【飞机系统】飞机驾驶舱新技术

电子飞行包（EFB）中国民航大学空管学院民用飞机飞行员一般在飞行过程中要在驾驶舱内使用大量的纸质文件，包括飞行操作手册、航图和各种日志文件等等，在执行某些飞行任务时，这些纸质文件甚至可达到近30千克。这些厚重的纸质文件不仅在狭窄的驾驶舱内占用了大量的空间，不利于飞行员便捷地查阅，而且也不利于航空公司对飞行文件内容的更新和管理，更增加了额外的负重燃油成本。如果能够将这些文档的存储方式电子化，提供良好的人机界面，供驾驶员在电子设备上浏览查阅，将对提升驾驶员的阅读效率有着显著的效果，更方便航空公司对文档版本的更新和内容的控制管理，并在一定程度上降低驾驶舱内的重量燃油成本，这种设计的运营理念，被称为“无纸化驾驶舱”（LPC，LessPaperCockpit）理念。电子飞行包（EFB）基于该理念，一种能够存储和浏览飞行所需的各类文件的电子文件的驾驶舱显示控制产品——电子飞行包（EFB），逐渐开始进入航空公司和飞行员的视野，并为广泛接受。EFB是一种驾驶员飞行辅助工具，简单便携式的EFB既可以和个人数字助理（PDA）兼容，用于各种飞行阶段准备时的计算和检查，也预存各种空中需要的图文数据资料；复杂些的可以固定安装，等效于机上计算机+电子资料库，与机上信息资源共享，成为无纸驾驶舱的有效工具。一、电子飞行包的产生按电子飞行包硬件等级分类:分为1级、2级和3级三个等级（1）1级硬件电子飞行包不固定在飞机上。从系统运行使用角度来看，1级硬件EFB是用于航空器运行的商用成品计算机，属于不依附于航空器固定装置的便携式电子设备。可以在飞行的非关键阶段使用，当确保安放妥当时也可在飞行的关键阶段。二、电子飞行包的分类（2）2级硬件电子飞行包EFB通过安装设备固定在航空器上，从系统运行使用角度来看2级硬件EFB是用于航空器运行，在正常运行中与航空器固定装置相连接的具备计算机功能的便携式电子设备。2级硬件EFB组成设备/模块位于驾驶舱内，机组容易取用，无需使用工具就可实现安装、拆卸或使用，但是要制定相关的管理控制程序。二、电子飞行包的分类（3）3级硬件电子飞行包从系统运行使用角度来看，3级硬件EFB是安装式设备，固定在驾驶舱内，是机载系统的一部分，除了可被用户修改的A类和B类应用程序的软件外，需要获得航空器适航审定部门批准。3级EFB的硬件和C类应用程序软件，应按照适航审定部门的相应规定通过合格审定。二、电子飞行包的分类二、电子飞行包的分类按电子飞行包应用软件分类:分为A类、B类和C类（1）A类应用软件电子飞行包A类应用软件，显示静态信息。A类软件应用包括目前以纸质材料提供的预先确定的数据，如运行手册、操作手册、操作程序、规范性文件、记录，规章、性能数据、MEL、AIP、CDL等资料，主要应用于地面运行或飞行员工作负荷降低的非飞行关键阶段。A类应用软件可在任何硬件等级的EFB上装载运行，功能的适用性必须要通过局方监察员的评估，但其设计无需适航审定部门的批准。二、电子飞行包的分类（2）B类应用软件电子飞行包B类应用软件，仅读取机载设备数据。B类应用软件包括可操作数据和显示的动态交互应用程序，如性能/载重平衡计算，检查单，日志记录，图表显示，视频信息，ACARS信息等。可在所有飞行阶段使用。B类应用软件可在任何硬件等级的EFB上装载运行，其功能的适用性必须由局方监察员进行评估，可能需要AEG(航空器评审组工作手册)的评估，而无需适航审定部门的设计批准。二、电子飞行包的分类（3）C类应用软件电子飞行包C类EFB应用软件，集成于机载设备内的应用程序，C类应用程序主要是飞机动态显示，态势显示，包括载重平衡和性能应用程序、移动地图软件、一些非电子飞行包范围的航空电子应用软件等。载重平衡和性能应用程序是局方批准的特定飞机的应用程序，可用于2级、3级EFB硬件设备上装载运行，可在所有飞行阶段使用。二、电子飞行包的分类A320系列、B737/B767上已安装二类EFB；A330/A340、B787上已安装三类EFB。三类EFB显示的主要内容包括:导航图、气象图、飞行手册和日志、乘客清单、电子维护手册、飞机位置滑行道地图、定制的检查项目表、运动地图、航道图、地形图、虚拟仪表盘和视频信息等。二、电子飞行包的分类三、EFB的系统结构EFB的系统结构分为由机载系统和地面系统两部分组成。三、EFB的系统结构1、地面系统由内容分发管理系统和资料管理系统两部分组成。（1）内容分发管理系统(CDMS，ContentDeliveryManagementSystem)CDMS是地面与飞机间双向数据传输与交换的接口，实现飞机间的双向数据通信(数据上传与下载)。航空公司可以通过CDMS完成EFB数据的管理与维护，EFB上所有EFB应用所需的文件与资料均由CDMS提供，地面系统可以通过接收CDMS下传的数据了解EFB获取的飞机实时状况。