飞行安全倍增器:平视显示器

来源 :公务与通用航空 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xliang677
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  在飞行当中,人们都希望能随时看到飞机的飞行状态而不必经常低头去看仪表,因为在扫视不同仪表的过程中,很容易为顾及各种信息而遗漏某些重要环节,而且在比较紧张的飞行条件下,飞行员往往无瑕低头看一眼。平视显示器(Head—Up Display,HUD)的采用解决了这一问题,因为飞行员不必再低头看仪表就可以在观察舱外环境的同时掌握飞行所必需的信息。
  在军用飞机上,随着传感器技术日趋复杂,提供给飞行员的信息呈爆炸性增加。尽管飞机上的仪表越来越完善,飞行员可以借助仪表而不看外界就能驾驶飞机,但是在任何情况下,飞行员都尽可能地要目视观察目标和地形,因为这样可以迅速、直观地了解战区概况和敌我态势。不过,飞行员目测很难获得精确信息,要想准确掌握某些数据要低头观看座舱内的仪表显示,因此其视线不断从目视外界转移到观察座舱仪表,然后再转向目视机外。
  由于人体生理机能的限制,从观察座舱仪表到观察外界,眼球聚焦需要调整,以适应视距和亮度的变化,在约0.8秒的瞬间看不清目标;反之亦然。这在普通飞行时并无大碍,但在空情比较紧张,或地型、天气条件比较复杂时,就有可能危及飞行安全。
  为了解决这个问题,平视显示器(Head—Up Display,HUD)应运而生。HUD的大概原理是由计算机接收来自各种传感器和飞机系统的信息,经过处理后,将信息转变成相应的字符、图像,投影在飞行员前方的一块半透光的玻璃屏上,并与机外背景叠加在一起,飞行员可以看清玻璃屏上信息的同时观察外部的景物。这种新型的光电装置一下就改变了人们的飞行习惯,它大大增加了信息容量和显示灵活性。
  目前很多民用飞机也开始安装HUD,以此为飞行员提供必要的飞行信息显示。与在军用飞机上相同,民用飞机上的HUD也能使飞行员在不低头看仪表的情况下查看外部信息,同时保证精确的飞行路线。
  HUD的好处是显而易见的,在起飞、进近和着陆时,飞行员必须时刻关注机舱外的情况,因为据统计,有至少1/3的飞行事故都是发生在这一阶段。飞行安全基金会在调查了1000多次事故报告以后,得出一个结论如果在飞机上安装了宽视场HUD的话,可以降低38%的事故。因此,HUD成为国际民航组织推进实施的飞行新技术之一。
  目前,平显系统在现代民用飞机中的应用非常广泛,除波音和空客系列的客机基本均已安装该系统外,在支线航空领域,庞巴迪的CRJ系列和巴西航空工业公司的ERJ系列飞机也逐步将平显系统列为必装设备;在公务机上也有很多公司为自己的飞机安装了HUD,例如湾流公司就在自己的新飞机上安装了HUD,并把它作为卖点之一。
  在民用飞机上,HUD单单能显示飞机状态信息是不够的,在不良气象条件下还应该能显示视景增强系统(EVS)生成的图像。以前EVS的图像都是用安装在仪表板的显示屏来显示的,即使飞机安装了HUD,飞行员还是要低头看EVS的图像,这就为低能见度的飞行带来较大的风险,因为飞行员不能时刻都关注机舱外面的情况了。
  因此,EVS的显示系统也最好能被集成在HUD中,这样飞行员就可以从HUD上看到红外探测器和雷达所生成的图像,这样与他们平时的飞行习惯很接近。而模拟的地形图像从HUD上看过去也更加直观,更容易让飞行员进行正确的判断。在结合了数字地图和跑道图像探测器后,就可以把跑道的模拟图象显示在HUD上,而且可以与天气良好状况下飞行员看到的真实跑道出现在同一位置,这样就可以更有效地增强飞机在低能见度下的着陆能力。
  除了图像之外,HUD还可以为飞行员提供可视化的飞行航迹和理论航迹,例如HUD上会显示是飞机在加速还是减速,以及与理论需求速度的对比情况,而且可以显示飞机相对地球的实际航迹,即使在飞机进行机动的时候也如此。在这种情况下,飞行员可以在不断监视飞机的状态和航迹的同时使用飞行指引仪飞行,而不必反复观察几个不同的显示器。
  新一代的HUD在影像显示方面有所改良,包括采用全息摄影显示方式来扩大显示影像的范围,尤其是增加水平视野角度,减少支架的厚度对于视野的限制与影响,并保证在不同光度与外部环境下都能清晰地看到影像。增强与其他光学影像输出的配合能力,比如说能够将红外线影像摄影机与夜视镜图像更好地显示出来,同时使用彩色图像显示资料。
  不过,一般的HUD是固定在飞行员前方的,光学器件将影像投射在座舱前方的固定玻璃板上,而当飞行员转动头部观察其他方向的时候,这些影像就会暂时离开他的视野范围,也就是说飞行员在此时将看不到HUD上的信息,也就不能掌握此时飞机的状态。这对于民用飞机在低能见度条件下的飞行是一个潜在的风险因素,因此人们开始研究将光学器件安装于飞行员的头盔上,影像也直接投射到飞行员眼前,这样不论飞行员看向何方,都可以保证随时看到飞机状态信息。
  显然,这项技术对于民用飞行来说也是具有革命性的意义,飞行员可以实现真正的“全方位”视野,不论是在大雾中或是在黑夜里,借助数字地图和EVS的帮助,飞行员都可以在头盔显示器上看到基本符合实景的虚拟外部景像,从而大大降低因“看不到周围情况”而发生事故的概率。
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