飞机驾驶舱布局和设施设计研究

2016-07-09王哲

航空标准化与质量 2016年3期

关键词：验证飞机

王哲

（第一飞机设计研究院，陕西西安 710089）

飞机驾驶舱布局和设施设计研究

王哲

（第一飞机设计研究院，陕西西安 710089）

[摘要]论述了飞机驾驶舱布局设计准则、人机工效、视野、维修性等要求，以及应符合的适航及标准要求，针对驾驶舱设施进行了研究，从数字仿真、物理样机、适航符合性等方面提出相关验证要求。

[关键词]飞机；驾驶舱布局；驾驶舱设施；验证

[收修订稿日期] 2016-01-26

飞机驾驶舱是飞行控制的人机交互节点，飞机驾驶舱的设计应结合驾驶员的生理和心理因素，根据飞机的总体指标去规划并协调飞机的操纵、人工的或自动的控制、通信和导航等机载系统设施的布置，使驾驶员不感到疲劳的状态下，迅速、准确地获取各种反映飞机工况的视觉、听觉和触觉信号，并按需做出正确无误的操纵、控制指令，以完成飞行任务。

飞机驾驶舱是驾驶员工作的场所，其特点是空间小、仪器多、功能和安全性要求高，在非常有限的空间内布置众多仪器仪表，既要从驾驶舱基本结构和尺寸方面考虑，又要考虑人接收信息的规律，飞行环境（如飞机过载）对人的能力的影响，以及极端环境（如应急撤离）对驾驶舱功能的要求等因素，因此对它进行结构和布局的人机工程学研究，充分发挥驾驶员的工作效率，以确保系统的安全可靠。

驾驶舱布局要解决的技术问题主要包括驾驶员眼位、机组人员工作环境、规范要求的视界、风挡玻璃和机头外形。驾驶员座椅的位置应保证驾驶员能对所有飞行操纵器件进行操作，驾驶员应能方便地观察各种仪表，提供满足规范要求的视界。驾驶舱内布置应具备一定的灵活性，以满足不同身高驾驶员操作飞机的需要。

在设计驾驶舱人机界面时，首先应考虑安全问题。人机界面不能对飞行员造成直接的生理伤害，应该具有一定的容错和防错性，能克服复杂环境带来的危险，保证系统故障下的安全飞行。人机界面设计其次考虑高效要求，显示系统能够给出飞行员最关心的信息，显示画面应友好，以便飞行员能快速有效地控制各个系统。

1 驾驶舱布局

驾驶舱总体布局符合（中国民用航空规章第25部）CCAR-25-R4《运输类飞机适航标准》中的CCAR25.777的（a）、（c）、（d）和（e）条款；同时符合CCAR25.772、CCAR25.773、CCAR25.775、CCAR25.777、CCAR25.779和CCAR25.781～CCAR25.833条款中相关部分要求。

飞机驾驶舱布局主要包括：设计准则、驾驶员的视界、人机工效、应急撤离、维修性等。驾驶员的视界良好，满足相关规范的要求；操纵台和仪表板上布置的设备具有良好的可达性，便于机组成员操作，设备分布与分工合理，符合机组成员的操作习惯，座椅等设备布置符合人机工程学。

1.1 设计准则

a）驾驶舱布局应符合人机工程学，人机界面设计在保证安全的同时，应提高效率和舒适度，以便驾驶员能快速有效地控制各个系统；

b）驾驶舱设计应符合“驾驶舱机组人员面向前”要求；

c）应符合符合“静暗座舱”的设计理念，以保证：

● 在正常工作状态下，舱内无任何指示告警灯亮起，无任何声音告警，以减少驾驶员注意力分散；

● 非正常状态下，舱内对应的故障指示灯亮起，并伴随音响告警，以引起时示员的注意水平。

d）保证驾驶员的视界良好，便于观察各种仪表和实施控制器件的操作，确保飞机安全飞行；

e）驾驶舱应根据最小飞行机组成员能胜任的工作负荷来布局，操纵台和仪表板上布置的设备具有良好的可达性和操作简易性；

f）驾驶舱内应使用隔热和隔音材料；

g）驾驶舱及其设备必须能使最小飞行机组在执行职责时不致过份专注或疲劳；

h）对螺旋桨飞机，主操纵器件（不包括钢索和操纵拉杆）的设置必须根据螺旋桨的位置，使最小飞行机组成员和操纵器件的任何部分都不在任一内侧螺旋桨通过其桨毂中心与螺旋桨旋转平面前和后成5°夹角的锥面之间的区域内；

