民用飞机机组告警系统设计分析

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民用飞机机组告警系统设计分析
赵青 马韬 刘俊杰|中航飞机股份有限公司汉中飞机分公司
摘要：设计出更加先进且完善的告警系统，能够帮助民用飞机机组人员及时、准确的了解飞机现存的问题或故障，便于采取相应纠正措施，最大程度保障飞行安全。

本文通过分析民用飞机机组警告系统主要特征以及航电架构对机组告警系统设计的影响，提出民用飞机机组警告系统设计过程中应注意的问题，以保证系统设计更好地满足适航需求。

关键词：民用飞机；告警系统；告警设计早期民用飞机通常采用独立灯光告警方式以告知机组系统不正常状态，但受限于机内驾驶舱空间，此种告警方式为机组带来较大的工作负担。

而现代机组告警系统集显示系统、触觉告警系统与音响告警系统为一体，使驾驶舱布局简洁化。

与此同时，也增加了告警系统设计与取证困难程度。

基于此，有关民用飞机机组告警系统设计相关问题受到了业界广泛关注。

1民用飞机机组告警系统主要特征
根据业界通用《世界民用飞机手册》等相关文件，总结出机组告警系统主要特征。

（1）主告警装置。

飞机机组告警系统应充分发挥效用，提醒机组注意到故障、实效、事件以及其它潜在条件等。

（2）显示告警的特征。

通常情况下，告警系统围绕告警机制展开设计，尤其是在有关驾驶舱综合设计过程中，显示特性是设计的重点。

（3）优先级。

针对不同的故障或实效应表现出不同的危害性效果，因此在告警系统的设计上，应注意突出告警级别，并依照一定的分级顺序向机组进行通告。

（4）重置或确认告警的方式。

经研究表明，不同的告警方式可能存在冲突，即相冲突的两个及以上的告警同时显示或通告，影响机组反应速度，甚至造成事故发生，因此在设计时应重视分析音响告警特性，保证告警系统能够为机组提供重置或确认的告警控制方式。

2航电系统架构对机组告警系统设计
的影响
现阶段，在设计民用飞机时，通常设计一
个综合式或集中式架构，保障飞机各种系统以及飞行数据能够直接接入模块化综合航电系
统，同时，多数功能也可通过驻留的应用软件在航电系统中执行。

航电系统运用视频信号驱动显示功能，数据传送至外部设备则依靠数字式总线完成，并将集中处理后的数据统一传送至相关系统[1]。

这一架构的实施为飞机生产厂家或系统集成厂家发展平台应用软件创造了有利条件，可促使飞机集成能力持续提升。

反之，传统的分立式架构则难以发挥出设备生产商个体优势，无法实现其有效需求。

现代民用飞机告警系统数据传输采用模块化综合航电系统处理，通常借助LED 屏幕来呈现机组告警，即通过视频信号直接进行驱动。

实验研究表明，无论运用哪一种架构模式，只要告警系统设计中没有加入主告警功能，告警显示以及驾驶员的反应延迟均会延长，这也证明了主告警功能对于告警机制的重要影响
[2]。

因此，主告警功能可作为一种重置方法。

此外，主告警装置主要分为警告与警戒两种类型，需要有单独设备，在实际应用中应将其分别安装于机组主视野区，飞机在进入云层或在夜间航行时，光线的变换使得机组告警显示和其他驾驶舱照明需要进行综合调整直至达到可接受的程度，即同样会影响告警系统架构。

3民用飞机机组告警系统设计重点
以某型号民用飞机为例，该型号飞机采用先进的综合航电系统，能够实现高度综合化以及模块化目标，且数据总线以及系统功能可达到高度集成。

在该系统中，告警处理软件安装于左右两侧主显示器中，并通过DMC 接收各个系统CAS 信息数据，集中分析处理，进行逻辑计算，将数据信息进行按照优先级排序，告知机组飞机系统状态，于右侧多功能显示屏上显示。

