2014-10-31 趙歡歡 航佳技術 平視顯示器（以下簡稱HUD），利用高度完整的計算機架構將地面導航信息以及飛行姿態信息投射到飛行員前面的透明顯示器上，以便于飛行員在不低頭的情況下讀取相關儀表信息，結合風擋外部實景的疊加，從而更加全面的掌握飛行動態，實現精細化飛行。HUD最初來源于軍工方面的運用，上世界八十年代，HUD開始裝備于民航干線飛機，隨后快速發展，甚至衍生到一些民用產品，如一些高檔汽車上也開始安裝類似的設備。目前生產平視顯示器的廠家有美國羅克韋爾·柯林斯和歐洲泰雷茲公司，分別為波音和空客飛機提供設備服務，本文就泰雷茲HUD產品的系統原理，結合中國民航HUD應用路線圖，對空客系列飛機的HUD系統進行介紹。 一. 平視顯示器的工作原理 HUD的工作原理概括起來講就是收集和處理飛機上一些重要參數，并將這些參數投影到風擋前面的顯示器中，幫助駕駛員增強情景意識和狀態管理，其功能的實現它依賴于以下組件： 1. Head-Up Display Computer （HUDC） HUDC是HUD系統的核心計算機，它安裝在電子艙，用于綜合處理從飛機其他系統所獲取的數據，以ARINC600數據格式發送相關數據到HPU組件，同時管理HUD系統的BITE功能。 2. Head-Up Projection Unit （HPU） HPU安裝在機長位頭頂版上，主要用于將從HUDC發送過來的數據生成圖像，投影在HCU上。 3. Head-Up Combiner Unit （HCU） HCU組件安裝于風擋前面，用于顯示從HPU投影過來的圖像，同時因為是透明玻璃材料制成，不會遮擋駕駛員觀察風擋外面的視線。HCU還包含一個機械結構，用于顯示組件的正常收放和緊急情況下的伸出鎖定。 4. Personnalization Memory Module （PMM） HUD上所有關鍵的飛行信息都與駕駛員外部視野保持精確地正形投影，因而需要對HPU進行機械安裝校準以及電子軸線校準，電子軸線校準通過PMM來實現，一個PMM對應一架飛機，不能隨意交換。 5. 控制面板 安裝在機長前面的遮光板上，用于HCU亮度的調節以及主要次要參數的篩選。 HUD系統本身不具備計算重要飛行參數的能力，HUD所顯示的數據可以說是PFD以及ND上顯示重要數據的綜合，但是信號來源并不是DMC計算機，而是全部直接來源于飛機其他系統，以下對關聯計算機做簡要說明： 1. FMGC。FMGC分為兩個部分，分別是FM和FG。FM輸出相應信息至HUDC，用于顯示FMA上部分信息，DH、MDA等重要飛行參數；而FG輸出的數據有飛機擦尾指示、飛行指引信息等。 2. FCU。FCU同樣輸出顯示部分FMA上的信息，如自動駕駛、自動油門、飛行指引的銜接狀態，選擇的航向（或航跡）。 3. FAC。FAC輸出數據用于顯示縱向加速度、速度帶上的特性速度、速度限制、速度趨勢有關信息。 4. ADIRU也分為兩個部分，ADR和IR。ADR輸出大氣數據相關信息顯示，包含有空速、高度的顯示；IR輸出飛機的俯仰、橫滾姿態信息、航向、升降速度以及超限的警告信息。 5. MMR. MMR是機載ILS和GPS的集成計算機，其中ILS部分輸出與儀表著落的相關信息至HCU，包含橫向和下劃線的偏離指示，顯示的位置與PFD上類似，ILS頻率和臺的代碼信息，顯示在顯示器的左下方。 6. TCAS. HUD系統可以顯示TCAS的相關信息，在TCAS/ RA告警中，HUD會顯示一組直觀、易于理解的符號，讓駕駛員柔和地進入確指定的安全指示框內并避免進入非安全區。 7. 其他系統。包括RA計算機輸出的無線電高度信息，GPWC輸出的金地警告信息，DME/VOR計算機輸出的方位距離信息（顯示在左下方），LGCIU輸出的空地信息等。