三、EFB的系统结构三、EFB的系统结构（2）资料管理系统资料管理系统与服务提供商资料管理系统实施连接，直接处理需要向飞机转发的各类资料信息，比如航图资料、各类航行通告等。该系统需要对各类资料的版本、有效期、可加载的机队情况、资料间的依赖关系等进行管理，并将这些信息提交至服务提供商资料管理系统。三、EFB的系统结构2、机载系统电子飞行包机载系统，由机载应用程序管理器、机载航图查看程序和机载文档阅读程序三部分组成。（1）程序管理器一般使用触屏智能电子设备，管理电子飞行包（EFB）上的所有应用程序，为飞行机组提供快速和高效的多任务处理功能，支持应用程序间的快速切换。飞行员取得程序的管理权限，为飞行机组提供飞行所需的程序应用服务。根据需要，驾驶舱和客舱的应用程序隔离开来，以供飞行机组能够快速、便捷地使用电子飞行包系统应用程序。三、EFB的系统结构三、EFB的系统结构（2）文档阅读程序用来查阅电子飞行包内装载的、飞行所必需的文档数据，根据需求可以支持中文、英文等多种语言文档的查阅、检索与浏览。电子飞行包系统可以根据飞行员的要求显示不同的内容，实现友好和直观的用户界面，可根据用户要求定制支持中文和英文（或其他语言）菜单。比如在有中国飞行员、外籍飞行员的飞行机组中，其使用的航行资料可以分别使用相应的语言支持。此外，相应的航行资料也有可能不同，如外籍飞行员使用中华人民共和国航行资料汇编（AIP），而中国飞行员使用国内航行资料汇编（NAIP）。三、EFB的系统结构三、EFB的系统结构（2）航图查看程序为方便航图查阅，电子飞行包航图查看程序按照起飞、降落、备降机场和航路进行航图文件的分类管理与查阅。在程序中可以实现选择单个机场航图的显示或隐藏、航图的缩放和旋转操作、全屏查看、航图间的快速切换等阅读功能。三、EFB的系统结构四、EFB的应用1、性能计算电子飞行包的性能计算需要按照预先加载的数据和飞行员输人的数据进行快速、便捷的电子化计算，提高了飞行效率。在起飞时，读取起飞机场的预加载数据，输入飞机起飞重量、构型数据、环境因素数据和道面情况等数据确定最佳起飞速度、最佳迎角和灵活温度推力，以及载重平衡等。根据障碍物数据计算最佳爬升方案，实现经济性和安全性的最优决策。在航路巡航时，根据航路气象条件和飞机实时性能数据，计算出最佳巡航速度、飞行高度和相应的后续飞行计划。确定复杂天气下的改航、绕飞等情况的可行性方案。在进近着陆时，充分考虑进近的要求和气象限制，计算最优进近的速度和高度，尤其要考虑安全性能。四、EFB的应用2、文件电子化文件电子化功能使机组人员能够快速查寻和阅读驾驶舱中现有的电子文件，取代了繁杂的纸质文件，便于随时调用查阅，优化驾驶舱文件管理,节省驾驶舱空间，更节省了大量的资料印刷成本和携带大量纸质资料所消耗的燃油成本。在资料维护管理方面，通过计算机技术的自动化更新，减小了相关工作人员的工作负荷，提高了服务保障水平。电子文件功能提供各种文件、手册、图表和资料的阅读、编辑等基本功能。四、EFB的应用3、航图电子化电子航图，包括终端区图、进近图、地面滑行数据及航路导航数据库，供随时调用查阅或地面活动显示。电子飞行包的电子航图功能的突出优势就是方便快捷。在航路飞行和进近着陆时，尤其是在遇到突发状况时，电子航图功能的优势得到了更好的体现。电子航图相对纸质航图的另一个优势就是航图信息的完整性和航图更新管理更方便。使用纸质航图不可避免地会出现航图重复使用的磨损从而导致信息读取不全的问题，而使用电子航图则完全可以避免这个问题。四、EFB的应用4、滑行位置识别滑行位置识别(TPA，TaxiPositionalAwareness)功能提供了一套准确度极高的机场图，它用动态图形描绘跑道、滑行道、其它机场地貌和提供周围活动信息，TPA图是一动态的机场图—机场移动图和滑跑环境预警图，而且该功能支持滑行操作。四、EFB的应用5、视频监视航空公司可以根据实际情况，在飞机上安装视频监视功能。EFB系统通过摄像机接口单元接收数字视频信号，飞行机组可以自主选择摄像机上的输出端，将视频信息显示在电子飞行包屏幕上。在飞机制造商根据航空公司的需求确定好摄像机的数量和位置以后，将综合所有系统实现视频监视功能。电子视频监视，包括对机外情况监视和客舱监视。四、EFB的应用6、飞行日志和故障报告通常，飞行员需要按照公司规定如实地填写飞机的实际运行状况在飞机的飞行日志里，发现故障需要及时地报告机务维修部门，以方便机务维修部门做好飞机的正常维护工作。电子飞行包系统的飞行日志和故障报告功能包括飞行日志摘要、新飞行日志、新故障报告、故障清单和查询项目等功能。四、EFB的应用7、情报传输、气象和通信随着地空数据链的开通及卫星数据链带宽技术的不断发展，运行成本的降低，还可以实现如下一些功能：传送实时气象数据和实况图像（包括航空气象网络提供的卫星获取的气象图）、传输实时航行情报至飞机、下传实时飞机故障和状态监控数据到航空公司以及实现数据链通信。平视显示器