综合音频系统采用左右两个无线电接口单元RIU 以及多个音频控制板的构架,能够实现机组通信和协调控制，即独立、集中且互为备份。

机组左右的驾驶员和观察员可分别通过自己的音频控制板，完成对内、对外语音通信。

为了达到适航条款需求，设计中加入音响告警抑制功能，在无线电接口控制单元处增加了开关。

3.1民机机组主告警装置视觉特性
民用飞机机组告警系统设计重点是能够有效吸引机组人员注意力。

因此，主告警装置作为告警系统中的重要部分，通常具备两种类型，即警告与警戒。

业界学者通过研究指出，时间关键告警部件的可视角度应不小于2°张角。

因此，将主告警装置设定为时间关键告警装置时，需保证警告、警戒两种类型的主告警装置的安装位置位于机组主视野区。

根据公式x/2=βtan（θ/2），可计算出机组主告警系统尺寸数据。

其中，x 表示主告警显示上下间距，θ表示主告警显示上下两端与设计眼位(DEP)之间的弧度,β为视距。

在机组告警系统中，主告警装置相较于其他显示装置，具有独立性特点，因此更容易分析主视觉告警尺寸及其亮度特性。

某些特殊驾驶舱对机组要求较高，机组人员负担更重，此时运用平视显示（HUD）能够综合主告警功能，一定程度上减轻机组负担。

但同时，单色HUD 难以突出视觉效应，因此,若主告警装置更多地作为独立显示装置使用,则应采用红色的主警告和黄色的主警戒。

对于主告警装置的闪烁功能，尚未有明确的定义。

早期有试验证明了闪烁功能具有不同效果，得出闪烁功能一定程度上增加了机组延迟时间。

对于此结论，工业上更倾向于支持主告警中不适用闪烁特性这一说法。

主要原因是主告警装置安装于机组主视野区，且位于最明显位置，此时若出现亮度较高或指示灯频繁闪烁情况，无疑会对机组造成干扰，一定程度上增加了机组负担。

基于此，在设计过程中，可设计调光控制口用于主告警装置调节亮度等级，与仪表调光和驾驶舱照明充分达到协调统一，并将主告警装置控制权限全权交予中央计算机。

3.2民机机组显示告警视觉特性
民机机组显示告警视觉特性与主告警装置视觉特性密切相关，通常民用飞机采用LED 显示器，为有效保证告警信息可视性，在设计中应重视显示器亮度问题。

在运用LED 显示器过程中，存在相应人为因素，导致电源转换恢复时间的具体数值均不相同。

以200ms 转换间隔为例，某文献中要求恢复时间需小
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于500ms,而另一文献要求恢复时间不可大于
1s。

由此可知，因LED显示指南存在冲突，
进而可能导致在告警装置中使用LED显示屏
过程中发生冲突。

因此在设计机组显示告警系
统时，需遵循设计标准，保证做到即使调光信
号丧失，也不会影响屏幕可见度，即显示屏亮
度不会丢失，且能够持续保持已调节的亮度
等级。

3.3民机机组告警级别及告警方式
根据与机组告警相关的适航标准可知，应
遵循告警功能中警告、警戒、提示的告警定义
及优先级，进一步明确在警告和警戒告警中应
从听觉、视觉、触觉手段中选择两种以上指示
手段，以保证机组人员能够及时有效地收到通
知[3]。

同时，应降低虚警或扰警情况发生概率，
提升民用飞机飞行安全性。

通常情况下，可将
民用飞机机组告警的级别以及告警方式定义为
以下内容。

（1）警告级（Warning）。

用于告
知机组人员存在应急情况操作，或紧急系统状
态，需要机组立即知晓，即刻进行下一步操作
或采取纠正措施。

视觉上采取主警告灯烁英文
字母和数字的形式，颜色为红色，包含语音、
特殊音调或主警告音等听觉内容，触觉层面有
抖杆等情况。

（2）警戒级（Caution）。

告知
机组存在非正常操作情况或系统状态非正常，
需要机组及时知晓并采取进一步操作。

视觉上
主警戒灯闪烁英文字母和数字，闪烁颜色为琥
珀色，有主警戒音提示。

（3）提示级（Advisory）。

告知机组存在需要手动确认的操作情况或系统
状态，视觉上呈现英文字母和数字，显示颜色
为青绿色。

（4）信息级（Information）。

告知
机组正在进行正常操作，机组知晓即可，无需
处置。

视觉上显示英文字母和数字，信号灯颜
色为白色。

基于此，在设计中应加入确认机制，
即可告知机组新出现的告警信息和已确认的告
警信息。

4结论
作为民用飞机安全性设计的重要体现，在
进行民用飞机研制过程中应重点关注机组警告
系统设计。

考虑到机组告警系统设计的重要性
以及设计的复杂性，在设计过程中需重点关注
系统和性能分配，结合飞机实际需求建立理想
的机组告警系统架构，以满足民用飞机适航条
件，保障民用飞机的飞行安全。