二.平視顯示器的優勢 鑒于HUD的上述特點，ICAO附件6認可了其對安全和效益的作用，據最新的調查數據分析，68%的飛機事故可以通過使用HUD來避免或降低損害程度。根據中國民航HUD應用線路圖的描述，從安全和運行兩個方面來說，HUD有以下主要優勢： 1、安全方面的優勢 保持平視起飛 HUD的安裝，讓駕駛員在不低頭的情況下完成飛機的啟動成為可能。試想一下，在飛機告訴滑跑的情況下，任何一個低頭查看儀表的動作都會造成外部視景的中斷，需要幾秒鐘才能恢復情境意識，若此時有外來物或其他飛機，駕駛員根本來不及采取措施避讓，給起飛安全帶來安全隱患。 實行低能見度起飛 低能見度起飛時HUD特有功能，它可以提供給駕駛員使用HUD指引來引導飛機的能力。在低能見度，駕駛員可以獲得最低可用的起飛最低標準。 應對突發情況 如發生風切變、飛機的飛正常姿態以及空中其他飛機的入侵，這些信息均能顯示在HUD上，而且相對于傳統儀表的顯示更加直觀和形象，有助于駕駛員從容應對。 2. 運行方面的優勢 HUD增加了飛機的運行能力，降低了最小起飛和著落天氣標準，結合ILS的運用，經過局方的特殊批準，航空公司可以在I類儀表著陸實施特殊批準的I類、II類、III類運行。目前國內大多數的機場只能實施傳統的I類運行，在遇到惡劣天氣的情況下，飛機不滿足運行最低天氣標準，從而造成大面積的航班延誤。而HUD的安裝將有效解決這個問題，未來待HUD運行成熟后，因天氣原因造成的航班延誤將會逐步下降。目前世界上的許多民航當局都批準了HUD專有的運行標準，中國民航批準的HUD低于標準I類運行的標準為：能見度從550米降低到450米，決斷高度從60米降低到45米。 三.平視顯示器在國內的發展 國內引進HUD技術較晚，中國民航將分三個階段來推進HUD的實施運行： 第一階段（2013-2015） 鼓勵航空器營運人在新訂購的航空器上安裝HUD設備，2013年之前完成HUD改裝規劃，在2015年之前，20%的航空器應具備HUD運行能力。機場方面，2015年底前，將完成全國30%的機場HUD運行前期評估，當評估符合運行條件時，在進近圖中公布特殊I類運行最低標準和起飛最低標準。 第二階段（2016-2018） 營運人應考慮在新購飛機上安裝雙套HUD設備，2018年底前，需要在50%的服役航空器上加裝HUD系統，建立HUD運行能力，完成相關培訓并向局方申請認證。屆時國內所有機場需要完成HUD運行評估，對設備、設施做相應升級，公布在I類儀表著陸系統上實施特殊I類、II類和起飛最低標準。在減少機場設施成本的同時，獲得相同的運行優勢，使機場具備更高的運行保障能力。 第三階段（2019-2021） 隨著HUD技術的普及應用，使用HUD運行應作為航空運營人所必備的運行能力之一。所有新建、改擴建機場合格I類運行跑道均應具備使用HUD實施特殊II類運行的能力，經過評估后可具備III類運行條件，可根據運行需要在進近圖中公布適用的最低標準。 就目前來說，山東航空的波音737系列飛機安裝COLLINS HUD產品，在2011年成為國內首家取得局方特殊批準I類運行的航空公司，2014年東航319型飛機裝備泰雷茲的HUD系統，是國內首家在空客飛機上安裝HUD的營運人，目前尚處于申請認證階段，待完成后將實施運行。 四.結束語 隨著航空運輸量不斷增長，公眾對民航運輸安全正點期望值的提高，現行的機場設施很難滿足航班運行的需求，加上天氣多變、空域限制等因素，給航班保障帶來巨大挑戰。HUD作為先進的機載設備和航行技術相結合降低了對機場地面設施的要求，降低了運行標準，減少在復雜環境下出現人為操作和判斷失誤的概率。當前，作為民航從業者我們應當加強認識，全力配合局方對于HUD運行實施的要求，同時要強化自我學習，盡快掌握機載HUD系統的原理、故障診斷和運行常識，盡自己最大的力量推進HUD新技術的應用，為建設民航強國書寫新的篇章。 作者簡介： 趙歡歡，目前供職于東航工程技術公司浦東維修基地，擔任空客電子技術支援工程師一職，主要負責空客320、330機型電子技術支援與培訓工作，曾牽頭排除多起電子系統疑難故障，對空客系列飛機的航電系統以及航電新技術應用較為熟悉。 航佳技術（AERO-EXPERT）,您身邊的飛機維修交流平臺，最專業的航空技術平臺，無數精彩原創的平臺，眾多專家參與的平臺！ 您的關注會鼓勵我們繼續前行，您的參與會令我們更加專業，謝謝閱讀到這里。 |
