產(chǎn)生必須有光源，駕駛艙內(nèi)的光源主要包括各種顯示器、告警燈、控制面板、獨(dú)立儀表等;二是存在鏡面反射，夜航時座艙側(cè)面和頂部玻璃是天然的反射面，光線作用在傳播介質(zhì)分界面（玻璃）上，一部分透過界面，一部分發(fā)生反射，反射包括漫反射和鏡面反射，但漫反射無法形成鏡像，發(fā)生鏡面反射會形成鏡像。三是反射光線到達(dá)觀察者眼睛，只有反射光線能夠到達(dá)觀察者眼睛才有可能被觀察到，即光源、反射面及眼睛需要滿足一定的相對位置關(guān)系，在光源和反射面確定的情況下，觀察者眼睛只有在一定的位置和角度才能觀察到鏡像;四是駕駛艙內(nèi)外亮度差比較大，只有駕駛艙內(nèi)的鏡像亮度較艙外背景亮度大時，才有可能被觀察到，夜航時艙外亮度低，艙內(nèi)發(fā)光物體在玻璃上形成的虛像亮度高于環(huán)境背景亮度。

三、駕駛艙眩光的理論解決途徑

一是對光源調(diào)整。沒有可見光源就沒有鏡像，但同時人也不能肉眼看到艙內(nèi)的發(fā)光畫面，或者通過調(diào)整光源的亮度，降低光源在反射面上的鏡像效應(yīng);或者不可見光源如紅外光，通過特殊的設(shè)備儀器將其轉(zhuǎn)化投射到飛行員眼睛。

二是減弱鏡面發(fā)射。鏡面反射的問題就是駕駛艙玻璃反射率的問題，不同的玻璃材質(zhì)的反射率是有較大差異的，特別是部分有特殊要求的玻璃里面涂有薄膜，因此駕駛艙玻璃對光線必然存在反射，目前分析來看只能減少而無法根本消除，即可以降低玻璃的反射率但無法使反射率消失。

三是反射光線無法到達(dá)飛行員眼睛。根據(jù)幾何光學(xué)可逆的原理，玻璃上的鏡像能到達(dá)飛行員的眼睛，說明飛行員眼睛與鏡像之間是暢通的，沒有任何的遮擋，因此有必要在飛行員眼睛到光源之間制造障礙，使駕駛艙發(fā)光器件光線限制在一定的區(qū)域內(nèi)，無法直接到達(dá)飛行員的眼睛。

四是減小駕駛艙內(nèi)外的亮度差。飛行員在夜航時能感受到眩光，一個重要的因素是駕駛艙內(nèi)的發(fā)光器件過于明亮，遠(yuǎn)超駕駛艙外界的亮度，飛行員在觀察的時候更加容易看到玻璃上呈現(xiàn)的虛像。

四、解決駕駛艙眩光途徑的工程可行性分析

一是調(diào)整光源，從目前的技術(shù)手段來看，直升機(jī)駕駛艙內(nèi)的發(fā)光器件發(fā)出的光線無法避開人眼可觀察的波段，否則只能借助特殊儀器再次轉(zhuǎn)換到飛行員眼睛。如果采用特殊儀器的話，從經(jīng)濟(jì)成本上是難以接受的，同時增加額外的機(jī)載設(shè)備會降低直升機(jī)的有效載荷，在為關(guān)鍵的是在直升機(jī)全壽命周期內(nèi)各種使用、維護(hù)成本太高，因此，目前階段來看對光源進(jìn)行調(diào)整是不可行的。

二是降低駕駛艙玻璃的鏡面發(fā)射，具體為降低玻璃的反射率。玻璃的一個重要光學(xué)性能指標(biāo)是玻璃的反射率，目前大部分玻璃的發(fā)射率在7%左右，如部分有特殊要求的駕駛艙玻璃可能在夾層之間鍍有隱身涂層等，這樣駕駛艙玻璃的發(fā)射率可達(dá)到20%。如何降低駕駛艙玻璃的反射率顯得比較關(guān)鍵，目前玻璃制造工藝方面已經(jīng)有了在玻璃夾層之間鍍制減反膜的技術(shù)，通過在玻璃夾層中鍍有氧化銦錫膜層，將玻璃的反射率降低至3%左右對駕駛艙眩光的解決是非常有效的。

三是在飛行員眼睛與發(fā)光器件之間制造障礙。通過研制光學(xué)定向膜，在顯示器等發(fā)光器件屏幕表面粘貼光學(xué)定向膜后，可將光源發(fā)出的光線限制在一定的角度范圍內(nèi)，使光線可直接到達(dá)飛行員眼睛而無法到達(dá)玻璃，在滿足飛行員觀察儀表的同時避免反射眩光的產(chǎn)生;或是改進(jìn)遮光罩外形/尺寸或發(fā)光器件的布置，將光線限制在一定的區(qū)域內(nèi)容，減少發(fā)光器件的光線通過玻璃的鏡面反射到達(dá)飛行員的眼睛。

四是降低駕駛艙內(nèi)外的亮度差。直升機(jī)夜航時，駕駛艙外通常是亮度較低，而駕駛艙內(nèi)的顯示器、燈盒、儀表等均會發(fā)光且呈現(xiàn)出多種色彩，因此有必要對各種發(fā)光器件進(jìn)行處理，一般可在光源表面增加磨砂，降低刺眼光線的產(chǎn)生，同時也能降低發(fā)光器件的發(fā)光亮度，降低直升機(jī)駕駛艙內(nèi)外亮度差，使飛行員對在玻璃上的成像不是很敏感。

五、結(jié)語

直升機(jī)駕駛艙眩光問題愈發(fā)成為飛行員關(guān)注的一個問題，由必要從機(jī)理分析上開展研究，并提出各種理論上的解決途徑，并需充分考慮工程實(shí)施的可行性，通過對玻璃的減反膜研制、發(fā)光器件表面增加磨砂、在發(fā)光器件表面增加格柵、調(diào)整駕駛艙內(nèi)設(shè)備的布置及遮光罩外形尺寸更改來緩解直升機(jī)駕駛艙眩光問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]李聞，鄧金萍，吳建華.飛機(jī)座艙風(fēng)擋反射眩光分析方法研究[J].科技資訊，2012（26）：1-3.

[2]張存，張煒.飛機(jī)座艙內(nèi)飾視覺仿真方法研究[J].航空計算技術(shù)，2009，39（1）：89-92，97.