飛機駕駛艙布局和設施設計研究

王 哲

（第一飛機設計研究院，陜西 西安 710089）

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飛機駕駛艙布局和設施設計研究

王 哲

（第一飛機設計研究院，陜西 西安 710089）

[摘要]論述了飛機駕駛艙布局設計準則、人機工效、視野、維修性等要求，以及應符合的適航及標準要求，針對駕駛艙設施進行了研究，從數字仿真、物理樣機、適航符合性等方面提出相關驗證要求。

[關鍵詞]飛機；駕駛艙布局；駕駛艙設施；驗證

[收修訂稿日期] 2016-01-26

飛機駕駛艙是飛行控制的人機交互節點，飛機駕駛艙的設計應結合駕駛員的生理和心理因素，根據飛機的總體指標去規劃并協調飛機的操縱、人工的或自動的控制、通信和導航等機載系統設施的布置，使駕駛員不感到疲勞的狀態下，迅速、準確地獲取各種反映飛機工況的視覺、聽覺和觸覺信號，并按需做出正確無誤的操縱、控制指令，以完成飛行任務。

飛機駕駛艙是駕駛員工作的場所，其特點是空間小、儀器多、功能和安全性要求高，在非常有限的空間內布置眾多儀器儀表，既要從駕駛艙基本結構和尺寸方面考慮，又要考慮人接收信息的規律，飛行環境（如飛機過載）對人的能力的影響，以及極端環境（如應急撤離）對駕駛艙功能的要求等因素，因此對它進行結構和布局的人機工程學研究，充分發揮駕駛員的工作效率，以確保系統的安全可靠。

駕駛艙布局要解決的技術問題主要包括駕駛員眼位、機組人員工作環境、規范要求的視界、風擋玻璃和機頭外形。駕駛員座椅的位置應保證駕駛員能對所有飛行操縱器件進行操作，駕駛員應能方便地觀察各種儀表，提供滿足規范要求的視界。駕駛艙內布置應具備一定的靈活性，以滿足不同身高駕駛員操作飛機的需要。

在設計駕駛艙人機界面時，首先應考慮安全問題。人機界面不能對飛行員造成直接的生理傷害，應該具有一定的容錯和防錯性，能克服復雜環境帶來的危險，保證系統故障下的安全飛行。人機界面設計其次考慮高效要求，顯示系統能夠給出飛行員最關心的信息，顯示畫面應友好，以便飛行員能快速有效地控制各個系統。

1 駕駛艙布局

駕駛艙總體布局符合（中國民用航空規章第25部）CCAR-25-R4《運輸類飛機適航標準》中的CCAR25.777的（a）、（c）、（d）和（e）條款；同時符合CCAR25.772、CCAR25.773、CCAR25.775、CCAR25.777、CCAR25.779和CCAR25.781～CCAR25.833條款中相關部分要求。

飛機駕駛艙布局主要包括：設計準則、駕駛員的視界、人機工效、應急撤離、維修性等。駕駛員的視界良好，滿足相關規范的要求；操縱臺和儀表板上布置的設備具有良好的可達性，便于機組成員操作，設備分布與分工合理，符合機組成員的操作習慣，座椅等設備布置符合人機工程學。

1.1 設計準則

a）駕駛艙布局應符合人機工程學，人機界面設計在保證安全的同時，應提高效率和舒適度，以便駕駛員能快速有效地控制各個系統；

b）駕駛艙設計應符合“駕駛艙機組人員面向前”要求；

c）應符合符合“靜暗座艙”的設計理念，以保證：

● 在正常工作狀態下，艙內無任何指示告警燈亮起，無任何聲音告警，以減少駕駛員注意力分散；

● 非正常狀態下，艙內對應的故障指示燈亮起，并伴隨音響告警，以引起時示員的注意水平。

d）保證駕駛員的視界良好，便于觀察各種儀表和實施控制器件的操作，確保飛機安全飛行；

e）駕駛艙應根據最小飛行機組成員能勝任的工作負荷來布局，操縱臺和儀表板上布置的設備具有良好的可達性和操作簡易性；

f）駕駛艙內應使用隔熱和隔音材料；

g）駕駛艙及其設備必須能使最小飛行機組在執行職責時不致過份專注或疲勞；

h）對螺旋槳飛機，主操縱器件（不包括鋼索和操縱拉桿）的設置必須根據螺旋槳的位置，使最小飛行機組成員和操縱器件的任何部分都不在任一內側螺旋槳通過其槳轂中心與螺旋槳旋轉平面前和后成5°夾角的錐面之間的區域內；

