驾驶舱视界的适航性设计与验证方法研究

李 岩 谈炜荣 王春生

（中航工业综合技术研究所， 北 京 100028）

1 条款要求

本部分从适航标准中对于驾驶舱视界的条款要求出发，对条款的技术内涵进行了分析，提出了为满足条款要求所存在的技术问题。

1.1 条款内容

CCAR 25.773（a）中对于驾驶舱视界的要求如下：§25.773 驾驶舱视界

(a) 无降水情况 对于无降水情况，采用下列规定：

(1) 驾驶舱的布局必须给驾驶员以足够宽阔、清晰和不失真的视界，使其能在飞机使用限制内安全地完成任何机动动作，包括滑行、起飞、进场和着陆。

1.2 要求分析

在正常的运行条件下，包括滑跑、起飞、进场、留空和着陆，白昼与夜间飞行条件，为了安全运行，驾驶员需要保持良好的舱外视野。因此，要求驾驶员的前方和侧方一定范围内都需要有足够宽阔、清晰和不失真的视界。

1.3 技术问题

CCAR 25.773(a)(1)中为无降水时的基本视界要求，包括视界范围及清晰和不失真的要求。本文主要针对视界范围的要求进行分析。为了满足此要求，其中存在的技术问题包括：

条款中要求视界“足够宽阔”，但并没有给出具体的判断标准，在设计与验证中如何判断视界已“足够宽阔”？

根据航空器的运行经验，飞机在着陆飞行时对于视野的要求最为严格，相应的视野要求应如何体现？

2 设计要求和方法

2.1 视界“足够宽阔”

对于条款中如何判定视界是否“足够宽阔”的问题，国内可供参考的标准是HB 7496–1997《民用飞机驾驶舱视野要求》。美国SAE协会也颁布了AS 580B《驾驶舱内的驾驶员视界》，并在2003年被新颁布的ARP 4101/2《驾驶舱内的驾驶员视界》所替代。此外，美国FAA还于1993年在AS 580B的基础上经过部分修改，颁布了AC 25.773–1《驾驶舱视界设计》。综合对比，以上各标准文件除少数差别外，主要内容基本一致，而且已经在当前的运输类飞机设计与审查中应用。

经分析，在设计中，为了确定驾驶舱视野，需要遵循以下步骤：

首先，判定视界范围之前应当确定驾驶员在正常驾驶操作过程中眼睛所处的位置，即设计眼位（Design Eye Position），在此基础上确定测量基准。

其次，在以上测量基准的基础上，确定一定的角度范围作为透明区域，以此判断具体的驾驶舱视界是否“足够宽阔”。

2.1.1 确定设计眼位和测量基准

设计眼位是驾驶员处于正常驾驶状态，两眼之间连线的中点所在的位置，是飞机承制方用于确定驾驶舱内部和外部视野以及驾驶舱几何尺寸而选择的一个设计基准点。设计眼位由以下两个方面来决定：一是驾驶员座椅相对驾驶舱的基本位置，二是驾驶员自身的基本身体尺寸，包括身高、瞳孔间距等人体测量学基本数据。在建立设计眼位位置时必须满足以下条件：

一是驾驶员处于正常操作位置，且中等身材（158cm～190cm）驾驶员坐在该位置上可以全行程地使用所有操纵器件；

二是椅背处于直立位置；

三是椅垫压缩量由77kg～91kg的人员引起；

确定设计眼位后，为确定视界范围，还需要确定以下基准的测量参考面：

一是中心轴——通过设计眼位后84 mm的点，且垂直于水平面的直线；

二是垂直基准面——设计眼位与中心轴构成的平面；

三是水平基准面——通过设计眼位且垂直于中心轴的平面；

垂直基准面和水平基准面相对于飞机是固定的，且平行于飞机的零俯仰角和偏航角。

2.1.2 确定透明区域的角度范围

所谓透明区域，是指驾驶员用“双目视界”从设计眼位进行角度测量而得到的。双目视界指用两只眼睛所能看到的总区域。在测量视界角度范围时，按照图 1进行。其中，驾驶员两眼间距离为63.6 mm，在同一个水平面内绕在设计眼位后约84 mm的中心轴转动。这些尺寸是人头盖尺寸的平均值。

在以上测量基础上，要求的透明区域（角度范围）如图 2所示。图中表示的是左驾驶员的视界需要，对于右驾驶员而言，其尺寸应当与左驾驶员相对称。具体要求：

一是从垂直基准面左40°、水平基准面前上方35°，线性递减到右20°、上15°；

二是垂直基准面左30°到右10°之间的水平基准面前下方17°，线性递减到右20°、下10°；

三是垂直基准面左40°到80°之间的水平基准面前上方35°，线性递减到左12°、上15°；

四是从垂直基准面左3°、水平基准面前下方17°，线性递增到左70°、下27°；

五是垂直基准面左70°到95°之间的水平基准面前下方27°，线性递减到左120°、下15°；

图1 角度测量基准

图2 驾驶舱视界角度范围

说明：以上AC 25.773–1推荐的是最低视界要求，在实际设计中应该尽可能超出该要求；而且，在规定的视界要求中，相对而言，驾驶员正前方的视界要求更为严格，所以很多型号设计中的风挡视界都超出了规定的要求。如图 3～图 6所示。