（HeadsUpDisplay,HUD）B737-NG飞机安装的HUD设备平视显示器（HeadUpDisplay），以下简称HUD，是目前普遍运用在航空器上的飞行辅助仪器。平视的意思是指飞行员不需要低头就能够看到他需要的重要资讯。平视显示器最早出现在军用飞机上，降低飞行员需要低头查看仪表的频率，避免注意力中断以及丧失对状态意识(SituationAwareness）的掌握。1975年由法国Dassault飞机公司首先使用在Mercure飞机上面。1970年代晚期美国麦克唐纳·道格拉斯飞机公司在生产的MD-80系列飞机上开始采用HUD。因为HUD的方便性以及能够提高飞行安全，自上世纪80年代初，HUD开始应用于民用干线飞机，并日趋成为驾驶舱的重要组成部分。1、简介HUD在各飞行阶段为驾驶员提供增强的情景意识和状态管理能力，减少了驾驶员在飞行中频繁俯视看仪表的动作，使其可以始终保持平视飞行。1、简介2、应用优势在各个飞行阶段，HUD/HGS可以用作全天候的飞行显示器，其优势是增强情景意识和提高飞行品质。根据最新研究结论，在所有民航起飞和着陆事故中，68%的事故可以通过使用HGS避免或降低事故危害程度。主要有以下特点：增强飞行情景意识；减少飞行技术误差；有助于实施稳定进近；减少重着陆和擦机尾事件的发生；为空中交通防撞系统、风切变及非正常姿态等状况提供识别和改出指引；改善全天候运行和航班正常性；提高对能源状况的感知能力，改善能源管理；提供着陆减速信息，减少制动组件磨损；精确预测接地点，提供擦机尾警告、非正常姿态改出信息，改善飞行品质。2、应用优势HUD的基本架构包含两个部分：资料处理与影像显示。（1）资料处理单元。资料处理单元是将飞机上各系统的资料整合处理之后，根据选择的模式转换成预先设定的符号，图形或者是以文字或者是数字的型态输出。有些产品将讯号处理与影像输出分成两个装置，不过大致上都是类似的工作方式。（2）影像显示装置。影像显示装置就是安装在座舱前方，位于飞行员与座舱罩之间的空间上。影像显示装置接收来自资料处理装置的资讯，投射在玻璃上面。显示装置并且附有控制面板，能够调解或者是改变输出的影像。3、组成HUD/HGS通常由下列主要的航线可更换组件（LRU）组成：合成显示器、头顶部件、计算机、系统信号牌、控制面板。3、组成HUD=平视显示器