i）如果备有供第二驾驶员使用的设施，则必须能从任一驾驶座上以同等的安全性操纵飞机；

j）驾驶舱的构造必须做到在雨或雪中飞行时，不会出现可能使机组人员分心或损害结构的渗漏；

k）驾驶舱设备的振动和噪声特性不得影响飞机的安全运行。

1.2 驾驶员的视界

驾驶员应有足够宽阔、清晰和不失真的视界，以保证在飞机使用限制内安全地实施任何机动，包括滑行、起飞、进场和着陆。应提供能使驾驶员调定其设计眼位的措施。根据CCAR25.773确定最小视界的范围，飞机驾驶舱视野应满足HB 7496-2014《民用飞机驾驶舱视野要求》要求。

1.3 驾驶舱布局

飞行操纵器件和仪表的布置应考虑使用方便，驾驶员的位置和风挡的形状应认真分析，使驾驶员在舱内都应感到舒适，并可获得清楚的外部视野，满足操作要求。应设置机组成员的随机工具箱存放处，使他们在各自位置上方便使用箱内工具。应为每个驾驶员配备着陆进场图板、接地区域图及航路图需用的图夹，该图夹应装有照明及固定设施，并为空勤机组成员配备必要的记录板。驾驶舱内应有供规定的空勤机组成员存放外衣、帽子和行李的地方和设施。空勤机组成员应急出口应如此设置：当飞机着陆后，任何因起落架和发动机架损坏的组合事故所造成的状态下，可允许从飞机的任何一侧撤离。应使用防滑地板覆盖层和防眩光的内衬板，驾驶舱和客舱之间应安装防劫机舱门。

驾驶舱内应考虑安装的其它设备如下：遮阳板（每个驾驶员位置）、可卸或易处理的废物箱、备用灯泡贮藏箱、话筒（每个驾驶员和观察员位置）、检查用表夹、地图存放袋（每个驾驶员位置）、头戴耳机（每个驾驶员和观察员位置）、资料存放盒、氧气面罩（每个驾驶员和观察员位置）、防烟目镜（每个驾驶员观察员和位置）、应急斧、灭火瓶、应急撤离设备或装置、救生衣贮藏箱（每个驾驶员和观察员位置）。

1.4 风挡玻璃

当降雨或结冰时，应使主风挡玻璃主视野区保持清晰，风挡玻璃应配备有独立控制开关的防雨系统，该开关能自动计量每块风挡玻璃正确的排雨流量。结冰情况下飞行时应保持风挡玻璃、通风窗、侧窗有清晰的视野。风挡玻璃、通风窗、侧窗加热控制系统应具有单独电源。飞机必须具有在其预定运行的所有内外环境（包括降水）条件下，防止风挡和窗户玻璃内侧在提供CCAR25.773（a）规定视界的范围上起雾的措施。驾驶员正面风挡玻璃必须布置成，如果丧失了其中任何一块玻璃的视界，余下的一块或几块玻璃可供一个驾驶员在其驾驶位置上继续安全飞行和着陆。

1.5 人机工效

应结合人（驾驶员）的生理和心理因素，根据飞机的总体指标去规划并协调飞机的操纵/控制、通信和导航等机载系统设备的布局和布置。对于重要的控制器或显示器应安排在驾驶员操作或认读最为方便的区域，应使驾驶员在不感到疲劳的状态下，迅速、准确的获取各种反映飞机工况的视觉、听觉和触觉信号，并按需做出正确无误的操纵、控制指令，以完成飞行任务。

1.6 维修性

驾驶舱主仪表板和操纵台上的仪表应便于拆卸和更换，而不需拆卸或移动安装板、防眩护罩，以及其它仪表或结构。为安装和拆卸方便，应采用易卸装的接头，所有安装仪表板应设计成由一人用标准工具就能容易地从正面装卸。驾驶舱壁衬层应设有开口或可卸壁板，以便容易接近结构、系统接头、管路、导线和电缆接头、滑轮等；在方向舵脚蹬和驾驶杆下方及周围应安装容易更换的防磨板，且应向后延伸至驾驶员座椅处。所有机组成员座椅应勿需分解就能从飞机上卸装，座椅滑轨和易受磨损的零件应易于更换。信号器灯和发亮的按钮开关上的灯泡的替换应尽可能不用工具，灯泡的替换应能在不拆卸仪表或仪表板的情况下完成。

