直升机驾驶舱眩光几种工程解决途径分析

谢映涛

摘要：随着航空电子技术快速的发展并在直升机上的应用，直升机驾驶舱“玻璃”化趋势明显，但同时也带来了驾驶舱光污染问题，对飞行员产生了不利的因素，因此有必要对驾驶舱眩光问题开展机理分析、理论解决途径的探讨，并从工程实际的角度考虑是否可行。

关键词：直升机;驾驶舱;眩光

一、概述

随着现代直升机座舱的高度复杂化和综合化，驾驶舱内部光学环境越来越复杂。特别是大量采用综合显示器来代替过去的常规仪表，舱内照明灯具越来越多样化和多功能化。复杂的光照环境与座舱内饰部件在色彩与空间上相互耦合，形成了更加错综复杂的舱内视觉环境，眩光问题表现得更为突出。在直升机技术高速发展的现代社会，眩光对直升机驾驶员视觉特性的影响是影响直升机性能的一个重要因素，严重影响着直升机的竞争力和生存力。

二、驾驶舱眩光产生的机理分析

驾驶舱内的综合显示器、导光板、照明灯、告警灯等产生的光源无方向性，部分发射到座舱玻璃上;光线在反射面（玻璃）上产生透射和反射（包括漫反射和镜面反射）。光源、反射面（玻璃）及眼睛满足一定的相对位置关系且无遮挡时，镜面反射的眩光可达到人眼，表现为虚像;在夜间飞行时，驾驶舱外环境亮度低，光源在玻璃上呈现的虚像亮度高于环境背景的亮度，人眼此时可明显的观察到显示器、导光板、照明灯、告警灯等在玻璃上形成的虚像。

驾驶舱内产生眩光且被观察到必须同时具备以下四个条件：一是存在光源，镜像的产生必须有光源，驾驶舱内的光源主要包括各种显示器、告警灯、控制面板、独立仪表等;二是存在镜面反射，夜航时座舱侧面和顶部玻璃是天然的反射面，光线作用在传播介质分界面（玻璃）上，一部分透过界面，一部分发生反射，反射包括漫反射和镜面反射，但漫反射无法形成镜像，发生镜面反射会形成镜像。三是反射光线到达观察者眼睛，只有反射光线能够到达观察者眼睛才有可能被观察到，即光源、反射面及眼睛需要满足一定的相对位置关系，在光源和反射面确定的情况下，观察者眼睛只有在一定的位置和角度才能观察到镜像;四是驾驶舱内外亮度差比较大，只有驾驶舱内的镜像亮度较舱外背景亮度大时，才有可能被观察到，夜航时舱外亮度低，舱内发光物体在玻璃上形成的虚像亮度高于环境背景亮度。

三、驾驶舱眩光的理论解决途径

一是对光源调整。没有可见光源就没有镜像，但同时人也不能肉眼看到舱内的发光画面，或者通过调整光源的亮度，降低光源在反射面上的镜像效应;或者不可见光源如红外光，通过特殊的设备仪器将其转化投射到飞行员眼睛。

二是减弱镜面发射。镜面反射的问题就是驾驶舱玻璃反射率的问题，不同的玻璃材质的反射率是有较大差异的，特别是部分有特殊要求的玻璃里面涂有薄膜，因此驾驶舱玻璃对光线必然存在反射，目前分析来看只能减少而无法根本消除，即可以降低玻璃的反射率但无法使反射率消失。

三是反射光线无法到达飞行员眼睛。根据几何光学可逆的原理，玻璃上的镜像能到达飞行员的眼睛，说明飞行员眼睛与镜像之间是畅通的，没有任何的遮挡，因此有必要在飞行员眼睛到光源之间制造障碍，使驾驶舱发光器件光线限制在一定的区域内，无法直接到达飞行员的眼睛。

四是减小驾驶舱内外的亮度差。飞行员在夜航时能感受到眩光，一个重要的因素是驾驶舱内的发光器件过于明亮，远超驾驶舱外界的亮度，飞行员在观察的时候更加容易看到玻璃上呈现的虚像。

四、解决驾驶舱眩光途径的工程可行性分析

一是调整光源，从目前的技术手段来看，直升机驾驶舱内的发光器件发出的光线无法避开人眼可观察的波段，否则只能借助特殊仪器再次转换到飞行员眼睛。如果采用特殊仪器的话，从经济成本上是难以接受的，同时增加额外的机载设备会降低直升机的有效载荷，在为关键的是在直升机全寿命周期内各种使用、维护成本太高，因此，目前阶段来看对光源进行调整是不可行的。

二是降低驾驶舱玻璃的镜面发射，具体为降低玻璃的反射率。玻璃的一个重要光学性能指标是玻璃的反射率，目前大部分玻璃的发射率在7%左右，如部分有特殊要求的驾驶舱玻璃可能在夹层之间镀有隐身涂层等，这样驾驶舱玻璃的发射率可达到20%。如何降低驾驶舱玻璃的反射率显得比较关键，目前玻璃制造工艺方面已经有了在玻璃夹层之间镀制减反膜的技术，通过在玻璃夹层中镀有氧化铟锡膜层，将玻璃的反射率降低至3%左右对驾驶舱眩光的解决是非常有效的。

三是在飞行员眼睛与发光器件之间制造障碍。通过研制光学定向膜，在显示器等发光器件屏幕表面粘贴光学定向膜后，可将光源发出的光线限制在一定的角度范圍内，使光线可直接到达飞行员眼睛而无法到达玻璃，在满足飞行员观察仪表的同时避免反射眩光的产生;或是改进遮光罩外形/尺寸或发光器件的布置，将光线限制在一定的区域内容，减少发光器件的光线通过玻璃的镜面反射到达飞行员的眼睛。

四是降低驾驶舱内外的亮度差。直升机夜航时，驾驶舱外通常是亮度较低，而驾驶舱内的显示器、灯盒、仪表等均会发光且呈现出多种色彩，因此有必要对各种发光器件进行处理，一般可在光源表面增加磨砂，降低刺眼光线的产生，同时也能降低发光器件的发光亮度，降低直升机驾驶舱内外亮度差，使飞行员对在玻璃上的成像不是很敏感。

五、结语

直升机驾驶舱眩光问题愈发成为飞行员关注的一个问题，由必要从机理分析上开展研究，并提出各种理论上的解决途径，并需充分考虑工程实施的可行性，通过对玻璃的减反膜研制、发光器件表面增加磨砂、在发光器件表面增加格栅、调整驾驶舱内设备的布置及遮光罩外形尺寸更改来缓解直升机驾驶舱眩光问题。

参考文献：

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[2]张存，张炜.飞机座舱内饰视觉仿真方法研究[J].航空计算技术，2009，39（1）：89-92，97.