参考文献
[1]李磊,李明宇.飞机健康管理系统
告警等级调整方法研究[J].航空维修与工
程,2019(11):50-53.
[2]陈彦伟.民用飞机引气过热探测告
警温度设计和验证[J].民用飞机设计与研
究,2019(03):67-70.
[3]殷媛媛,贺旺.民用飞机
机组告警级别设计原则[J].飞机设
计,2018,38(04):67-70.
相关链接
民用飞机，用于非军事目的的飞机，一
种运人载物的交通工具。

民用飞机分为商业
飞机和通用飞机。

商业飞机有国内和国际干
线客机、货机或客货两用机以及国内支线运
输机。

通用飞机有公务机、农业机、林业机、
轻型多用途机、巡逻救护机、体育运动机和
私人飞机等。

随着我国经济社会的快速发展，
我国通用航空飞机的数量及飞行作业市场增
长迅速，但与此同时，我国的通用机场数量
却没能保持同步增长，远远落后于西方发达
国家，并在一定程度上制约了我国民用航空
事业的发展。

截至2010年底，全国共有通
用机场及通用航空临时起降场点286个，其
中颁证机场及起降场点43个，未颁证机场
及起降场点243个。

而美国同期共有近2万
个通用航空机场，巴西有近2500多个通用
航空机场，我国通用机场已远远落后于美国
和巴西，通用机场和临时起降点的不足限制
了我国通用航空的发展。

（上接第62页）
部的舵机转动，带动两台发动机螺旋桨同时从
水平方向向竖直方向转动，或从竖直方向向水
平方向转动，在安装在无人机尾部的第三台固
定竖直方向的发动机所产生的向下的推力平衡
作用下，使得无人机能够实现垂直起降状态、
悬停状态与固定翼巡航状态之间的转变，即从
受到三台发动机向下的推力作用转变为两台前
置发动机向后的推力作用，或受到两台前置发
动机从向后的推力作用转变为受到向下的推力
作用，向后的推力即可使得无人机获得向前的
速度，从而使得源源不断的气流流过无人机机
翼，获得机翼带来的升力。

这使得该无人机拥有固定翼无人机的机翼
所带来的小功率发动机的大载荷优势，不会因
为突然间失去动力后急速下坠，在“机翼”这
种升力体结构的作用下将使得无人机在失去动
力后仍可以滑翔姿态降落，减轻坠地带来的损
失。

同时也拥有多旋翼无人机所具备的垂直起
降与定点悬停的能力，解决了固定翼无人机起
降需要跑道的问题，更能够适应现实环境，给
常处于凹凸不平、陡峭的野外工作区域输电线
路或天然气管道的巡检工作带来了极大的便
利。

定点悬停的能力也使得该无人机能够按照
工作人员的意愿可悬停在空域中的指定区域，
从而对工作目标进行更精确的数据采集。

4结论
本文中针对现主流的多旋翼无人机与固定
翼无人机以及现役无人机电池所带来的续航能
力弱，不能满足大面积作业的工作需求、载荷
小、危险系数高、起降受到跑道的限制、不能
实现定点悬停满足工作要求等问题，所给出的
将太阳能与蓄电池轮换供电技术与“复合翼”
无人机技术相结合，在复合翼无人机的机翼上
铺设轻薄的单晶硅太阳能电池片，通过“多电
源供电电路及智能切换模块”的作用，使得无
人机的续航能力得到极大的提升，在无人机“复
合翼”设计带来的优势下，更能够满足使用无
人机进行的大面积、大范围工作，不需多次来
回起降更换电源设备，极大提高了作业效率，
同时也为作业人员提供了强有力的安全保障。

参考文献
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