2 驾驶舱设施

飞机驾驶舱内布置的主要设施通常有：主仪表板、中央仪表板、驾驶员操纵台、操纵器件、座椅、照明装置等。

2.1 驾驶舱座椅

驾驶员的座椅应在水平方向和垂直方向都能调节，椅背可向后倾斜。当驾驶员座椅调至后限位置时，应能在人体和驾驶杆之间放置一个食品盘。规定的空勤机组成员座椅最低应能适应按CCAR25.777（c）规定的人体尺寸范围所需的调节量。机组人员（包括观察员）的座椅及其支撑结构安全带和肩带及其锚固接头，必须按77kg人的体重设计。按各种有关的飞行和地面载荷（包括CCAR25.561和CCAR25.562规定的应急着陆）情况考虑最大载荷系数、惯性力以及乘员、座椅、安全带和肩带之间的反作用力。对于设计安全带与座椅的连接接头、座椅导轨凸缘、座椅腿的结合及其与座椅和各导轨的连接，应将上述载荷乘以1.33。向需要的飞行机组成员提供座椅扶手，扶手应是可调的并应不影响飞行控制器使用或机组人员进出；观察员座椅位置设置应保证其头部和身体正常活动时，对每一个主飞行仪表的视线无遮挡。

2.2 显示器

显示器应满足正常操作、异常操作和应急操作所需用的仪表和操纵器件的定位和布置，应该满足机组成员不作很大移动就能从预定的操作位置上使用。起飞和着陆操作所需要的仪表和操纵器件的定位和布置，应该满足机组成员坐在其正常座椅位置并系紧肩带时可以看到并达到。在驾驶舱所有可能照明条件下，显示器应清晰可辨，并能提供清晰而明确的信息和/或状态显示。当驾驶员坐在其自己适当的位置上并做头部正常活动时，提供给空勤机组的信息，如数字、字母、指针、刻度或符号应当是明显而易读的。设计子系统及其相关显示器和操纵器件，应当使空勤机组成员在其工作高峰期间需要付出的关注减至最少。

2.3 仪表板

仪表板布置和安装应符合内部视界要求，正常操作及应急操作所需要的仪表和操纵器件要合理布置，以便操作人员不作很大移动能够操作。仪表、开关和其他设施的安装板应保证机组成员正常出入时的可能伤害减至最少，同时也应使误操作的可能性降至最低。飞行中不需要的指示器和操纵器件不得安装在驾驶员的主仪表板上。

2.4 操纵器件

操纵器件应充分考虑驾驶员人体尺寸、生理和心理特性，以便于使用和操作。驾驶舱每个操纵器件的位置必须保证操作方便并防止混淆和误动。驾驶舱操纵器件的运动方向必须符合CCAR25.779的规定。凡可行处，其它操纵器件操作动作的直感必须与此种操作对飞机或对被操作部分的效果直感一致。用旋转运动调节大小的操纵器件，必须从断开位置顺时针转起，经过逐渐增大的行程达到全开位置。操纵器件相对于驾驶员座椅的位置和布局，必须使任何身高158cm～190cm的（按CCAR25.1523规定）最少飞行机组成员就座并系紧安全带和肩带（如果装有）时，每个操纵器件可无阻挡地作全行程运动，而不受驾驶舱结构或最少飞行机组成员衣着的干扰。各台发动机使用同样的动力装置操纵器件时，操纵器件的位置安排必须能防止混淆各自控制的发动机。襟翼和其它辅助升力装置的操纵器件必须设在操纵台的上部，油门杆之后，对准或右偏于操纵台中心线并在起落架操纵器件之后至少254mm。起落架操纵器件必须设在油门杆之前，并且必须使每个驾驶员在就座并系紧安全带和肩带（如果装有）后可以操作。操纵手柄应设计成CCAR25.781规定的形状，此外，这些手柄必须是同色的，而且颜色与其它用途的操纵手柄和周围驾驶舱的颜色有鲜明的对比。如要求有飞行工程师作为（按CCAR25.1523规定的）最小飞行机组成员，则飞机上必须设有飞行工程师工作位置，其部位和安排能使飞行机组成员有效地各行其职而互不干扰。

