使用HUD在特殊Ⅱ类机场运行的研究

向小军，高 升

（中国民用航空飞行学院，四川 广汉 618307）

0引 言

HUD是英文h ead－up－display的缩写，中文名称为平视显示器。HUD最早应用于军用作战飞机，作为武器瞄准工具在19世纪50年代出现。到了20世纪80年代罗克韦尔·柯林斯首次将HUD技术应用于商用飞机。90年代美国FAA在其国内推进该项技术的应用，并公布了相关运行标准。我国民航从2003年开始跟踪美国FAA的规章标准，建立中国民航运行标准。山东航空公司也从2005年开始使用HUD实施试运行。经过10年的研究与实践，山航已经获得了使用HUD进行标准Ⅰ类运行、特殊Ⅰ类运行和标准Ⅱ运行的审批，并且积累了大量的经验与成果。这也为中国民航在推进HUD这项新技术的应用提供了经验。

经过10年的推广和试点，HUD给航空公司运营带来的安全及经济效益开始显现并逐渐被业内人士所认可。2014年10月中旬，在民航局飞标司主持下分别在青岛和上海召开低能见度运行会议。会议的主要目的是讨论部署使用HUD实施特殊Ⅱ类运行的工作。会议决定在青岛机场由山东航空公司使用波音承担试运行工作，在上海浦东机场由东方航空公司使用空客飞机承担试运行工作，并确定了公司、机场、空管局、民航监管局等单位的工作及完成的时间节点。HUD对中国民航来说还是一种新技术，国内对使用HUD运行的研究成果还相对较少，故在实际运行中还有许多问题需要研究。

1 HUD简介

HUD是一种能把关键飞行数据投射到飞行员正前方透明玻璃板上的显示系统。它主要由经过特殊处理的显示组件、头顶投影仪、计算机、控制组件等组成，安装在驾驶舱中与飞机的仪表着陆系统接收机、飞行管理系统（FMS）、高度表、速度表、飞行控制系统、机载防撞系统（TCAS）、风切变告警（GPWS）等系统相连。也就是说HUD与传统仪表的数据来源完全一致，且HUD将所接收信号经过处理显示为图形信息更为形象和灵敏。柯林斯公司研发的平视显示器引导系统在波音737驾驶舱的布局如图1所示。

图1 HUD在驾驶舱中的布局

显示组件位于座舱前端，高度大致与飞行员的眼睛成水平，投射的文字和影像调整在焦距无限远处，飞行员透过HUD往前方看的时候，能够将外部视景与HUD显示的信息融合在一起。飞行员不需要低头查看传统仪表，始终保持抬头的姿态，降低低头与抬头之间忽略外界环境的快速变化以及眼睛焦距需要不断调整产生的延迟与不适。成像系统的工作原理如图2所示。

图2 HUD成像原理

HUD将来可以与PBN、EVS等技术相融合，HUD和EVS的结合，是HUD发展的主要方向。增强视景系统（EVS）通过图像传感器获得外部景象的电子实时图像，将信息显示在HUD上，或独立使用，向飞行提供跑道特征（例如：跑道照明）以及周围地形和障碍物特征的图像，提高夜间和低能见度条件下飞行时的情景意识。

2 使用HUD实施特殊Ⅱ类运行的意义

中国民航航空运输系统，在快速发展过程中面临着诸多挑战，主要包括空域受限、机场容量饱和、运输总量大幅度增长、飞机机队数量快速增加等因素。航空公司和机场的安全和运营压力增大。

航空公司压力增大，一是机队数量快速增加，致使在飞行安全和运行管理方面的压力越来越大；另一方面旅客出行对航班正点率的要求与航空公司可供驾驶员应对复杂地形机场和天气能力的训练手段单一，以及航空公司在低能见度运行的投入成本少，导致实际运行压力的增加。

机场运行保障压力增加，目前我国具备低能见度运行条件的机场数量不足，Ⅱ类机场只有4个，无Ⅲ类机场。按照传统方式对现有I类机场作II、Ⅲ类运行标准的升级改造资金投入量大、技术难度高。当出现严重影响飞行运行的天气时，航班大面积延误和机场旅客滞留等导致运行压力增大。现有机场在基础设施投入和地面运行保障方面能力不足，同时现有运行方式对地面设施的依赖程度高，导致地面运行保障面临很大压力。特殊机场受地形和地理条件的影响，传统陆基导航设施难以满足运行需要，且投资巨大，维护成本高。在实际飞行过程中，驾驶员难以建立对外界环境的有效监控。

HUD是解决上述问题的有力工具。特殊Ⅱ类运行是指飞机利用HUD技术在机场Ⅰ类仪表着陆系统上实施RVR350米／DH30的运行，即机场设施低于国际民航标准。使用HUD可以提高飞行员的飞行品质：

（1）增强飞行情景意识，飞行员通过HUD平视组合显示器获得飞行状态信息，无需再低头看常规仪表，极大地增强了飞行员的情景意识，防止丢失飞行状态。

（2）减少飞行技术误差，以柯林斯的HGS 为例变常规仪表的飞机姿态指引为轨迹指引，而且信号灵敏度高，飞行员视野广，可以与目前正在推广的RNP技术有机地结合起来，最大限度地提高了人工操纵的飞行诸元精度，能减少飞行技术误差。

