民机驾驶舱显示系统可达性的适航验证技术研究

2018年7月上 总第411期
学术论文
56
军民两用技术与产品
Dual Use Technologies & Products
民机驾驶舱显示系统可达性的适航验证技术研究
张瑞平
（中航通飞研究院有限公司，珠海 519040）
近年来的研究表明，与人为因素相关的飞行事故，由原来的20%已增加至80%。

适航来源于对安全性的要求，而影响航空安全性的重要因素之一是人为因素。

因此，在任何一个航空法律体系中都有关于人为因素方面的明确规定。

驾驶舱显示系统可以通过显示器向飞机机组人员提供通信导航识别信息、飞行指引信息、飞机各系统状态信息和故障信息等。

从显示系统所执行的功能危险等级的角度来看，其对飞行安全起到至关重要的作用；而作为重要的人机界面，我国适航规章对驾驶舱显示系统提出了人为因素适航要求。

开展驾驶舱显示系统可达性评估的适航验证技术研究，首先需要识别适航需求。

一、适航需求研究
（一）可达性适航条款
以民用运输类飞机为例，在适航取证中，运输类飞机适用的适航规章为《CCAR-25-R4运输类飞机适航标准》。

在CCAR-25-R4中并未明确可达性适航条款，需要事先识别出来，即进行适用条款的筛选。

这种筛选可以采用专家评议的方式，通过2~3轮的反馈与迭代，可以得到稳定的筛选结果。

经筛选，显示系统可达性适航条款主要包括25.777（a ）、25.1321，涉及的
人为因素包括人的运动特性与人体几何尺寸。

（二）可达性条款适航符合性方法
为了获得所需的证据资料以向审查方证明产品对适航条款的符合性，需要采用不同的方法进行说明和验证，该类方法统称为符合性方法。

针对上述可达性适航条款，其可采用MC2—显示系统可达性评估（仿真）、MC6—显示系统可达性评估（真机飞行）、MC7—显示系统可达性评估（真机静态）、MC8—显示系统可达性评估（模拟器）这4种典型符合性方法。

针对可达性评估，上述的4种方式适航当局都会接受，但是对于工业界而言，真机飞行和模拟器这两种评估成本较大。

本文重点对基于仿真软件和静态驾驶舱的可达性评估技术展开研究。

二、基于数字样机的可达性评估
数字样机具备与真机一致的三维尺寸，故对其开展显示系统可达性评估具备可信度。

国内外工业界有多款人为因素评估仿真软件可以完成可达性仿真，本文使用CATIA 人机工程模块的人体可达性分析模型开展评估。

CATIA 软件集成了人机设计与分析功能，其中人体数模应用相关人体测量数据库，可对显示系统进行可达性评估。

摘 要 民机驾驶舱显示系统作为主要的人机界面，对飞行安全起着至关重要的作用。

与日俱增的安全需求，
以及日益严苛的适航要求，最终使得民机设计师更加关注驾驶舱显示系统的人为因素适航验证。

可达性作为驾驶舱中重要的人为因素评估要素之一，针对其开展适航验证技术的研究，对民机研制与适航取证有着重大的现实意义。

关键词 显示系统；适航；可达性评估；民机
2018年7月上 总第411期
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军民两用技术与产品
Dual Use Technologies & Products
对飞机驾驶舱进行可达性评估的仿真，首先要求建立符合本文的人体数模，再导入CATIA 中做相关项目的仿真，检查其符合性并修正不足。

人的躯体各个部分尺寸是创立虚拟人体数模的基础，对驾驶舱的人机工程学而言，为满足人机环境协调的要求，需要根据人体测量尺寸数据及其分布规律来指导驾驶舱的设计。

由于CATIA V5中用于建立人体模型所需的人体数据没有适合我国飞行员中的人体尺寸，因此本文在借鉴与我国人体型类似的韩国人体型数据库的基础上，进行有针对性的修改。

为降低工作量，只需在修改后的人体模型基础上，建立飞行员人体数模。

以典型运输类飞机正驾驶右手的可达范围为例进行仿真分析，结果如图1所示。

比对驾驶舱可达性设计要求的符合程度，可以快速且准确地得到评估结论。

从图1的驾驶舱数字样机仿真结果来分析，驾驶舱内显示系统各部件的可达范围基本满足要求，而音频监控器部分操控按键位于包络面之外，操作较困难，如需频繁操作则无法实现。

三、基于真实驾驶舱的可达性评估
由飞行机组在真实驾驶舱内开展可达性评估是必不可少的评估手段，也是最直观、可信的可达性适航验证方法。

显示系统可达性评估采取主观加客观评价方式，飞行机组参照表1中评估标准，记录试验人员的客观表现与主观感受，完成可达性评估。

可达性评估量表全面覆盖显示系统各操作部件，依据可达性指
标及评估标准进行设计。

对显示系统的设备、开关及操纵的合理性与操纵舒适性进行评估，评估结果示意见表1。

如此可见，基于数字样机的可达性评估与基于真实驾驶舱的可达性评估的结论基本保持一致，表明上述两种可达性评估方法具备实用价值。

同时，可达性评估量表的应用还可以扩展到模拟器与飞行试验中，以形成更具说服力的可达性结论。

四、结束语
本文对驾驶舱显示系统可达性适航要求进行了梳理，对适航验证方法展开了重点研究，提出了两种可
达性评估方法并进行工程应用。

基于CATIA 数字样机可达性评估方法的最大优点在于全包线的验证，即可以覆盖全部目标机组的人体尺寸，而且仿真过程快捷，仿真结果直观。

基于真机可达性评估的最大优点在于真实，试验平台选取真实飞机驾驶舱，试验结果可以直接被适航审查当局接受，但最大的缺点是样本量少，
无法开展全面验证。

综合来看，在实际取证过程中往往是两种方法并用，基于数字样机的评估结论用于表明全包线的可达性，基于真机的可达性评估选取典型的机组尺寸表明可达性，最终形成全面又易于被适航审查当局所接受的可达性符合性证据。

（责任编辑 岑 
格）
图1
正驾驶右手可达范围俯视图
表1 显示系统可达性评估量表（示意）
注：A—第一可达区，操作感受得心应手；B—第二可达区，在试验人员做出做可接受的补偿后，可以够到并实现各项操作；C—第三可达区，能够完成操作，需要试验人员做较大的补偿措施；D—试验人员不能完成操作任务，无法实现。