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HUD:駕駛艙的一場革命

HUD:駕駛艙的一場革命

如果你看過《鋼鐵俠》,應對鋼鐵俠智能頭盔上的「透明顯示器」印象深刻,這塊浮空式屏幕能顯示各種參數和機甲狀態全部信息,一應俱全。於是,主人公負責耍帥,「透明顯示器」負責幫他搞定其他數據。沒錯,這就是平視顯示器(Head-Up Display),簡稱HUD。

電影中炫酷的「高精尖」技術已不只是夢想,而是現實。在美國西雅圖波音B787的裝配車間,HUD已是標準配置;在法國圖盧茲空客的組裝工廠,它是空客A350出廠設置的基本選項。同樣,在上海首飛的C919,HUD也是這架大飛機的「慧眼」。

事實證明,讓飛行員實現目視飛行的HUD已經成為高效、舒適飛行必不可少的配置,在未來將和自動駕駛、飛行指引一樣普及。民航局副局長李健將其稱為「駕駛艙的一場革命」。「HUD將為飛行員帶來更好的情景意識、更直觀精細的操作提示和更高的全天候運行能力。民航全面推進HUD,將有力地促進飛行安全,提升航班正常性和服務品質。」

HUD的前世今生

2010年10月,時任民航華東地區管理局副局長的唐偉斌在青島機場負責組織山東航空使用HUD實施民航首次驗證試飛。回憶起這些,如今任民航局航空安全辦公室主任的他感慨萬千,「當時,我們是摸著石頭過河。那時,全國只有山航一家航空公司的30多架飛機裝有HUD。而到去年底,民航共有486架運輸飛機裝備了HUD,佔比16.5%;共有50個機場具備了HUD特殊I類標準,9個機場具備了HUD特殊II類標準。」

一台小小的「透明顯示器」何以能掀起一場革命?事實上,HUD聽起來像個新名詞,但其歷史一點兒也不短。作為戰爭的產物,第一架使用HUD的飛機是美國海軍A-5艦載機。飛行員在高速飛行中需要極快的反應速度和高度集中的注意力,但戰機儀錶複雜,信息量遠遠高於汽車,為避免飛行員頻繁通過儀錶查看飛行數據而分散注意力,HUD應運而生。簡言之,這個「高精尖」技術就是利用了光學反射原理,將重要的信息投射在座艙前端的一片玻璃或座艙罩上,投射的影像調整在焦距無限遠的距離,且高度基本與視線保持水平,這樣飛行員只需目視前方,便可看到飛行的重要參數。駕駛帶HUD的波音B787已飛行3年之久的海航機長張雪峰認為,HUD不僅僅改變了視線角度,更改變了飛行員的視線聚焦,為飛行員帶來了更好的情景意識。

國際民航公約附件6《航空器的運行》描述了HUD的價值:一是駕駛員能夠在不斷觀察外界的同時,更為及時地了解相關飛行參數和狀態信息,從而增強情景意識;二是在全天候運行中減少起飛、進近和著陸的飛行技術差錯;三是獲准使用更低的機場運行最低標準。

當前,民航運輸總量仍以年均10%以上的速度增長,在高速發展中確保安全與效益,少不了航行新技術的保駕護航。2012年8月,基於大量實踐,民航局發布《平視顯示器應用發展路線圖》。路線圖顯示,當前HUD應用發展已進入第二階段,目標是力爭在2020年裝機量達到運輸飛機總數的50%。

從有爭議到被認同

新事物的出現和發展總會遇到困難和質疑,對HUD來說,圍繞其價值的爭論一直存在。系統自動化的安全性能和人的能動性到底誰更重要?HUD的使用是否會弱化飛行員的操作?在這些問題上,民航局飛行標準司副司長楊洪海的感受十分深刻。「新技術的推廣是一項長期、艱難的工程,肯定有人不理解、不認同、不接受,但不管怎麼樣,用了再發言!」

實際上,即便在最初使用HUD的美國航空公司,飛行員在剛使用HUD的時候也有抵觸和抱怨情緒,而在熟練掌握操作后,HUD便得到了廣泛的讚譽。民航引進第一架裝備HUD的飛機至今已有12年,這12年也是民航局不斷探索HUD實際應用的12年。

「通過飛行數據模擬,我們發現使用HUD可以避免此前韓亞航空公司飛機在舊金山機場目視進近失速墜毀。」在今年2月召開的HUD應用調研及經驗交流會上,民航局飛標司展示了一組HUD應用的動畫演示。數據顯示,使用HUD進近,在150英尺以上,飛行安全品質差別不大,而在150英尺以下,使用傳統儀錶從儀錶轉為外界目視的過程並不是瞬間完成的,需要2-3秒的時間,這個時間對決斷飛機落地與復飛至關重要。而使用HUD設備,飛行員通過正前方顯示器就可以看到所有儀錶數據,不需要多次進行低頭看儀錶的動作,瞬間完成從儀錶到外界目視參考的轉換。2010年-2013年山航曾進行了48個月的飛行品質對比,結果顯示,使用HUD后出現三級事件(接地晚、重著陸、接地速度小、滑跑方向偏等)的比例下降了25.5%。