i）如果備有供第二駕駛員使用的設施，則必須能從任一駕駛座上以同等的安全性操縱飛機；

j）駕駛艙的構造必須做到在雨或雪中飛行時，不會出現可能使機組人員分心或損害結構的滲漏；

k）駕駛艙設備的振動和噪聲特性不得影響飛機的安全運行。

1.2 駕駛員的視界

駕駛員應有足夠寬闊、清晰和不失真的視界，以保證在飛機使用限制內安全地實施任何機動，包括滑行、起飛、進場和著陸。應提供能使駕駛員調定其設計眼位的措施。根據CCAR25.773確定最小視界的范圍，飛機駕駛艙視野應滿足HB 7496-2014《民用飛機駕駛艙視野要求》要求。

1.3 駕駛艙布局

飛行操縱器件和儀表的布置應考慮使用方便，駕駛員的位置和風擋的形狀應認真分析，使駕駛員在艙內都應感到舒適，并可獲得清楚的外部視野，滿足操作要求。應設置機組成員的隨機工具箱存放處，使他們在各自位置上方便使用箱內工具。應為每個駕駛員配備著陸進場圖板、接地區域圖及航路圖需用的圖夾，該圖夾應裝有照明及固定設施，并為空勤機組成員配備必要的記錄板。駕駛艙內應有供規定的空勤機組成員存放外衣、帽子和行李的地方和設施。空勤機組成員應急出口應如此設置：當飛機著陸后，任何因起落架和發動機架損壞的組合事故所造成的狀態下，可允許從飛機的任何一側撤離。應使用防滑地板覆蓋層和防眩光的內襯板，駕駛艙和客艙之間應安裝防劫機艙門。

駕駛艙內應考慮安裝的其它設備如下：遮陽板（每個駕駛員位置）、可卸或易處理的廢物箱、備用燈泡貯藏箱、話筒（每個駕駛員和觀察員位置）、檢查用表夾、地圖存放袋（每個駕駛員位置）、頭戴耳機（每個駕駛員和觀察員位置）、資料存放盒、氧氣面罩（每個駕駛員和觀察員位置）、防煙目鏡（每個駕駛員觀察員和位置）、應急斧、滅火瓶、應急撤離設備或裝置、救生衣貯藏箱（每個駕駛員和觀察員位置）。

1.4 風擋玻璃

當降雨或結冰時，應使主風擋玻璃主視野區保持清晰，風擋玻璃應配備有獨立控制開關的防雨系統，該開關能自動計量每塊風擋玻璃正確的排雨流量。結冰情況下飛行時應保持風擋玻璃、通風窗、側窗有清晰的視野。風擋玻璃、通風窗、側窗加熱控制系統應具有單獨電源。飛機必須具有在其預定運行的所有內外環境（包括降水）條件下，防止風擋和窗戶玻璃內側在提供CCAR25.773（a）規定視界的范圍上起霧的措施。駕駛員正面風擋玻璃必須布置成，如果喪失了其中任何一塊玻璃的視界，余下的一塊或幾塊玻璃可供一個駕駛員在其駕駛位置上繼續安全飛行和著陸。

1.5 人機工效

應結合人（駕駛員）的生理和心理因素，根據飛機的總體指標去規劃并協調飛機的操縱/控制、通信和導航等機載系統設備的布局和布置。對于重要的控制器或顯示器應安排在駕駛員操作或認讀最為方便的區域，應使駕駛員在不感到疲勞的狀態下，迅速、準確的獲取各種反映飛機工況的視覺、聽覺和觸覺信號，并按需做出正確無誤的操縱、控制指令，以完成飛行任務。

1.6 維修性

駕駛艙主儀表板和操縱臺上的儀表應便于拆卸和更換，而不需拆卸或移動安裝板、防眩護罩，以及其它儀表或結構。為安裝和拆卸方便，應采用易卸裝的接頭，所有安裝儀表板應設計成由一人用標準工具就能容易地從正面裝卸。駕駛艙壁襯層應設有開口或可卸壁板，以便容易接近結構、系統接頭、管路、導線和電纜接頭、滑輪等；在方向舵腳蹬和駕駛桿下方及周圍應安裝容易更換的防磨板，且應向后延伸至駕駛員座椅處。所有機組成員座椅應勿需分解就能從飛機上卸裝，座椅滑軌和易受磨損的零件應易于更換。信號器燈和發亮的按鈕開關上的燈泡的替換應盡可能不用工具，燈泡的替換應能在不拆卸儀表或儀表板的情況下完成。