（3）有助于实施稳定进近，减少重着陆和擦机尾事件的发生。根据山航运行统计，使用HUD运行整体三级事件发生率明显下降，如图3所示使用HUD运行三级事件发生率为5．44%，不使用HUD三级事件发生率为6．94%，使用HUD后三级事件发生率降低了21．6%。使用HUD发生的三级事件中有许多是飞行员对HUD的使用不够娴熟造成的。

图3 三级事件发生率比较

（4）能够精确预测接地点，Ⅰ类ILS信号在190英尺（约57.9米）以下就不再可靠。以HGS为例当飞机以AⅢ模式下进近到离地面190英尺时系统就开始比较计算出的趋势下划线与盲降信号，进近到140英尺就不再使用盲降信号，而是使用计算机计算出的引导轨迹，提高了接地点的准确性。

使用HUD运行能够提高飞行运行品质，这也促使国际民航组织对其运行降低标准；即通过验证批准可以在Ⅰ类盲降设备上实施特殊Ⅰ类运行、特殊Ⅱ运行甚至是Ⅲ类运行。这样在节省大量的机场建设改造费用的情况下，能提高航班正常率，增加航空公司经济效益。目前国内多家航空公司已具备实施特殊Ⅰ类运行的资质；山航作为国内HUD试点单位，已有10年的HUD运行经验，具备了RVR200米起飞能力。据民航资源网消息，2015年2月26日济南机场大雾天气，能见度持续降低，最低至RVR（跑道视程）100米左右，远低于济南机场最低起飞标准RVR400米的要求。上午10：00，跑道RVR升至200米，山东航空公司由B－5781飞机执行的SC1177航班使用HUD RVR200米起飞程序安全起飞。这是中国民航历史上首次实现运用HUD技术在RVR200米条件下起飞，对提高民航运行能力具有深远意义。

3 使用HUD实施特殊Ⅱ类运行要解决的问题

通过上文可知使用HUD能够提高飞行运行品质和运行能力，但是使用HUD实施特殊Ⅱ类运行还需注意以下几个问题。

（1）要注意航向信标临界区和敏感区的保护，临界区和敏感区如下图所示。临界区内要求无障碍物，也不应有任何地面交通活动。敏感区是比临界区更大的一片区域，实施特殊二类运行时，未经许可的航空器和车辆不应进入敏感区，同时等待位置应在敏感区外。一些比较老的机场要对敏感区保护可能会存在一些问题，对于新建机场在规划设计时应考虑到临界区和敏感区的保护。

图4 临界区

图5 敏感区

（2）要重新对飞行程序进行评估。要按二类精密进近程序评估标准对各个进近复飞程序进行评估，检查是否满足超障要求。

（3）对灯光系统和辅助设备的要求主要包括：要有简易灯光系统或带有顺序闪光灯的Ⅰ类进近灯光系统；一秒钟切换的电源及灯光监视系统；接地区RVR。

（4）现在机坪区域要划归机场指挥，故机组、空管、机场三方要建立顺畅实时信息交流通道，协同好地面与空中的间隔。

（5）实施特殊Ⅱ类运行，要面临的一个重要问题是建立地面运行程序。现如今在低能见度条件下实施起降的飞机数量有限，可以采取使用followme车引导的方式引导飞机滑行，但是在使用HUD后航空公司低能见度运行能力得到提高，机场流量回大幅提高。如果单纯依靠followme车引导的方式就不能满足要求了。所以建立机场先进的地面引导和监视系统是一个亟待解决的难题。

4 总结与展望

HUD在民航的推广应用将会提高飞行员的飞行品质，使飞行变得更加简单；同时也能提高航空公司在低能见度下的运行能力，提高经济效益。同时HUD在中国民航的推广应用也不是一件可以一蹴而就的事情，从2004年山航在一架波音737上加装HUD到2015年获得在青岛流亭机场实施特殊Ⅱ类运行资质用了10年多的时间。中国民航在HUD的推广应用中遇到了许多问题和困难，但是经过10多年的探索研究，我们对HUD有了更深的认识，也积累了许多研究成果和运行经验，具备了在Ⅰ类仪表着陆设备上实施特殊Ⅱ类运行的能力。

HUD在中国民航的应用目前按照中国民航局发布的HUD应用路线图稳步推进，其效益将会逐步显现，未来将会实现HUD的特殊Ⅲ类运行，中国民航的全天候运行能将会得到极大提高。同时如文章第3部分所述，在HUD的应用中还有一些问题需要研究解决。

［1］费益，季小琴，程金陵．平视显示系统在民用飞机上的应用［J］．电光与控制，2012（3）.

［2］杨秀芝．平视显示器的设计［J］．福州大学学报：自然科学版，2000（4）.

［3］刘小磊．民航领域 HUD 技术浅析［J］．科技资讯，2014（13）.