将重要的飞行信息投影在外部世界上:不一定是正形显示显示基本的飞行信息如果有飞行指引信息的显示，该信息是由其它设备计算的3、组成3、组成平视显示器（HUD)与自动着陆系统，机载电子系统增加了飞机运行能力，可降低着陆和起飞最低天气标准。平视显示器（HUD)与可靠的ILS和低能见度运行程序相结合，经局方特殊批准允许航空营运人在I类仪表着陆地面设施上实施特殊批准的I类、II类、III类运行。4、与其他系统的结合5、技术优势（1）保持平视起飞HGS给驾驶员提供这样的能力，即在不需要低头观察传统仪表的情况下完成起飞动作。这样的安全水平是传统仪表所不能达到的。在高速滑跑时，即便是以最快的速度扫视一次下部传统仪表也会导致与外部世界的视景中断，而驾驶员必须花费几秒钟才能恢复该情景意识。在低能见度运行中尤其是这样。

（2）实行低能见度起飞（LVTO）LVTO是HGS的一个特有功能，它可以提供给驾驶员使用HGS指引来引导起飞的能力。当实施低能见度运行时，驾驶员可以获得最低可用的起飞最低标准。驾驶员通过把地面滑跑符号放在航向道引导提示符上来跟踪航向道引导。6、技术优势（3）精确的目视进近下滑角指示下滑道参考线在所有进近模式中都可被驾驶员使用，选择范围是0.00到－9.99度，并且有能力建立一条目视下降轨迹到任何跑道上，该参考线在没有装备下滑角度指示器的机场特别有用。在夜间进近到没有VASI（目视进近下滑道指示器）或PAPI（精密进近下滑指示器）或类似设备的跑道，即“黑洞进近”，是特别困难的，并造成了很多CFIT（可控飞行撞地）事故。有下滑道参考线的HGS减少了在这些进近中的不安全事件。6、技术优势6、技术优势（4）显示起飞跑道剩余长度

对于起飞，HGS（水平指引系统）会显示跑道剩余长度。

6、技术优势（5）ⅢA模式进近在AⅢ模式进近中，HGS根据飞机的几何形状，以及ICAO附件10关于在II类和III类ILS设施上跑道入口穿越高度的限制（50－60英尺AGL），探测主起落架是否穿越跑道入口。由HGS的ⅢA模式提供的引导和监控，确保在跑道入口处飞机的下滑道偏差在2点以内。

6、技术优势（6）防止擦机尾

擦尾俯仰极限“0-0”符号开始显示并与飞机参考符号相比较，表示飞机正处于或接近擦尾的俯仰极限。如果该擦尾符号与飞机参考符号相接触，就会发生擦尾现象。6、技术优势擦机尾告警6、技术优势（7）直观的能量管理飞机沿着飞行轨迹的惯性加速（或减速）是由飞行轨迹加速度符号“>”来表示的。该符号表示所有影响飞机力的总和，包括推力、阻力、以及飞机正在穿过的气流，该符号由惯性参考系统无延迟地提供并被显示。在飞行中，飞行加速度符号被放在飞行轨迹符号的左边。当飞行轨迹加速度符号高于飞行轨迹符号的机翼时，飞机在加速；当低于飞行轨迹机翼时，飞机在减速。要保持稳定状态（既不加速也不减速），飞行轨迹加速度符号必须放在指向飞行轨迹机翼的位置，它可以被用来很有效地控制速度或飞行轨迹角度。6、技术优势6、技术优势（8）有效应对风切变该符号提供一个飞机可能或已经进入风切变的指示。风切变警告信息显示在飞机参考符号的正上方并且由“WINDSHEAR”这些字母组成。风切变警告信息的显示是GPWS（近地警告系统）探测到风切变后的显示之一。6、技术优势风切变告警6、技术优势（9）快速识别非正常姿态并改出HGS的非正常姿态（UA）显示是用来帮助驾驶员识别并改出。UA图符集是以类似于姿态指引仪（ADI）的方式显示姿态信息。根据飞机的姿态，该非正常姿态图符集被自动启动或停止。6、技术优势非正常姿态显示6、技术优势（10）柔和响应空中交通防撞系统决策咨询（TCAS/RA）

