軍用飛機平顯基本顯示設計研究

滕建方

（航空工業洪都，江西 南昌，330024）

0 引 言

平視顯示器（簡稱平顯，Head up Display，HUD），它與其他飛機座艙顯示器的一個重要區別是它將飛行/瞄準信息通過準直光學系統顯示成像在無窮遠處， 利用組合鏡使飛行員能夠同時觀察飛行/瞄準信息和座艙外景。 它是飛行員感知本機、目標及其他作戰信息的人機接口設備，決定了飛行員攻擊過程中的態勢感知（Situation Awareness，SA）能力，也直接影響目標攻擊的準確性， 對于提高戰斗機的作戰性能，保證其飛行安全性具有重要的作用，是現代戰斗機的關鍵設備[1]。

現代戰斗機平顯顯示器的顯示設計基本是各自獨立發展，在遵循一些基本規律的前提下都有自己的顯示特點，也正因為如此，平顯顯示設計上看上去類似，但在細節上有很大差別，本文結合工程設計經驗對平顯的基本顯示設計進行了梳理與研究，為航電系統設計人員提供相應參考。

1 平顯基本顯示信息與布局

平顯的基本顯示字符信息主要包括：①飛機基準字符（視軸）；②飛機的俯仰；③飛機的滾轉；④當前的航向；⑤當前的速度；⑥當前的高度；⑦當前的航跡。

平顯有多種顯示布局方式[2]，但教練機/戰斗機的平顯顯示有其典型布局，即航向在上，姿態在中，速度在左，高度在右，其布局如圖1。

圖1 戰斗機平顯典型“T”型顯示布局

其中①1，3，8，9-馬赫數、高度、導航、武器等信息顯示，不同飛機設計布局略有不同；②2-速度顯示符號；③4-高度顯示符號；④5-飛機姿態符號；⑤6-航向符號；⑥7-橫滾符號。

對于飛行員而言，平顯是其能感知飛機姿態的最重要的信息來源，這里包括飛機機頭的指向、飛機速度的指向，攻角、俯仰、橫滾等，另外還包括高度與速度的信息等，這些信息也是其他武器、雷達等戰術信息顯示的基礎，對于平顯的顯示設計有著重要意義。以下即是幾種平顯基本顯示符號及設計方法，可為相關人員提供借鑒。

2 基本信息符號設計

2.1 飛機基準符

飛機基準符即是指機頭指向，用圖2（a）來指示，由于其指向多跟炮口指向相同，因此也常用炮口符號圖2（b）來代替指示，該符號是整個平顯符號設計的基準，其上方就是上視場，下方就是下視場。炮口符號在部分型號的設計上有時會隱藏，僅在航炮攻擊時顯示。

圖2 飛機基準符

2.2 航向與航向刻度帶

航向信息用航向刻度帶與刻度帶上的航向數值信息來指示，該符號的設計主要涉及以下幾個問題：

1） 航向刻度帶的形狀， 典型的航向刻度帶有橫向的帶狀，圖3（a），也有圓弧狀的航向刻度帶，圖3（b），帶狀的航向刻度帶一般在平顯上方中間，而圓弧狀的刻度帶一般在平顯下方中間，戰斗機多采用帶狀顯示。

圖3 典型航向刻度帶符號

2）當前航向的指示，當前航向需要向飛行員突出進行顯示，以方便飛行員在需要獲取航向信息時快速準確獲取，突出的形式有多種，在刻度帶下方增加一條短線，如圖4（a），在當前航向數值外圍套框，如圖4（b），或者增粗當前航向數字的字體，如圖4（c），都是典型的設計方法，也有的飛機會用多種方式進行組合。

圖4 不同突顯航向信息顯示方式

3） 航向刻度帶的寬度，刻度帶的寬度與視場有關，以能體現刻度帶變化趨勢為準，工程經驗帶狀以30 度-40 度為宜，也有飛機上為保證視場簡潔在平顯防擁時或者直接將航向刻度帶刪除的例子。圓弧狀的多以半圓為準。

4） 導航信息的指示，在航向刻度帶上有幾個常用導航信息的指示，包括飛機當前航跡的指示，應飛航向（或應飛航跡）的指示，無線電羅盤、塔康的方位指示，預置航向等等。 當前航跡表示飛機真實飛行軌跡在地面投影的方位指向，在導航時，相比航向信息所表達的機頭的方位指向，飛行員其實更關心真航跡的指向，所以常在航向刻度帶上用一個符號來表征，圖5 中用“∧”來表示，相應的也會有“應飛航跡”的符號來指示飛行員，當然有的型號不會在航向刻度帶上引入“航跡”的概念，也有使用“應飛航向”來引導飛行員的，二者的目的都是引導飛行員到達目的地，沒有本質區別。無線電羅盤、塔康的方位指示、預置航向等也可以在航向刻度帶上用不同符號進行指示，從而引導飛行員進行相應無線電導航，在此不進行贅述。