2 駕駛艙設施

飛機駕駛艙內布置的主要設施通常有：主儀表板、中央儀表板、駕駛員操縱臺、操縱器件、座椅、照明裝置等。

2.1 駕駛艙座椅

駕駛員的座椅應在水平方向和垂直方向都能調節，椅背可向后傾斜。當駕駛員座椅調至后限位置時，應能在人體和駕駛桿之間放置一個食品盤。規定的空勤機組成員座椅最低應能適應按CCAR25.777（c）規定的人體尺寸范圍所需的調節量。機組人員（包括觀察員）的座椅及其支撐結構安全帶和肩帶及其錨固接頭，必須按77kg人的體重設計。按各種有關的飛行和地面載荷（包括CCAR25.561和CCAR25.562規定的應急著陸）情況考慮最大載荷系數、慣性力以及乘員、座椅、安全帶和肩帶之間的反作用力。對于設計安全帶與座椅的連接接頭、座椅導軌凸緣、座椅腿的結合及其與座椅和各導軌的連接，應將上述載荷乘以1.33。向需要的飛行機組成員提供座椅扶手，扶手應是可調的并應不影響飛行控制器使用或機組人員進出；觀察員座椅位置設置應保證其頭部和身體正常活動時，對每一個主飛行儀表的視線無遮擋。

2.2 顯示器

顯示器應滿足正常操作、異常操作和應急操作所需用的儀表和操縱器件的定位和布置，應該滿足機組成員不作很大移動就能從預定的操作位置上使用。起飛和著陸操作所需要的儀表和操縱器件的定位和布置，應該滿足機組成員坐在其正常座椅位置并系緊肩帶時可以看到并達到。在駕駛艙所有可能照明條件下，顯示器應清晰可辨，并能提供清晰而明確的信息和/或狀態顯示。當駕駛員坐在其自己適當的位置上并做頭部正常活動時，提供給空勤機組的信息，如數字、字母、指針、刻度或符號應當是明顯而易讀的。設計子系統及其相關顯示器和操縱器件，應當使空勤機組成員在其工作高峰期間需要付出的關注減至最少。

2.3 儀表板

儀表板布置和安裝應符合內部視界要求，正常操作及應急操作所需要的儀表和操縱器件要合理布置，以便操作人員不作很大移動能夠操作。儀表、開關和其他設施的安裝板應保證機組成員正常出入時的可能傷害減至最少，同時也應使誤操作的可能性降至最低。飛行中不需要的指示器和操縱器件不得安裝在駕駛員的主儀表板上。

2.4 操縱器件

操縱器件應充分考慮駕駛員人體尺寸、生理和心理特性，以便于使用和操作。駕駛艙每個操縱器件的位置必須保證操作方便并防止混淆和誤動。駕駛艙操縱器件的運動方向必須符合CCAR25.779的規定。凡可行處，其它操縱器件操作動作的直感必須與此種操作對飛機或對被操作部分的效果直感一致。用旋轉運動調節大小的操縱器件，必須從斷開位置順時針轉起，經過逐漸增大的行程達到全開位置。操縱器件相對于駕駛員座椅的位置和布局，必須使任何身高158cm～190cm的（按CCAR25.1523規定）最少飛行機組成員就座并系緊安全帶和肩帶（如果裝有）時，每個操縱器件可無阻擋地作全行程運動，而不受駕駛艙結構或最少飛行機組成員衣著的干擾。各臺發動機使用同樣的動力裝置操縱器件時，操縱器件的位置安排必須能防止混淆各自控制的發動機。襟翼和其它輔助升力裝置的操縱器件必須設在操縱臺的上部，油門桿之后，對準或右偏于操縱臺中心線并在起落架操縱器件之后至少254mm。起落架操縱器件必須設在油門桿之前，并且必須使每個駕駛員在就座并系緊安全帶和肩帶（如果裝有）后可以操作。操縱手柄應設計成CCAR25.781規定的形狀，此外，這些手柄必須是同色的，而且顏色與其它用途的操縱手柄和周圍駕駛艙的顏色有鮮明的對比。如要求有飛行工程師作為（按CCAR25.1523規定的）最小飛行機組成員，則飛機上必須設有飛行工程師工作位置，其部位和安排能使飛行機組成員有效地各行其職而互不干擾。

