适航审定对民用航空仪表设计的影响研究

尹 崇 王东林 高郭池 全敬泽 杨 华

（中国民用航空沈阳航空器适航审定中心，辽宁 沈阳 110043）

0 引言

民用航空器的航空仪表是驾驶舱的重要组成部分，也是完成飞行任务和保障机上人员安全的关键因素。航空仪表分为飞行仪表、导航仪表、发动机仪表和系统状态仪表四大类， 航空仪表通过直接显示的方式，对航空器飞行中需要的主要飞行参数、关键设备状态以及导航信息进行了实时显示。

随着航空机载设备的发展和应用，民用飞机的航空仪表已经由传统机电仪表向综合航电仪表发展，并结合电子显示技术， 融入视景显示系统等多种形式。随着全球民航产业的发展，单位飞行时间内航空事故率下降。 另一方面，航空器设计、制造、和运行水平的提升，进一步提高了飞行安全。 但是航空事故率下降的同时，与飞行机组操作相关的安全事故占比却居高不下。合理的航空仪表设计能够为飞行机组提供有效的航空器状态，也是民用航空器适航审定工作的关注内容之一。 为保障民用航空产品的安全运行，针对民用航空产品的适航审定工作一直在开展。

民用航空产品的适航要求通过民航适航规定和指导程序等形式实行，并对不同类别的“飞机”和“旋翼航空器”进行了分类。 具体包括了“飞行机组界面” “仪表标记”“飞行、导航和动力装置仪表”等内容。同时，在涉及人机因素的“最小飞行机组”方面也有要求。

1 仪表的特点及适航影响

1.1 机械仪表

机械式仪表通过机械化陀螺、内置或外置的传感器，将飞机的姿态、空速、高度等数据传递给飞行员[1]。由于机械仪表具有起步早、技术发展成熟以及成本低等特点在民用飞机的通航市场占有很大的份额，特别是低成本运行的小飞机、 小直升机上应用较为广泛。另一方面， 独立的机械仪表对空间有着必然的要求。随着航空器飞行任务的复杂化，信息显示的需求进一步提升，传统仪表在空间和信息显示方面的特点使其不适合在运输类大飞机或者执行复杂任务的直升机上使用。

1.2 综合航电仪表

随着航空电子综合化的发展和传统机械仪表在多任务执行方面的劣势，现代民用航空器的航空仪表已经向集成化和数字化发展[5]。 通过大屏幕液晶显示器为载体，将主要状态、导航信息等内容集中显示。形成了仅靠主功能显示器（PFD）和多功能显示器（MFD）即可代替原有航空仪表的现象。这种显示仪表由于能对显示选项进行实时更新，使得显示内容随着时间进行更新。这种多功能集成化显示为对功能性要求较多的运输类航空器上得到了更多的应用。随着综合航电仪表的小型化和低成本化发展，部分具备多任务功能的小飞机和直升机也越来越多地使用综合航电仪表。

2 适航要求

民航适航规章中对于正常类和运输类固定翼和旋翼航空器分别发布了“适航审定规定”。 对航空仪表相关的布局、必需仪表、和显示方式等内容进行了要求[2]。

2.1 仪表系统布局

适航规章中对飞行员区域内仪表系统的布局有总体性要求，对起飞、爬升等不同阶段的任务完成，需要航空仪表及时有效地显示飞行员需要的信息。要去内容可以分解为仪表系统整体位置布局和具体仪表布置顺序。

具体内容还包含了“在起飞、初始爬升、最终进近和着陆期间由任一要求的驾驶员使用的每一飞行、导航和动力装置仪表必须设置成使任一坐在其操纵位置的驾驶员只用最小的头部和眼睛的动作便可监视飞机的飞行航迹和仪表。 ” 对航空仪表的布局进行了限定。

2.1.1 机械仪表布局

合理有效的仪表布局通常来源于广大飞行使用经验。民航飞机座舱六大机械仪表通常有一定的排列顺序。通常为两横排、每排三个仪表。第一排从左至右分别为空速表、姿态表、高度表，第二排分别为转弯侧滑仪、航向仪和升降速度表。 其中最为重要的四个仪表分别为空速表、姿态表、高度表和航向仪，而且通常采用字母“T”形排列，因此常被成为Basic T。

适航规章中对航空仪表的布局有着较为明确的要求：“最有效地指示姿态的仪表必须装在仪表板上部中心位置；最有效地指示空速的仪表必须直接装在仪表板上部中心位置处仪表的左边；最有效地指示航向的仪表必须直接装在仪表板上部中心位置处仪表的下边[2]。 ”目前， T 形布局已经是一种常见的符合适航规章要求的仪表布局。在基于使用经验和适航可接受布局的双重影响下，民用航空器中机械仪表的布局设计基本上都采用了此种布局，塞斯纳172 飞机基本型即采用此类布局。

2.1.2 综合航电仪表布局

综合航电仪表的参数布局在机械仪表布局的使用经验上，根据自身集成化和实时可变等优点的基础上，进行了一定的改进。 在具体飞行参数的显示上，将“六大机械仪表”中的数据集成到一个主功能显示器上，并且将部分导航信息也融入进来。 其他诸如动力装置、液压系统等信息，则显示在多功能显示器中。

2.2 动力燃油仪表布局案例

基于目前航空器需要显示参数的逐渐增加，主功能显示器的空间不足问题逐步凸显，动力燃油相关的仪表则更多地显示在多功能显示器上。某直升机公司在综合仪表设计之处将动力燃油参数显示与其他系统页面重叠显示在多功能显示器中，驾驶员需要手动选择才能对主要的动力燃油参数进行显示。

从适航审定的角度，发动机的主要参数是飞机状态的重要参数，需要驾驶员实时关注。同时，驾驶员对多功能显示器关注度低于主功能显示器，因此原设计是不符合适航要求的。厂商在后续设计更改中将发动机参数设置为定区域长时显示后才符合了对应的适航要求。

其他厂商针对以上问题提出了新的解决方案，及在主功能监视器内加装“第一限制指示”（FLI）。 将常见的“扭矩限制”“自由涡轮间温度”以及“压气机转速”三个最主要的限制因素在主功能显示器中融合成“柱状显示”。 特点是不限定此柱状显示的具体内容，而以三个限制因素中的最先到达者为显示对象。驾驶员无须判断限制因素来源，只需重点关注单一显示参数。 同时，燃油状态等信息也在主显示器上进行了固定位置显示，可以实时关注燃油状态。 这种仪表设计方案满足是适航审定的要求。

2.3 必需的仪表装置

适航规定中对飞行和导航仪表中必须包含的内容也进行了要求。要求符合适航规定的民用航空器必须提供空速测定装置、高度测定装置、航空器航向或飞行方向测定装置，也需要提供大气温度等其他必须的装置。 动力装置仪表同样要求必须提供燃油油量表、滑油压力表以及滑油温度表等相关仪表。 以上涉及的仪表均需在主显示器以及多功能显示器中进行显示。

3 结语

阐述了适航审定对民用航空器仪表设计的影响与应用。以航空器传统机械仪表和综合航电仪表的设计入手，剖析了航空仪表的布局、动力燃油仪表和必需仪表三方面如何满足适航审定要求。对航空仪表的整体设计特点和适航要求符合性进行了解读。通过对传统机械仪表的适航符合性分析，引入适航要求的来源与目的；通过国内外动力燃油仪表表明适航符合性的案例，分析了新技术在表明适航规定符合性时的独特方法，为国产民机座舱显示系统设计的新技术引入和型号取证提供了参考和指引。