適航審定對(duì)民用航空儀表設(shè)計(jì)的影響研究

尹 崇 王東林 高郭池 全敬澤 楊 華

（中國(guó)民用航空沈陽航空器適航審定中心，遼寧 沈陽 110043）

0 引言

民用航空器的航空儀表是駕駛艙的重要組成部分，也是完成飛行任務(wù)和保障機(jī)上人員安全的關(guān)鍵因素。航空儀表分為飛行儀表、導(dǎo)航儀表、發(fā)動(dòng)機(jī)儀表和系統(tǒng)狀態(tài)儀表四大類， 航空儀表通過直接顯示的方式，對(duì)航空器飛行中需要的主要飛行參數(shù)、關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)以及導(dǎo)航信息進(jìn)行了實(shí)時(shí)顯示。

隨著航空機(jī)載設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用，民用飛機(jī)的航空儀表已經(jīng)由傳統(tǒng)機(jī)電儀表向綜合航電儀表發(fā)展，并結(jié)合電子顯示技術(shù)， 融入視景顯示系統(tǒng)等多種形式。隨著全球民航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，單位飛行時(shí)間內(nèi)航空事故率下降。 另一方面，航空器設(shè)計(jì)、制造、和運(yùn)行水平的提升，進(jìn)一步提高了飛行安全。 但是航空事故率下降的同時(shí)，與飛行機(jī)組操作相關(guān)的安全事故占比卻居高不下。合理的航空儀表設(shè)計(jì)能夠?yàn)轱w行機(jī)組提供有效的航空器狀態(tài)，也是民用航空器適航審定工作的關(guān)注內(nèi)容之一。 為保障民用航空產(chǎn)品的安全運(yùn)行，針對(duì)民用航空產(chǎn)品的適航審定工作一直在開展。

民用航空產(chǎn)品的適航要求通過民航適航規(guī)定和指導(dǎo)程序等形式實(shí)行，并對(duì)不同類別的“飛機(jī)”和“旋翼航空器”進(jìn)行了分類。 具體包括了“飛行機(jī)組界面” “儀表標(biāo)記”“飛行、導(dǎo)航和動(dòng)力裝置儀表”等內(nèi)容。同時(shí)，在涉及人機(jī)因素的“最小飛行機(jī)組”方面也有要求。

1 儀表的特點(diǎn)及適航影響

1.1 機(jī)械儀表

機(jī)械式儀表通過機(jī)械化陀螺、內(nèi)置或外置的傳感器，將飛機(jī)的姿態(tài)、空速、高度等數(shù)據(jù)傳遞給飛行員[1]。由于機(jī)械儀表具有起步早、技術(shù)發(fā)展成熟以及成本低等特點(diǎn)在民用飛機(jī)的通航市場(chǎng)占有很大的份額，特別是低成本運(yùn)行的小飛機(jī)、 小直升機(jī)上應(yīng)用較為廣泛。另一方面， 獨(dú)立的機(jī)械儀表對(duì)空間有著必然的要求。隨著航空器飛行任務(wù)的復(fù)雜化，信息顯示的需求進(jìn)一步提升，傳統(tǒng)儀表在空間和信息顯示方面的特點(diǎn)使其不適合在運(yùn)輸類大飛機(jī)或者執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的直升機(jī)上使用。

1.2 綜合航電儀表

隨著航空電子綜合化的發(fā)展和傳統(tǒng)機(jī)械儀表在多任務(wù)執(zhí)行方面的劣勢(shì)，現(xiàn)代民用航空器的航空儀表已經(jīng)向集成化和數(shù)字化發(fā)展[5]。 通過大屏幕液晶顯示器為載體，將主要狀態(tài)、導(dǎo)航信息等內(nèi)容集中顯示。形成了僅靠主功能顯示器（PFD）和多功能顯示器（MFD）即可代替原有航空儀表的現(xiàn)象。這種顯示儀表由于能對(duì)顯示選項(xiàng)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，使得顯示內(nèi)容隨著時(shí)間進(jìn)行更新。這種多功能集成化顯示為對(duì)功能性要求較多的運(yùn)輸類航空器上得到了更多的應(yīng)用。隨著綜合航電儀表的小型化和低成本化發(fā)展，部分具備多任務(wù)功能的小飛機(jī)和直升機(jī)也越來越多地使用綜合航電儀表。

2 適航要求

民航適航規(guī)章中對(duì)于正常類和運(yùn)輸類固定翼和旋翼航空器分別發(fā)布了“適航審定規(guī)定”。 對(duì)航空儀表相關(guān)的布局、必需儀表、和顯示方式等內(nèi)容進(jìn)行了要求[2]。

2.1 儀表系統(tǒng)布局

適航規(guī)章中對(duì)飛行員區(qū)域內(nèi)儀表系統(tǒng)的布局有總體性要求，對(duì)起飛、爬升等不同階段的任務(wù)完成，需要航空儀表及時(shí)有效地顯示飛行員需要的信息。要去內(nèi)容可以分解為儀表系統(tǒng)整體位置布局和具體儀表布置順序。

具體內(nèi)容還包含了“在起飛、初始爬升、最終進(jìn)近和著陸期間由任一要求的駕駛員使用的每一飛行、導(dǎo)航和動(dòng)力裝置儀表必須設(shè)置成使任一坐在其操縱位置的駕駛員只用最小的頭部和眼睛的動(dòng)作便可監(jiān)視飛機(jī)的飛行航跡和儀表。 ” 對(duì)航空儀表的布局進(jìn)行了限定。

