基于人机工效的失速告警系统架构设计

王永鑫 崔宇

摘 要 本文通过功能需求和安全性需求定义了一个失速告警系统架构。针对机组可能获得误导信息，提出失速告警是否增加抑制功能的问题。根据人机工效的设计原则，考虑飞机的安全性和飞行员具有最终的操作权限，确定了失速告警系统应不单独设置抑制开关，而依赖于机组告警系统的音频抑制功能來抑制误导的失速告警音频信息。

【关键词】失速 告警 人机工效 人为因素 安全性

失速告警系统是FAA规定的民用运输类飞机必不可少的关键系统之一。失速告警系统为飞行机组提供失速警告，防止飞机进入失速。同时，飞机还应装有失速识别系统对飞机进行保护。失速告警系统和失速识别系统（失速保护系统）同时失效将导致飞机灾难的影响。

1 典型的失速告警系统架构

根据飞机系统采用的研制流程，系统架构要根据系统的需求进行设计，并对系统需求进行确认和验证。

典型失速告警系统需求如下，仅作为参考：

失速告警系统应保证在飞机接近失速状态和进入失速状态时，能够根据在飞机襟翼位置、结冰状态、迎角信息、大气数据信息，给出告警信息。

失速告警逻辑和方程应考虑结冰条件，它可能与非结冰条件下的不同。

丧失失速告警系统应为不可能（improbable）；

不得有单点失效导致失速识别系统的误动作。

根据以上的需求，失速告警系统可以有很多不同的架构。此处，失速识别系统选用抖杆器，失速保护系统与失速告警系统相互独立，同时不考虑迎角传感器加温问题。则失速告警系统的架构如图1所示。

2 失速告警系统架构存在问题

考虑到“机组获得误导的失速告警信息的概率应不大于10-5/飞行小时”，在飞的全寿命周期中会出现数次误导的失速告警信息。失速告警和失速保护系统需要考虑是否使用抑制开关来切断虚警或误动作。

3 飞机设计理念下的人机工效原则

根据和谐为导向的驾驶舱设计理念，同时参考空客和波音的驾驶舱设计理念，定义某飞机的部分设计理念如下，仅作为参考：

飞行员具有飞机最终操作的权限；

决定飞机设计要素次序为：安全，乘客舒适度，效率；

在正常和非正常操作模式下均应考虑人的基本力量和局限，以及个体差异。

4 失速告警系统的安全性及适航要求

根据AC25-7C中的要求，对于失速识别系统，飞机应为2个飞行员提供快速断开的方法。因此，根据失速告警系统的架构可以设置开关来断开推杆器。这也符合飞机设计的理念，飞行员应具有最终的决策权。

同时，AC25-7C中还要求，失速告警系统需要在飞行过程中一直保持预位状态，但在飞机起飞前的阶段可以抑制预先告警的逻辑。同时，还需要防止在起飞中由于迎角传感器误校准导致的虚警。这两点要求可以在失速告警系统的逻辑中实现，不必使用抑制开关来关闭失速告警系统。

5 告警抑制

失速告警系统在不同的条件下具有不同的告警点。当飞机处于结冰状态时，飞机失速告警点位于正常失速点前。因此，飞行员希望在能够辨识出飞机的处于非结冰状态时，抑制结冰状态下的失速告警。

失速通常最早发生在机翼处，飞行员判断的结冰依据是驾驶舱窗外的探冰棒，并不能观察到机翼的结冰条件。因此，不能依赖于飞行员对结冰条件的判断。

飞机的失速告警系统通过机组告警系统触发飞机的音频告警。而机组告警系统具有声音抑制功能。使用该功能可以消除失速告警系统发出的误导音频告警信息，从而减轻对飞行员的干扰。从安全性角度考虑，当飞行机组抑制了音频告警时，飞机仍具有失速告警功能，可以通过显示器的视觉信息和抖杆器的触觉信息进行告警。

6 结论

根据人机工效设计中的飞行员具有最高决策权限，以及飞机设计中安全性第一的设计理念，失速告警系统应不单独设置抑制开关，而依赖于机组告警系统的音频抑制功能来抑制误导的失速告警音频信息。当失速告警系统发生误告警时，飞行员仍可以通过抑制开关断开失速保护系统，具有对飞机的最高操作权限。仍然存在的人机工效问题是当失速告警系统发生误告警时，飞行员需要忍受抖杆器的抖动。在该条件下是否会对飞行员的操作产生影响，需要通过试验进行评价，决定抖杆器的振动幅度和安装位置。

参考文献

[1]ARP 4754A，Guidelines for Development of Civil Aircraft and Systems[S]. 2010.

[2]Advisory Circular 25-7C，Flight Test Guide For Certification Of Transport Category Airplanes[S].2012.10.16.

[3]傅山.民用运输类飞机驾驶舱人为因素设计原则[M].上海交通大学出版社，2013（12）.

[4]ARP 5056 Flight Crew Interface Considerations in the Flight Deck Design Process for Part 25 Aircraft[S].2006（09）.

作者单位

1.中航西飞民用飞机有限责任公司 陕西省西安市 710089

2.航空工业西安飞机工业集团有限责任公司 陕西省西安市 710089