[科普中国]-飞行仪表系统

简要介绍

飞行仪表是飞机性能参数和导航参数显示的窗口，可为飞行员提供驾驶飞机所需的飞行参数、导航数据及飞机系统状态等信息。随着航空电子综合化的发展，现代民用飞机的座舱仪表系统已经逐渐向电子飞行仪表系统（EFIS）过渡，以先进的智能液晶显示器取代原有的分离机电式仪表，提供给飞行员全新的人机界面，因此，对飞行员操作程序（POP）的评估也成为民用飞机顶层设计的重要环节，以达到最佳的人机功效。1

随着航空技术的发展和需要，基于大规模集成电路、微处理机、总线传输接口技术及多路切换技术的发展，现代飞机驾驶舱普遍用数字式显示计算机替代以往机电式显示仪表如地平仪、航道罗盘、电动高度表、马赫空速表等，并将飞行、导航等大量信息进行综合，形成电子飞行仪表系统（EFIS）。EFIS主要显示内容包括主飞行显示参数： 如飞机姿态、高度信息、速度信息、A/P 和A/T 衔接状态及工作方式、重要的警告信息；主要导航信息：包括各种导航参数与飞行计划、系统故障信息等。这些数据信息主要通过RS232、RS485、Arinc429以及以太总线接口技术与航电系统其它部件进行交联传输数据。飞行驾驶员通过EFIS显示信息实时地对飞机工作状态进行全过程操控。2

组成民用航空飞行仪表系统主要由仪表、显示控制系统组成。

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。以机械式高度表为例，通过机械膜盒式仪表，通过膜盒探测外界的气压，将压力值转化为高度、速度数值再通过机械连杆带动仪表指针在刻度盘上显示数值，具有感受、传送和指示环节。早期机械式仪表仅能够分别显示姿态，高度、速度或航向等简单的参数，仪表的集合度和可维修性都较差。后期机电仪表的逐渐发展，机械式仪表得到了优化，在信号传输到仪表的过程使用了电信号。但是电信号在传输通路中是以模拟离散的量进行传导。仪表的数量的增多，以及早期的人机环境因素考虑不足，造成飞行员的工作负荷较大。

离散的数据仪表很难满足飞行员对于数据的采集和观察。在二十世纪八十年代，CRT显示器在飞行仪表系统中得到了引入，将飞行员所需的数据集中进行显示。且根据“T”字排列的要求，将有效的信息合理的分布在一块显示器上，极大地降低了飞行员的工作负荷。

进入九十年代后，LCD显示器逐渐登上舞台。相较于CRT显示器，LCD显示器以更小的体积、更低的重量与能耗以及更高的可靠性，在电子飞行仪表系统中的应用范围逐渐增加。目前主流的电子飞行仪表系统显示器均为LCD显示器。3

显示控制系统显示控制系统经历了单纯的显示界面、机械按键显示控制以及触摸方式显示控制等阶段。

由于机电仪表的显示局限，早期的显示控制系统并没有过多考虑对于显示内容、方式的控制更改。当电子飞行仪表引入了CRT显示器及LCS显示器后，显示控制成为一个不得不考虑的内容。由于系统的集成度大幅度提高，电子飞行仪表与全机多个系统进行了交联。电子飞行仪表系统的控制功能便成为了各个系统的功能控制的唯一输入。包括自动飞行系统、导航系统、飞管系统乃至维护系统等等。为了对各个系统进行有效的控制，带有机械按键显示的控制板逐渐得到引入，包括显示控制、光标控制、调谐控制、飞管的控制显示等等。伴随着显示界面的菜单化，显示信息的融合化以及显示系统的复杂化，物理按键的控制方式逐渐无法满足全部的控制要求，触摸方式的显示控制可以有效的输入和控制显示信息，在越来越多的主流航电仪表系统中出现。3

电子飞行仪表系统的布局民航飞机电子飞行仪表系统的布局通常为对称构型，主飞行员和副飞行员一侧的仪表和控制组件关于飞机纵轴平面对称。主飞行员一侧的仪表主要正面对飞行员的FPD显示器和在PFD右侧的ND显示器。考虑到可达性和飞行员易于操作的要求，以上两个显示器的控制组件通常安装于飞行员正面的遮光罩或飞行员一侧的主操纵台前侧。在两侧飞行仪表之中，是EICAS显示器和系统显示器。3

电子飞行仪表系统的发展趋势组成的发展趋势电子飞行仪表中的显示器发展的主要趋势为一体化、集中化。由于电子工业的发展，电子显示器的可维护性、可靠性得到了有效的提高。显示器的重量、发热量、功耗和体积都得到了有效的控制，且可视角度、色域、亮度也得到了有效的扩展。大屏一体化的显示器将来会成为电子飞行仪表系统设备发展的主要方向。

在进入二十一世纪后，航电系统设备供应商们在电子飞行仪表系统中又加入了平视显示器HUD、电子飞行包显示器EFB等等。使得飞行员的工作负荷进一步降低，飞行品质和安全性得到一定的提升。

目前波音787与空客A350均安装有平视显示器。通过平视显示器，飞行员可以关注飞机外部环境的同时，不用低头看下部显示器HDD且同时能够得到部分重要的飞行数据、信息。通常HUD显示的信息包括飞机的姿态、高度和速度等。3

功能的发展趋势为了提高飞行的安全和降低驾驶员的飞行负荷与飞机的飞行成本。一系列新的功能被投入到了电子飞行仪表系统中。包括综合视景系统SVS、增强视景系统EVS、场内导引系统等等。通过外部传感器和内部数据库的支持，在电子飞行仪表系统中对外部环境进行模拟显示或部分强化显示，以增强飞行员的可见能力。在以上系统的帮助下，飞行员能够有效的实现CATIII类进近入场。通过场内引导，飞行员能够更有效快捷的将飞机停靠，大大增加了通过性和签派效率。3

布局的发展趋势在集成化和显示器技术的推进下，驾驶舱的显示器有着进一步的融合，扩大趋势。例如波音787飞机的布局中，利用分屏的技术，将一块大的显示器分别显示了ND和ED的内容。该类革新通过减少显示器的个数，降低了维护的成本，提高了显示器的可维护性、机上信息的集中度。3