2.1.1 機(jī)械儀表布局

合理有效的儀表布局通常來源于廣大飛行使用經(jīng)驗(yàn)。民航飛機(jī)座艙六大機(jī)械儀表通常有一定的排列順序。通常為兩橫排、每排三個(gè)儀表。第一排從左至右分別為空速表、姿態(tài)表、高度表，第二排分別為轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀、航向儀和升降速度表。 其中最為重要的四個(gè)儀表分別為空速表、姿態(tài)表、高度表和航向儀，而且通常采用字母“T”形排列，因此常被成為Basic T。

適航規(guī)章中對(duì)航空儀表的布局有著較為明確的要求：“最有效地指示姿態(tài)的儀表必須裝在儀表板上部中心位置；最有效地指示空速的儀表必須直接裝在儀表板上部中心位置處儀表的左邊；最有效地指示航向的儀表必須直接裝在儀表板上部中心位置處儀表的下邊[2]。 ”目前， T 形布局已經(jīng)是一種常見的符合適航規(guī)章要求的儀表布局。在基于使用經(jīng)驗(yàn)和適航可接受布局的雙重影響下，民用航空器中機(jī)械儀表的布局設(shè)計(jì)基本上都采用了此種布局，塞斯納172 飛機(jī)基本型即采用此類布局。

2.1.2 綜合航電儀表布局

綜合航電儀表的參數(shù)布局在機(jī)械儀表布局的使用經(jīng)驗(yàn)上，根據(jù)自身集成化和實(shí)時(shí)可變等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一定的改進(jìn)。 在具體飛行參數(shù)的顯示上，將“六大機(jī)械儀表”中的數(shù)據(jù)集成到一個(gè)主功能顯示器上，并且將部分導(dǎo)航信息也融入進(jìn)來。 其他諸如動(dòng)力裝置、液壓系統(tǒng)等信息，則顯示在多功能顯示器中。

2.2 動(dòng)力燃油儀表布局案例

基于目前航空器需要顯示參數(shù)的逐漸增加，主功能顯示器的空間不足問題逐步凸顯，動(dòng)力燃油相關(guān)的儀表則更多地顯示在多功能顯示器上。某直升機(jī)公司在綜合儀表設(shè)計(jì)之處將動(dòng)力燃油參數(shù)顯示與其他系統(tǒng)頁面重疊顯示在多功能顯示器中，駕駛員需要手動(dòng)選擇才能對(duì)主要的動(dòng)力燃油參數(shù)進(jìn)行顯示。

從適航審定的角度，發(fā)動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)是飛機(jī)狀態(tài)的重要參數(shù)，需要駕駛員實(shí)時(shí)關(guān)注。同時(shí)，駕駛員對(duì)多功能顯示器關(guān)注度低于主功能顯示器，因此原設(shè)計(jì)是不符合適航要求的。廠商在后續(xù)設(shè)計(jì)更改中將發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置為定區(qū)域長(zhǎng)時(shí)顯示后才符合了對(duì)應(yīng)的適航要求。

其他廠商針對(duì)以上問題提出了新的解決方案，及在主功能監(jiān)視器內(nèi)加裝“第一限制指示”（FLI）。 將常見的“扭矩限制”“自由渦輪間溫度”以及“壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速”三個(gè)最主要的限制因素在主功能顯示器中融合成“柱狀顯示”。 特點(diǎn)是不限定此柱狀顯示的具體內(nèi)容，而以三個(gè)限制因素中的最先到達(dá)者為顯示對(duì)象。駕駛員無須判斷限制因素來源，只需重點(diǎn)關(guān)注單一顯示參數(shù)。 同時(shí)，燃油狀態(tài)等信息也在主顯示器上進(jìn)行了固定位置顯示，可以實(shí)時(shí)關(guān)注燃油狀態(tài)。 這種儀表設(shè)計(jì)方案滿足是適航審定的要求。

2.3 必需的儀表裝置

適航規(guī)定中對(duì)飛行和導(dǎo)航儀表中必須包含的內(nèi)容也進(jìn)行了要求。要求符合適航規(guī)定的民用航空器必須提供空速測(cè)定裝置、高度測(cè)定裝置、航空器航向或飛行方向測(cè)定裝置，也需要提供大氣溫度等其他必須的裝置。 動(dòng)力裝置儀表同樣要求必須提供燃油油量表、滑油壓力表以及滑油溫度表等相關(guān)儀表。 以上涉及的儀表均需在主顯示器以及多功能顯示器中進(jìn)行顯示。

3 結(jié)語

闡述了適航審定對(duì)民用航空器儀表設(shè)計(jì)的影響與應(yīng)用。以航空器傳統(tǒng)機(jī)械儀表和綜合航電儀表的設(shè)計(jì)入手，剖析了航空儀表的布局、動(dòng)力燃油儀表和必需儀表三方面如何滿足適航審定要求。對(duì)航空儀表的整體設(shè)計(jì)特點(diǎn)和適航要求符合性進(jìn)行了解讀。通過對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械儀表的適航符合性分析，引入適航要求的來源與目的；通過國(guó)內(nèi)外動(dòng)力燃油儀表表明適航符合性的案例，分析了新技術(shù)在表明適航規(guī)定符合性時(shí)的獨(dú)特方法，為國(guó)產(chǎn)民機(jī)座艙顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新技術(shù)引入和型號(hào)取證提供了參考和指引。