來自海航的副駕駛王寶峰尤其喜歡HUD:「雖然我帶飛時間不長,但有了HUD我就有信心實現穩定起降」。他並非夸夸其談,一般來說,副駕駛要實現穩定起降飛機需1500小時的帶飛經驗,但使用HUD起降對副駕駛要求會降低很多。2014年10月15日,飛標司召集8名未曾使用HUD的B737NG飛行員代表(其中有5名機長,3名副駕駛),在青島山航模擬機訓練中心做簡單培訓后,進行了8小時的低能見度、大側風、單發著陸等科目的HUD性能對比測試,得出的結論是:使用HUD,副駕駛對飛機(模擬機)的操作可達到成熟機長(1萬小時經歷)的水平。

「實踐是檢驗真理的唯一標準。當年PBN技術的應用推廣也曾面臨類似的質疑,我們用了8年多的時間去檢驗技術的正確性。對HUD應用推廣,我們也做好打持久戰的準備,慢慢積累經驗,客觀冷靜、實事求是、有序推進。」楊洪海信心十足。

「抗霧霾」保正點

在青島空管站,帶班導大輝聽完預報的天氣預警后熟練地安排著第二天的值班工作。這裡是第一家啟用HUD特殊Ⅰ類運行和Ⅱ類起降的空管保障單位。而在2015年前,若遇到惡劣天氣,大輝的工作狀態截然相反,他用「混亂」形容自己當時的無奈。「一到冬天遇到霧霾等惡劣天氣,早上離港航班都不能正常出發,通常要等到10時左右才能陸續開始正常離港。各公司的航班一整天運行全部處於混亂狀態,多數航班一直要延誤到深夜才能執行完畢。」

據了解,民航飛機降落標準依次分為Ⅰ類、特殊批准Ⅰ類、Ⅱ類、特殊批准Ⅱ類等。在青島機場,沒有裝HUD的飛機必須在RVR400米(跑道視程)時才能起飛,而裝了HUD的只要RVR200米。RVR200 米是個什麼概念呢?楊洪海表示,在RVR200米的情況下,高速公路會封路,車輛的行駛速度不會超過20碼,而擁有HUD運行資質航空公司的飛機則可以從青島機場順利起飛。「這就相當于飛行員眼前的『放大鏡』,千萬別小看了這200米,這200米對航班正點和旅客出行的影響可不是一點點。」

2005年,山航作為第一個吃螃蟹的航空公司引入HUD,以解決冬春季節濟南、青島基地機場常常因為低能見度而導致航班大量延誤。如今山航的正點率日益提高,2016年,山航的航班正點率為80.09%,同比上升6.95個百分點,列主要航空公司第二位。

執行濟南-烏魯木齊航班的山航機長余鎮威對HUD有著切身的感受。2015年11月4日,一場突如其來的大霧籠罩了烏魯木齊機場,十多趟航班只能選擇備降或返航,而山航依靠HUD完成低能見度程序后,正常落地,「優先」起降。「用HUD放行和落地,不僅有效減少了航班返航和備降架次,提高了航班正常率,為公司節約了運行費用,也為旅客順利出行提供了便利,創造了顯著的經濟和社會效益。」

從懷疑到了解,從接受到讚美,從被動到主動,HUD用事實證明自己,用實力詮釋新技術的力量。如今,嘗到HUD甜頭的不僅是山航,東航、海航等航空公司也在大力推進HUD的應用。東航後續引進的A320NEO、A350、B737MAX、B787飛機全都配備HUD設備。5月,民航局發布了《使用平視顯示器(HUD)運行的評估與批准程序》諮詢通告。與此同時,首都機場HUD 低能見度起飛項目也已啟動,這意味著今後在RVR150米甚至RVR90米的情況下,擁有HUD運行資質航空公司的飛機將可以從首都機場順利起飛。

「通過強化管理促進安全水平提升的做法已經進入平穩階段,但依靠新技術應用提高安全水平仍有較大的潛力可挖。在未來,HUD等航行技術的應用對提升飛行品質和飛行安全水平將發揮重要作用。」正如李健所說,向新技術要安全、要效率、要效益,勢必將成為民航提升運行安全品質、實現跨越式發展的重要舉措,助推民航實現又好又快發展。

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