飛機駕駛艙總體設計研究

王紀清 王雪萍

摘 ? 要：飛機駕駛艙是飛行員操縱飛機執行任務的工作環境，也是飛行員與飛機信息交互的唯一界面和手段，本文根據工程實際經驗，對飛機駕駛艙設計宗旨進行論述，對設計準則進行梳理，并給出駕駛員設計眼位和視界、儀表板、操縱臺、人機交互界面的設計思路、原則和考慮因素，可指導新機駕駛艙的設計，也可用于對現有飛機的駕駛艙改進優化。

關鍵詞：飛機 ?駕駛艙 ?總體設計

中圖分類號：V223 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（c）-0005-02

飛機駕駛艙是機組人員與飛機進行人機交互的首要場所，其功用是保證飛行員能夠獲取足夠的外部信息，并對飛機進行操縱，實現飛機安全飛行。駕駛艙設計的優劣不僅影響駕駛員的體力、心理和意識活動，而且直接影響作戰效率和飛行安全。駕駛艙設計的特點：空間小，儀表多，安全性要求高。在有限的空間內布置眾多的儀表，并考慮結構骨架的布置、人接受信息的規律、應急逃生等因素，必須通過合理布置和人機工效設計來提升機組操作效率和安全性。

1 ?飛機駕駛艙設計宗旨及設計內容

駕駛艙設計的宗旨是結合駕駛員的生理和心理特征，根據飛機的總體功能規劃協調飛機的操縱、控制、導航和通信等機載系統設備的布局，使駕駛員以最小的工作負荷，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，并作出正確的反應，操控飛機完成飛行任務。

駕駛艙總體設計的內容包括：設計準則確定、駕駛員設計眼位和視界的確定、駕駛艙總體布置、人機界面設計等。

2 ?飛機駕駛艙總體設計

2.1 設計準則

駕駛艙設計應符合CCAR-25-R4《運輸類飛機適航標準》第25.777條、25.779條、第25.781條等條款的要求，以及GJB807-90《飛機儀表板布局》、GB/T13547-92《工作空間人體尺寸》、HB6153-1988《飛機座艙視野》、HB7496-2014《民用飛機駕駛艙視野要求》等標準的要求。

駕駛艙設計應滿足人機工程學，人機界面設計可視可達的同時，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。

應符合“靜暗”的設計理念，即飛機處于正常飛行狀態，則無相關“聲”、“光”、“振”等告警反饋。目前主流的“靜暗”設計理念有兩種，一是建立在飛機各系統高度集成的基礎上，人機操縱的自動化應用程度較高，采用不指示則不操作的理念進行系統設計，即各系統在正常工作的情況下，人機操縱界面不提示，不顯示工作狀態，一旦有任何提示音或亮燈均代表飛機沒有處于正常狀態或者系統已經出現故障;二是以人為中心，駕駛員按操作程序進行操作，人機界面使用帶指示燈的按壓開關，系統正常工作時，開關上有相應的白色字符指示系統正常工作，字符顏色顯示效果柔和，當系統處于非正常狀態時，開關上亮起醒目的顏色，如琥珀色、紅色等，表明系統狀態，引起機組重視。