2.1.3 视界障碍的要求

以上为基本的视界与透明区域要求。但是在此透明区域，因为风挡及窗户的边框等结构的存在，不可避免会导致一些视界障碍，为此，还需满足如下具体要求。

一是在图 2所示的视界极线图上左右20°之间不允许有视界障碍物。

二是在此40°以外的区域视界障碍也应保持最少，理想状态不超过3处（如中间位置，前方和侧边位置）。

三是当一名驾驶员在设计眼位左右80°范围内的任一给定方位视野被阻碍时，另一名驾驶员用双目视界对该方位应仍有清楚的视野。

四是当通过63.6 mm平均眼距的双目视界来排除结构障碍时，要求障碍物的投影宽度小于眼距尺寸。

图3 A340的驾驶舱视界范围a

图4 A340的驾驶舱视界范围b

图5 A380的驾驶舱视界范围a

五是驾驶员应可用双目视界向左、右移动头部13 mm（0.5英寸）来消除障碍，如图 1所示的向左移动。

说明：以上为AC 25.773–1对视界障碍的要求，但在HB 7496和ARP 4101/2只有以上一、五条的要求，而且第五条中还允许移动头部32 mm来消除障碍。鉴于当前很多型号如A340、A380等都能满足此AC的要求，本文建议在具体设计中采取AC 25.773–1推荐的方法。

2.2 着陆视界要求

在飞机正常的滑跑、起飞、进场、着陆等过程中，着陆飞行对于驾驶舱视界的要求最为严格。对于如何确定着陆视界的问题，ARP 4101/2中要求，在满足以上的基本视界要求之外，还需要额外满足一些条件。要求飞机着陆时向前下方的视界还应满足飞机处于下列形态，驾驶员看到进场的场长和/或接地区域内的跑道灯的长度是其以着陆进场速度飞行3s所覆盖的距离：

一是飞机以2.5°下滑坡度进场；

二是飞机的最低部分（例如起落架放下时轮胎的下胎面）离接地区跑道平面的垂直高度为30.5 m（100 ft）的决策高度上；

三是飞机向左偏航以抵消18.5km/h（10节）的侧风；

四是飞机处于最临界的重心和重量位置。

五是以366 m（1 200英尺）的跑道能见距离（RVR）进场。

下面以A340系列为例，介绍该机在二类盲降（CAT II）着陆时的视界范围设计要求，其决断高度为30.5 m（100ft）。该机的向下视野范围为20°，且在每侧的驾驶员在其座椅上可以看见飞机翼尖，如表 1和图 7所示。

图6 A380的驾驶舱视界范围b

表1 A340–200及A340–300着陆视界数据

图7 A340–300的着陆视界

其中：

RVR：跑道视程（Runway Visual Range）；

SRV：斜视距离（Slant Visual Range）；

V：可视距离；

O：不可视距离。

以A340–300为例，从图 8可以计算出其着陆进场速度飞行3s的距离为：

l1=147.5kts×1.852km/nm×3s/3.6=223.7m

而按照表 1给出的数据，可以计算出在规定构型下，A340–300的可视跑道距离为：

l2=RVR–O=366m–120m=246m

由此可见，l2＞l1，而且还不计A340–300以2.1°俯仰角着陆时造成的可视跑道距离损失。所以，A340–300的着陆视界满足并超出了ARP 4101/2中的要求。

3 符合性验证方法

为了表明对条款要求的符合性，目前国际通用的符合性方法（MoC，简称MC）有10种，按照AP–21–03R4《型号合格审定程序》附录I的内容，这10种符合性方法具体如表2所示。

表2 符合性验证方法分类

图 8 A340-300着陆进近速度

为了验证无降水条件下的视界范围满足要求，可以提供相关的设计技术资料和图纸，并结合机上检查测量来验证。测量时既可以考虑传统的使用摄像系统的方法，也可采用其他方法，例如使用3—D图解系统等。在此基础上，飞行员应当通过飞行试验来做出评估，给出评估报告。

针对条款中提出的驾驶舱视界要求，空客A340飞机通过提供驾驶舱内部描述（MC1），并结合飞行试验（MC6）评估进行验证。空客A380飞机亦通过提供说明文件（MC1）表明A380风挡的透明区域比ARP 4101/2中所定义的区域更大，并通过飞行试验（MC6）进行了验证。

综合以上分析，本文建议针对条款采取如下符合性方法：

MC1：根据设计技术资料，提供图纸和设计说明书，表明本款的符合性；

MC6：进行飞行试验，通过飞行试验演示驾驶舱视界符合要求。飞行员应对此作出评估，并写出评估报告。

MC7：进行机上地面检查或测量，可使用一个特别的照相系统进行检查，也可使用三维作图或其它简单的测量设备进行检查测量并写出报告。

4 结论

综上所述，追溯适航条款的发展、分析适航条款的要求，这仅仅是迈出了第一步。更重要的是要从型号研制适航性工作需求出发，深层次地挖掘研究适航条款背后所隐含技术内容，从适航性设计与符合性验证的角度入手，最终着眼于解决型号研制工程中所面临的适航性技术问题。

本文仅选择了CCAR 25.773条——驾驶舱视界的适航条款为研究示例，探讨了从条款发展追溯到适航性设计要求分析和符合性验证方法确定等整个过程的研究思路和具体做法，以期能为国内民用航空器型号研制中相关适航性工作提供参考和支持。