直升機駕駛艙眩光幾種工程解決途徑分析

謝映濤

摘要：隨著航空電子技術快速的發展并在直升機上的應用，直升機駕駛艙“玻璃”化趨勢明顯，但同時也帶來了駕駛艙光污染問題，對飛行員產生了不利的因素，因此有必要對駕駛艙眩光問題開展機理分析、理論解決途徑的探討，并從工程實際的角度考慮是否可行。

關鍵詞：直升機;駕駛艙;眩光

一、概述

隨著現代直升機座艙的高度復雜化和綜合化，駕駛艙內部光學環境越來越復雜。特別是大量采用綜合顯示器來代替過去的常規儀表，艙內照明燈具越來越多樣化和多功能化。復雜的光照環境與座艙內飾部件在色彩與空間上相互耦合，形成了更加錯綜復雜的艙內視覺環境，眩光問題表現得更為突出。在直升機技術高速發展的現代社會，眩光對直升機駕駛員視覺特性的影響是影響直升機性能的一個重要因素，嚴重影響著直升機的競爭力和生存力。

二、駕駛艙眩光產生的機理分析

駕駛艙內的綜合顯示器、導光板、照明燈、告警燈等產生的光源無方向性，部分發射到座艙玻璃上;光線在反射面（玻璃）上產生透射和反射（包括漫反射和鏡面反射）。光源、反射面（玻璃）及眼睛滿足一定的相對位置關系且無遮擋時，鏡面反射的眩光可達到人眼，表現為虛像;在夜間飛行時，駕駛艙外環境亮度低，光源在玻璃上呈現的虛像亮度高于環境背景的亮度，人眼此時可明顯的觀察到顯示器、導光板、照明燈、告警燈等在玻璃上形成的虛像。

駕駛艙內產生眩光且被觀察到必須同時具備以下四個條件：一是存在光源，鏡像的產生必須有光源，駕駛艙內的光源主要包括各種顯示器、告警燈、控制面板、獨立儀表等;二是存在鏡面反射，夜航時座艙側面和頂部玻璃是天然的反射面，光線作用在傳播介質分界面（玻璃）上，一部分透過界面，一部分發生反射，反射包括漫反射和鏡面反射，但漫反射無法形成鏡像，發生鏡面反射會形成鏡像。三是反射光線到達觀察者眼睛，只有反射光線能夠到達觀察者眼睛才有可能被觀察到，即光源、反射面及眼睛需要滿足一定的相對位置關系，在光源和反射面確定的情況下，觀察者眼睛只有在一定的位置和角度才能觀察到鏡像;四是駕駛艙內外亮度差比較大，只有駕駛艙內的鏡像亮度較艙外背景亮度大時，才有可能被觀察到，夜航時艙外亮度低，艙內發光物體在玻璃上形成的虛像亮度高于環境背景亮度。

三、駕駛艙眩光的理論解決途徑

一是對光源調整。沒有可見光源就沒有鏡像，但同時人也不能肉眼看到艙內的發光畫面，或者通過調整光源的亮度，降低光源在反射面上的鏡像效應;或者不可見光源如紅外光，通過特殊的設備儀器將其轉化投射到飛行員眼睛。

二是減弱鏡面發射。鏡面反射的問題就是駕駛艙玻璃反射率的問題，不同的玻璃材質的反射率是有較大差異的，特別是部分有特殊要求的玻璃里面涂有薄膜，因此駕駛艙玻璃對光線必然存在反射，目前分析來看只能減少而無法根本消除，即可以降低玻璃的反射率但無法使反射率消失。

三是反射光線無法到達飛行員眼睛。根據幾何光學可逆的原理，玻璃上的鏡像能到達飛行員的眼睛，說明飛行員眼睛與鏡像之間是暢通的，沒有任何的遮擋，因此有必要在飛行員眼睛到光源之間制造障礙，使駕駛艙發光器件光線限制在一定的區域內，無法直接到達飛行員的眼睛。

四是減小駕駛艙內外的亮度差。飛行員在夜航時能感受到眩光，一個重要的因素是駕駛艙內的發光器件過于明亮，遠超駕駛艙外界的亮度，飛行員在觀察的時候更加容易看到玻璃上呈現的虛像。

四、解決駕駛艙眩光途徑的工程可行性分析

一是調整光源，從目前的技術手段來看，直升機駕駛艙內的發光器件發出的光線無法避開人眼可觀察的波段，否則只能借助特殊儀器再次轉換到飛行員眼睛。如果采用特殊儀器的話，從經濟成本上是難以接受的，同時增加額外的機載設備會降低直升機的有效載荷，在為關鍵的是在直升機全壽命周期內各種使用、維護成本太高，因此，目前階段來看對光源進行調整是不可行的。

二是降低駕駛艙玻璃的鏡面發射，具體為降低玻璃的反射率。玻璃的一個重要光學性能指標是玻璃的反射率，目前大部分玻璃的發射率在7%左右，如部分有特殊要求的駕駛艙玻璃可能在夾層之間鍍有隱身涂層等，這樣駕駛艙玻璃的發射率可達到20%。如何降低駕駛艙玻璃的反射率顯得比較關鍵，目前玻璃制造工藝方面已經有了在玻璃夾層之間鍍制減反膜的技術，通過在玻璃夾層中鍍有氧化銦錫膜層，將玻璃的反射率降低至3%左右對駕駛艙眩光的解決是非常有效的。

三是在飛行員眼睛與發光器件之間制造障礙。通過研制光學定向膜，在顯示器等發光器件屏幕表面粘貼光學定向膜后，可將光源發出的光線限制在一定的角度范圍內，使光線可直接到達飛行員眼睛而無法到達玻璃，在滿足飛行員觀察儀表的同時避免反射眩光的產生;或是改進遮光罩外形/尺寸或發光器件的布置，將光線限制在一定的區域內容，減少發光器件的光線通過玻璃的鏡面反射到達飛行員的眼睛。

四是降低駕駛艙內外的亮度差。直升機夜航時，駕駛艙外通常是亮度較低，而駕駛艙內的顯示器、燈盒、儀表等均會發光且呈現出多種色彩，因此有必要對各種發光器件進行處理，一般可在光源表面增加磨砂，降低刺眼光線的產生，同時也能降低發光器件的發光亮度，降低直升機駕駛艙內外亮度差，使飛行員對在玻璃上的成像不是很敏感。

五、結語

直升機駕駛艙眩光問題愈發成為飛行員關注的一個問題，由必要從機理分析上開展研究，并提出各種理論上的解決途徑，并需充分考慮工程實施的可行性，通過對玻璃的減反膜研制、發光器件表面增加磨砂、在發光器件表面增加格柵、調整駕駛艙內設備的布置及遮光罩外形尺寸更改來緩解直升機駕駛艙眩光問題。

參考文獻：

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