2.5 照明裝置

所有駕駛艙區域照明都應是白色的，應提供儀表和操縱臺的整體照明，在夜間、強烈陽光的天氣條件下，所有的操縱器件、儀表、指示器和信號器照明應允許它們有足夠的可視度并且可以調暗。空勤機組成員需要的每一塊主儀表板、中央儀表板和操縱臺應采用亮度可調的泛光面板照明。空勤機組成員每一要求的位置應安裝可調的地圖照明燈，駕駛艙內一般照明應是亮度可調節的和開關控制的，在每個位置（包括觀察員）應設置一盞可拆卸轉動的通用燈，應防止駕駛員在判讀儀表和儀表上的專門符號時，出現的陰影、眩光和反射的干擾。飛機在空中或地面工作時，外界或內部產生在窗玻璃上的光反射不得影響飛機的安全操縱。駕駛艙內信號顯示器應設置調暗裝置和測試手段，駕駛艙正常出入通道的臺階應有照明，安排空勤機組成員位置處的照明，應盡量減少對相鄰空勤機組成員位置的干擾。所有在空中要使用的標牌應整體照明，應設置位于正駕駛員眼睛參考點前面的顯示器自動調節亮度的裝置。當備用電源工作時，應向必要的儀表和操縱器件提供照明。

3 驗證

駕駛艙布局及設施按飛機型號進行三維設計，標準人體樣板，駕駛員標準人的選擇按照GJB 4856-2003《中國男性飛行員人體尺寸》中的運輸機飛行員尺寸，選取其50%標準人作為人體樣板，進行仿真操縱、檢查人體樣板活動空間、運動干涉情況、應急出口開啟、通風窗開啟與關閉、設備的可達性、維修性等。

設計和制造含有駕駛艙的物理樣機，駕駛艙的布置，尤其是駕駛人員位置，也應進行適當而有效的驗證。請用戶和駕駛員在駕駛艙模擬飛機操縱，檢查視界、基本布局尺寸、艙內空間及環境、人機工效、操縱的可達性、應急出口撤離、照明等，給出評價。

駕駛艙的適航驗證程序應符合AP-21-AA-2011-03-R4《航空器型號合格審定程序》規定，按型號飛機適航驗證計劃和要求來進行。設計和制造部門應準備所有必須的文件（設計數據集、安裝調整技術條件、計算報告、試驗報告、試驗大綱、制造方法等），并按要求提交飛機型號的適航審查部門。

駕駛艙總體布局符合C C A R 2 5 . 7 7 7的（a）、（c）、（d）和（e）條款；同時符合CCAR25.772、25.773、25.775、25.777、25.779、25.781～25.833、25.1309、25.1381、25.1443、25.1447、25.1523等條款中相關部分要求。按適航部門認可的適航審定計劃完成相關的適航驗證工作。

4 結束語

現代飛機駕駛艙十分注重向玻璃座艙發展，盡量減少駕駛員的工作，經過“911”事件后，適航部門發布了防劫機的駕駛艙艙門FAR25-106《聯邦航空規章》修正案。人機界面設計還應考慮舒適性，其主要可以從視覺、聽覺、觸覺、空間等4個因素方面來考慮，要保證駕駛艙外觀和諧愉悅，駕駛艙相對安靜，座椅和飛行裝備舒適，駕駛艙盡量寬敞。同時駕駛艙設計應具有一定的容錯和防錯性，采用的設施的功能模塊化布局，可以使人機界面更加合理，具有邏輯性，避免飛行員的誤動。危險開關應放在特殊位置，盡量遠離常用開關，并設置防錯臺階（如加裝保護蓋），防止飛行員操縱其他開關時碰刮，同時要有特別提示，避免飛行員誤動。還可以采用邏輯設計，使飛行員的某些誤動無效。設計危險狀態和錯誤操縱的提示，以使飛行員能及時發現故障和錯誤，盡快改正。總之，駕駛艙的布局是一門綜合技術，是評判飛行品質的主要環節之一，也是保證飛機安全飛行首要因素。

（編輯：勞邊）

[中圖分類號]V223.1

[文獻標識碼]C

[文章編號]1003-6660（2016）03-0040-04

[DOI編碼]10.13237/j.cnki.asq.2016.03.012