在TCAS/RA告警中，HGS会显示一组直观、易于理解的符号，让驾驶员柔和地进入明确指定的安全指示框内并避免进入非安全区，而无需低头观察传统仪表。——“飞向”框提供对决断爬升/下降速度的导引——允许飞行员同时观察空中交通情况6、技术优势TCAS决策咨询6、技术优势7、应用提高飞机的运行能力提高飞行员的飞行情景意识提高人工飞行控制能力为将来使用新技术提供平台基于性能的导航导航性能刻度尺(NPS)集成的进近导航(IAN)增强视景红外线合成视景在低能见度和复杂机场保证航班正常和飞行安全降低工作强度增强安全水平将来的规定在飞行的各阶段使用HUD的效益使用HUD飞行，能使飞行员清楚自己的飞行状态起飞或着陆精确度更高人工Cat-III-a进近在I型设备上实施Cat-II进近TCAS纠正指引剩余跑道长度指示风切变改出指引非正常形态显示迎角显示在所有飞行阶段对飞机的精确控制失速改出发动机失效非精密进近中断进近终止着陆7、中国HUD应用路线基本的机体功能增强550米跑道视程60米决断高在HGS上加入新特性-RNP（所需导航性能）-GLS（全球卫星导航着陆系统）-EVS（增强视景系统）标准的I类运行

—无HGS标准的I类运行

—使用HGS在I型设施上的II类运行的全面试验罗克韦尔柯林斯1st降低的I类标准在I型设施上的II类运行—试用550米跑道视程60米决断高350米跑道视程30米决断高今天罗克韦尔柯林斯1stCAAC批准AC91-3发布山东航空公司在济南和青岛机场使用HGS实施II类运行山东航空公司II类运行FAA修订版8400.13包含有关灯光的修订内容以及使用HGS的运营人使用低于Ｉ类标准的内容罗克韦尔柯林斯计划在中国民航总局主办一个有关HGS的研讨会，旨在促进AC91-3的修订，以更好地满足航空公司的需求特殊批准使用HGS450米跑道视程30米决断高合成视景系统

