基于人機工效的失速告警系統(tǒng)架構設計

王永鑫 崔宇

摘 要 本文通過功能需求和安全性需求定義了一個失速告警系統(tǒng)架構。針對機組可能獲得誤導信息，提出失速告警是否增加抑制功能的問題。根據(jù)人機工效的設計原則，考慮飛機的安全性和飛行員具有最終的操作權限，確定了失速告警系統(tǒng)應不單獨設置抑制開關，而依賴于機組告警系統(tǒng)的音頻抑制功能來抑制誤導的失速告警音頻信息。

【關鍵詞】失速 告警 人機工效 人為因素 安全性

失速告警系統(tǒng)是FAA規(guī)定的民用運輸類飛機必不可少的關鍵系統(tǒng)之一。失速告警系統(tǒng)為飛行機組提供失速警告，防止飛機進入失速。同時，飛機還應裝有失速識別系統(tǒng)對飛機進行保護。失速告警系統(tǒng)和失速識別系統(tǒng)（失速保護系統(tǒng)）同時失效將導致飛機災難的影響。

1 典型的失速告警系統(tǒng)架構

根據(jù)飛機系統(tǒng)采用的研制流程，系統(tǒng)架構要根據(jù)系統(tǒng)的需求進行設計，并對系統(tǒng)需求進行確認和驗證。

典型失速告警系統(tǒng)需求如下，僅作為參考：

失速告警系統(tǒng)應保證在飛機接近失速狀態(tài)和進入失速狀態(tài)時，能夠根據(jù)在飛機襟翼位置、結冰狀態(tài)、迎角信息、大氣數(shù)據(jù)信息，給出告警信息。

失速告警邏輯和方程應考慮結冰條件，它可能與非結冰條件下的不同。

喪失失速告警系統(tǒng)應為不可能（improbable）；

不得有單點失效導致失速識別系統(tǒng)的誤動作。

根據(jù)以上的需求，失速告警系統(tǒng)可以有很多不同的架構。此處，失速識別系統(tǒng)選用抖桿器，失速保護系統(tǒng)與失速告警系統(tǒng)相互獨立，同時不考慮迎角傳感器加溫問題。則失速告警系統(tǒng)的架構如圖1所示。

2 失速告警系統(tǒng)架構存在問題

考慮到“機組獲得誤導的失速告警信息的概率應不大于10-5/飛行小時”，在飛的全壽命周期中會出現(xiàn)數(shù)次誤導的失速告警信息。失速告警和失速保護系統(tǒng)需要考慮是否使用抑制開關來切斷虛警或誤動作。

3 飛機設計理念下的人機工效原則

根據(jù)和諧為導向的駕駛艙設計理念，同時參考空客和波音的駕駛艙設計理念，定義某飛機的部分設計理念如下，僅作為參考：

飛行員具有飛機最終操作的權限；

決定飛機設計要素次序為：安全，乘客舒適度，效率；

在正常和非正常操作模式下均應考慮人的基本力量和局限，以及個體差異。

4 失速告警系統(tǒng)的安全性及適航要求

根據(jù)AC25-7C中的要求，對于失速識別系統(tǒng)，飛機應為2個飛行員提供快速斷開的方法。因此，根據(jù)失速告警系統(tǒng)的架構可以設置開關來斷開推桿器。這也符合飛機設計的理念，飛行員應具有最終的決策權。

同時，AC25-7C中還要求，失速告警系統(tǒng)需要在飛行過程中一直保持預位狀態(tài)，但在飛機起飛前的階段可以抑制預先告警的邏輯。同時，還需要防止在起飛中由于迎角傳感器誤校準導致的虛警。這兩點要求可以在失速告警系統(tǒng)的邏輯中實現(xiàn)，不必使用抑制開關來關閉失速告警系統(tǒng)。

5 告警抑制

失速告警系統(tǒng)在不同的條件下具有不同的告警點。當飛機處于結冰狀態(tài)時，飛機失速告警點位于正常失速點前。因此，飛行員希望在能夠辨識出飛機的處于非結冰狀態(tài)時，抑制結冰狀態(tài)下的失速告警。

失速通常最早發(fā)生在機翼處，飛行員判斷的結冰依據(jù)是駕駛艙窗外的探冰棒，并不能觀察到機翼的結冰條件。因此，不能依賴于飛行員對結冰條件的判斷。

飛機的失速告警系統(tǒng)通過機組告警系統(tǒng)觸發(fā)飛機的音頻告警。而機組告警系統(tǒng)具有聲音抑制功能。使用該功能可以消除失速告警系統(tǒng)發(fā)出的誤導音頻告警信息，從而減輕對飛行員的干擾。從安全性角度考慮，當飛行機組抑制了音頻告警時，飛機仍具有失速告警功能，可以通過顯示器的視覺信息和抖桿器的觸覺信息進行告警。

6 結論

根據(jù)人機工效設計中的飛行員具有最高決策權限，以及飛機設計中安全性第一的設計理念，失速告警系統(tǒng)應不單獨設置抑制開關，而依賴于機組告警系統(tǒng)的音頻抑制功能來抑制誤導的失速告警音頻信息。當失速告警系統(tǒng)發(fā)生誤告警時，飛行員仍可以通過抑制開關斷開失速保護系統(tǒng)，具有對飛機的最高操作權限。仍然存在的人機工效問題是當失速告警系統(tǒng)發(fā)生誤告警時，飛行員需要忍受抖桿器的抖動。在該條件下是否會對飛行員的操作產(chǎn)生影響，需要通過試驗進行評價，決定抖桿器的振動幅度和安裝位置。

參考文獻

[1]ARP 4754A，Guidelines for Development of Civil Aircraft and Systems[S]. 2010.

[2]Advisory Circular 25-7C，F(xiàn)light Test Guide For Certification Of Transport Category Airplanes[S].2012.10.16.

[3]傅山.民用運輸類飛機駕駛艙人為因素設計原則[M].上海交通大學出版社，2013（12）.

[4]ARP 5056 Flight Crew Interface Considerations in the Flight Deck Design Process for Part 25 Aircraft[S].2006（09）.

作者單位

1.中航西飛民用飛機有限責任公司 陜西省西安市 710089

2.航空工業(yè)西安飛機工業(yè)集團有限責任公司 陜西省西安市 710089