圖5 帶導航信息的航向刻度帶符號

2.3 速度與速度刻度帶

速度與速度刻度帶處于平顯顯示的左側，指示飛機當前的速度與速度變化趨勢。該符號的設計主要涉及的問題如下：

1） 速度刻度帶的形狀， 速度刻度帶的符號一般用豎的帶狀刻度帶顯示，如圖6（a）與6（b）所示，近年來陸續有型號采用圓圈狀的顯示，如圖6（c）所示。 帶狀的顯示是經典的顯示，它可以很好的向飛行員傳遞速度信息與速度的變化趨勢，但會占用較多的平顯顯示空間，造成飛行員觀察外視景的視線障礙。相比帶狀的速度刻度帶，圓圈狀的速度刻度帶占用的平顯空間更少，符號也更為簡潔，但不如帶狀刻度帶直觀，帶狀刻度帶的上下，與人習慣中增減的概念一致，而圓圈狀的順時針與逆時針旋轉對應速度的變化沒有直接聯系，有的型號上二者都有設計，可以讓飛行員自行選擇。

圖6 典型速度刻度帶符號

2） 速度刻度帶的密度，所謂速度刻度帶的密度是指速度刻度帶量程的疏密，過密會導致“搶占”飛行員的平顯外視景資源， 隨著飛行員越來越注重外視景，所以速度刻度帶的設計也逐漸向“疏”發展，如圖6（b）相比6（a）刻度帶的密度“疏”一些，在平顯防擁或者在某些型號的設計中已經完全去掉了速度刻度帶的指示，僅保留相應速度數值顯示。

3） 當前速度的指示，同當前航向的指示類似，速度數值的顯示需要快速準確的提供給飛行員，套框、增粗字體等也是常用的方式。 此外，需要指示速度的類型，“T/I/G”對應真空速、指示空速與地速。

4） 導航信息的指示，速度刻度帶上通常包含“應飛速度”的指示，通常用“＜”來指示，如圖6（b）所示，指引飛行員按時準點到達目的地。 此外，攻角、過載、馬赫數等關鍵信息數據通常都在速度刻度帶的周圍，具體信息的布局在每種飛機上也各有不同。

2.4 高度與高度刻度帶

高度與高度刻度帶處于“T”型布局的右側，指示飛機當前的高度與高度變化趨勢，該符號的設計主要涉及的問題與速度刻度帶類似，如圖7（a），目前也有帶狀與圈狀的設計；有的飛機在高度數值的顯示的設計會在高位上進行大一號字體，如圖7（b），從而突出顯示，目的仍然是讓飛行員快速獲取高度信息；此外，高度刻度帶需要將飛機的升降速度信息提供給飛行員，有的設計中提供直接的數值指示，有的則以相應的符號指示，如圖7（c）、（d）。

圖7 典型高度刻度帶符號

2.5 姿態線

姿態線向飛行員提供基本的姿態顯示，各型飛機在該符號的設計上各有特點，其主要問題與設計如下：

1） 姿態線的形狀，姿態線的設計各飛機大同小異，但在細節上各有自己的特點，通常姿態線正俯仰為實線，如圖8（a），負俯仰為虛線，如圖8（b），為飛行員提供明顯的“天地”區分；在設計上，刻度線有的采用分段的方式，有的采用整體實線如圖（c）表示；0 度俯仰線表示水平線， 一般用明顯的長線突出顯示，如圖（d），讓飛行員可以快速了解飛機與天地之間的相對關系；過高的正俯仰或過低的負俯仰往往會給出飛行員相應的提示，以提醒飛行員天地位置，避免天地混淆，釀成事故。

圖8 典型姿態線符號

2） 姿態線的量程， 姿態線在量程上一般采用5度或2.5 度為標準，5 度的量程在顯示上更簡潔，2.5度則更精確，一般在進場時切換到2.5 度，而在正常飛行時采用5 度，保證飛行員更好的觀察外視景。

2.6 速度矢量符

速度矢量符表示飛機真實的速度指向，常見的設計問題如下：

1） 速度矢量符的形狀，速度矢量符的符號常見的如圖9（a）、（b）；通常速度矢量符會帶有細節上的變化來代表一些特殊的飛機狀態，如起落架的指示，如圖9（c）；許多型號設計中會引入“鬼影符”如圖（d）的概念來表征真實的速度指向， 而原速度矢量符只上、下移動，避免飛行員在高機動時丟失姿態信息。

圖9 典型速度矢量符符號

2） 速度矢量符的驅動，速度矢量符在平顯的驅動數據可以是大氣攻角與大氣側滑，或者是慣性攻角與慣性側滑，從工程經驗上來講，建議使用慣導數據，盡管慣性數據相比大氣數據略有滯后，但數據的穩定性要好，且精確性也足夠。

2.7 橫滾與橫滾刻度帶

橫滾表示飛機機翼與水平線之間的相對角度關系，橫滾刻度帶的符號常見的如圖10，橫滾刻度帶與姿態線的滾轉一致，一般在平顯下方，有的飛機在平顯上方布置，在有些飛機的設計中不會顯示橫滾刻度帶，原因仍然是保持整個平顯簡潔的需要。

圖10 典型橫滾刻度帶符號

3 結 語

戰斗機平顯顯示一直在不斷演化，在遵循一些原則的基礎上不同飛機的平顯顯示設計差異性有變大的趨勢，本文對平顯基本顯示元素的設計進行了總結與探討，供相關設計人員參考。