顯示器和控制器的布置需考慮使用頻率、重要性、信息量等，以此來分配布置位置。

應使駕駛員具有良好的視界，以便其觀察各類儀表信息，操控各器件，確保飛行安全。

儀表、開關、其它設施布置安裝應設計成使機組人員在正常出入時對人體的可能傷害減至最少，同時應使誤操作的可能性降至最低。

駕駛艙內裝飾應充分考慮隔熱、降噪、維護性等因素。

2.2 駕駛員設計眼位和視界

設計眼位是駕駛員處于正常駕駛狀態，兩眼之間連線的中點所在位置，是飛機設計過程中用于確定駕駛艙內部和外部視野以及駕駛艙幾何尺寸的一個設計基準點。

眼位高度基準從飛機駕駛艙地板上表面起算，計算公式為Zc=H50%PC-H1g

式中，ZC表示設計眼位高;H50%表示第50百分位標準人身高;PC表示正坐眼位高與人體高的百分比數;H1g表示標準人體重統計值在1g飛行時的下沉量。

設計眼位橫坐標根據中國人中等身材在飛機坐標中給出的定位尺寸為±533.4mm（最大值），推薦尺寸范圍為：±507.5～±533.4mm[2]。

設計眼位縱坐標根據飛機設計手冊第7冊中的視界定義，規定設計眼位到風擋的水平距離范圍為500～600mm，再根據已知的飛機機頭模型即可初步確定。

視界設計應滿足CCAR-25-R4第25.773條要求和HB7496-2014《民用飛機駕駛艙視野要求》。給駕駛員提供足夠寬闊、清晰、不失真的視界，確保飛機在使用包線范圍內能夠安全地進行任何機動，包括滑行、起飛、進場和著陸。

2.3 駕駛艙總體布置

駕駛艙總體布置包括主儀表板和遮光罩的布置，左、中、右操縱臺的布置，頂部操縱臺的布置等。

主儀表板和遮光罩位于駕駛員正前方可達可視位置，主要為駕駛員提供各種飛行信息，使飛行員能夠了解當前飛行狀態，是駕駛員觀察最為頻繁的部位。設計時需滿足內部視覺觀察的要求，主要考慮設計眼位到主儀表板的距離、飛行員水平視線與主儀表板平面夾角、設計眼位到遮光罩距離、飛行員視界下邊界等因素。

左、中、右操縱臺布置時，其高度應便于駕駛員對其上的開關進行操作，寬度尺寸應不妨礙飛行員空間需求，以及應急逃生需求。

頂部操縱臺布置時，主要考慮頂部操縱臺前沿對飛行員視覺的影響，以及對機組活動空間的影響，以及飛行員操作的可達性和可視性。

2.4 人機界面設計

人機操作界面設計應遵循邏輯一致性、操作一致性、顯示一致性原則。

（1）邏輯一致性。

目前，多數飛機操作界面大量使用了帶指示燈的按壓式開關，設計時應保持邏輯一致，當各系統正常工作，對應開關上的“接通”、“正常”字符指示燈應亮，當各系統處于非正常工作時，對應開關上的“斷開”、“故障”、“關閉”字符指示燈亮。

（2）操作一致性。

操作一致性主要是使控制器件的操作屬性表達的工作狀態保持一致。人機界面常用控制器件包括扳動開關、旋轉開關和按壓開關等。

針對扳動開關，可統一要求向飛機飛行方向扳動或向上扳動為“接通”，反之則為“斷開”，如果有三位開關，則中間位為“斷開”，向飛機飛行方向扳動或向上扳動為常用位。

針對旋轉開關，所有關斷位置應置于功能標識線左側，接通則需順時針旋轉，功能標識線一般采用“關斷”-“自動”-“接通”順時針設置及遵循類似法則設置多個位置。連續調節型旋鈕則一律采用順時針調節執行“增加”、“升高”等功能，逆時針調節則執行“減少”、“降低”等功能。

按壓開關可統一采用帶有指示燈的按壓開關，開關被按壓后，自動回到開關面的初始高度，但是開關上的“接通”或“斷開”指示燈相應亮起，僅通過開關上的指示燈來辨別工作狀態。

（3）顯示一致性。

根據GJB 1006的要求，駕駛艙所有警告燈顏色應統一采用航空紅，注意燈顏色統一采用航空黃，提示燈顏色統一采用航空綠。

3 ?驗證

駕駛艙設計完成后，應在三維軟件中建立三維模型，按照GJB4856-2003《中國男性飛行員人體尺寸》選取標準人進行仿真操作、檢查人體活動空間、運動干涉情況、應急逃生、通風窗開啟與關閉、設備的可達性和可視性以及維修性等。設計制造駕駛艙物理樣機，進一步開展驗證和改進工作。

4 ?結語

飛機駕駛艙設計不僅受到國外航空界的普遍重視，也是國內實施大型飛機發展戰略形勢下，自主研究的重要環節。目前國內飛機駕駛艙設計主要是在國外飛機駕駛艙基礎上進行修改，并不完全適合中國機組人員。本文對飛機駕駛艙總體設計思路和要求進行了梳理和研究，為設計人員提供一定的技術借鑒和支持。

參考文獻

[1] 張煒.民機駕駛艙人機一體化設計[M].西安：西北工業大學出版社，2015.

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