2.5 照明装置

所有驾驶舱区域照明都应是白色的，应提供仪表和操纵台的整体照明，在夜间、强烈阳光的天气条件下，所有的操纵器件、仪表、指示器和信号器照明应允许它们有足够的可视度并且可以调暗。空勤机组成员需要的每一块主仪表板、中央仪表板和操纵台应采用亮度可调的泛光面板照明。空勤机组成员每一要求的位置应安装可调的地图照明灯，驾驶舱内一般照明应是亮度可调节的和开关控制的，在每个位置（包括观察员）应设置一盏可拆卸转动的通用灯，应防止驾驶员在判读仪表和仪表上的专门符号时，出现的阴影、眩光和反射的干扰。飞机在空中或地面工作时，外界或内部产生在窗玻璃上的光反射不得影响飞机的安全操纵。驾驶舱内信号显示器应设置调暗装置和测试手段，驾驶舱正常出入通道的台阶应有照明，安排空勤机组成员位置处的照明，应尽量减少对相邻空勤机组成员位置的干扰。所有在空中要使用的标牌应整体照明，应设置位于正驾驶员眼睛参考点前面的显示器自动调节亮度的装置。当备用电源工作时，应向必要的仪表和操纵器件提供照明。

3 验证

驾驶舱布局及设施按飞机型号进行三维设计，标准人体样板，驾驶员标准人的选择按照GJB 4856-2003《中国男性飞行员人体尺寸》中的运输机飞行员尺寸，选取其50%标准人作为人体样板，进行仿真操纵、检查人体样板活动空间、运动干涉情况、应急出口开启、通风窗开启与关闭、设备的可达性、维修性等。

设计和制造含有驾驶舱的物理样机，驾驶舱的布置，尤其是驾驶人员位置，也应进行适当而有效的验证。请用户和驾驶员在驾驶舱模拟飞机操纵，检查视界、基本布局尺寸、舱内空间及环境、人机工效、操纵的可达性、应急出口撤离、照明等，给出评价。

驾驶舱的适航验证程序应符合AP-21-AA-2011-03-R4《航空器型号合格审定程序》规定，按型号飞机适航验证计划和要求来进行。设计和制造部门应准备所有必须的文件（设计数据集、安装调整技术条件、计算报告、试验报告、试验大纲、制造方法等），并按要求提交飞机型号的适航审查部门。

驾驶舱总体布局符合C C A R 2 5 . 7 7 7的（a）、（c）、（d）和（e）条款；同时符合CCAR25.772、25.773、25.775、25.777、25.779、25.781～25.833、25.1309、25.1381、25.1443、25.1447、25.1523等条款中相关部分要求。按适航部门认可的适航审定计划完成相关的适航验证工作。

4 结束语

现代飞机驾驶舱十分注重向玻璃座舱发展，尽量减少驾驶员的工作，经过“911”事件后，适航部门发布了防劫机的驾驶舱舱门FAR25-106《联邦航空规章》修正案。人机界面设计还应考虑舒适性，其主要可以从视觉、听觉、触觉、空间等4个因素方面来考虑，要保证驾驶舱外观和谐愉悦，驾驶舱相对安静，座椅和飞行装备舒适，驾驶舱尽量宽敞。同时驾驶舱设计应具有一定的容错和防错性，采用的设施的功能模块化布局，可以使人机界面更加合理，具有逻辑性，避免飞行员的误动。危险开关应放在特殊位置，尽量远离常用开关，并设置防错台阶（如加装保护盖），防止飞行员操纵其他开关时碰刮，同时要有特别提示，避免飞行员误动。还可以采用逻辑设计，使飞行员的某些误动无效。设计危险状态和错误操纵的提示，以使飞行员能及时发现故障和错误，尽快改正。总之，驾驶舱的布局是一门综合技术，是评判飞行品质的主要环节之一，也是保证飞机安全飞行首要因素。

（编辑：劳边）