（SyntheticVisionSystem，SVS）1、SVS的工作原理SVS是一种符合人的信息采集、习惯、形象化思考、用图像来与飞行机组互动的栩栩如生的格式和功能，主要特征为三维色彩地形图像背景，叠加传统的PFD仪表式读数，由此形成大面积逼真的地形背景，再组合地形感知和告警系统（TerrainAwarenessandWarnningSystem，TAWS）地形数据，可以精确地描绘当前地形、障碍物和跑道等信息。SVS主要应用于飞机在下降时的进近和着陆阶段。1、SVS的工作原理SVS将传统电子飞行仪表系统（EFIS）的上蓝下棕背景取而代之，在主飞行显示器（PFD）上显示由数据库合成的三维飞机前方飞行环境，同时在导航显示器（ND）上显示带阴影地形图的飞机下方地形正投影。1、SVS的工作原理这种合成的地形显示不受气象状况的影响，有助于飞行机组判断飞机相对地形的位置。在低能见度条件下，这一优点更为突出。PFD上显示的地形与外部实际环境是一致的，因此，飞行员在集成了合成视景之后的PFD上看到的地形与理想可见度下看到的外部真实地形是一致的。大量的飞行模拟器试验和飞行试验已经证明了，合成视景驾驶舱显示系统能够使飞行机组直观地获取地形信息。2、SVS的特点当出现与既定飞行计划的非计划性偏差时，例如在山区进行应急降落，合成视景系统能带来很多好处。此外，在地面时，视景合成的机场显示也能提供更好的情景意识，从而减少滑行偏差和跑道入侵事故的发生。在PFD上显示二维指引信息是绝对必要的，三维地形显示仅是提供了额外的情景意识。因此，地形显示的颜色必须尽可能是中性的，以将对二维显示信息的干扰减至最小。为了增强飞行员对机场的方向感，显示了新型的二维跑道，包括当前跑道的名称以及可能向左或向右的转弯显示。如果某条跑道可用，不仅显示跑道，还会用闪烁的箭头指引飞行员转弯。2、SVS的特点2、SVS的特点SVS是以计算机生成的三维地形和障碍物数据库为基础形成的虚拟视景，它多数呈现在下显上，并与GPS精密导航系统相连，为飞行员提供了飞机外环境的描述，并以“空中高速路”的管道方式引导飞行的航路。系统不仅可与地形感知和告警系统（TerrainAwarenessandWarnningSystem，TAWS）、空中交通警戒与避撞系统（TCAS）接口，还能与提供告警和提示，甚至与近似于实时的气象信息数据相结合。该系统还能提供低能见度下的滑行和起飞引导。2、SVS的特点SVS主要实现以下功能:（1）通过精确的飞机航向位置高度和姿态信息，以机载地形数据库(包括地形跑道和障碍物数据)为基础，使用合成视景模块和图形生成模块一同形成描述飞机前方的实时地形图像，在显示器上显示出来。SVS可为飞行员提供任何时间地方(取决于地形数据库，主要是在机场和复杂地形)和气象条件下的真实图像，且在地形图像失效时，会自动恢复到传统的上蓝下棕显示背景，不影响除地形图像外的其它信息的显示。3、SVS的功能（2）SVS在PFD或HUD上，帮助飞行员显示保持飞机在预定的飞机航线上的可视空中隧道（HITS）。HITS就是在显示器上显示一系列三维的飞行引导范围:在计划航线上每隔一定距离就会显示一个范围框类似隧道，因此形象的称为“空中隧道”。只要飞行员驾机不超出这个范围，就能使飞机在预定的航向和高度上飞行。（3）SVS在PFD或HUD上，显示飞机航迹预测（5秒或其它时间后的飞机航迹），以帮助飞行员轻松将飞机控制在空中隧道内，更便捷地实现保持飞机在预定的飞机航迹上。3、SVS的功能（4）SVS提供与监视系统接口功能以及监控系统信息显示的功能，包括:TAWS、TCAS和WXR等。在地形上实时显示TAWS、TCAS等信息，在必要时可显示WXR等信息，并为飞行员提供适当的三维告警信息。（5）SVS修正EVS增强的前向红外的图像。主要实现通过地形数据库的比对，确认和修正红外地形图像。通过SVS的地形数据库，将红外地形图像更清晰更易辨认地显示出来。例如，分别清晰显示天地，使得在地平线以上的天空显示更干净。3、SVS的功能增强视景系统

（EnhancedVisionSystems，EVS）人眼可视的电磁光谱范围很窄，如果能够有效利用红外和毫米波段，则可大大增强人眼的可视能力。通常，长波对云雾的穿透能力较短波要强。目前增强视景系统（EVS）中所采用的红外技术主要有两种，一种为微辐射热测量器(对由辐射引起的温度变化敏感的器件)，工作波长为8~14μm；另一种为锑化铟传感器，工作波长为1~5μm，目前这种技术较为成熟，而且对云雾的穿透能力也更强。与红外传感技术相比，在浓雾天气中，毫米波成像雷达的穿透能力通常更强，但分辨率较低一些。1、EVS的工作原理增强视景系统（EVS）的基本工作原理如图所示。1、EVS的工作原理EVS图像可单独使用，也可与HUD融合使用，通过平视镜向飞行员提供跑道特征（如：跑道灯光）以及周围地形和障碍物特征的图像。提供增强的视觉图像的目的，是为了提高驾驶员夜间和低能见度条件下情景意识。然而，随着增强型飞行视景系统