金浙峰 張垠博 劉海燕 袁 霄 孟 華 / JIN Zhefeng ZHANG Yinbo LIU Haiyan YUAN Xiao MENG Hua(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海201210)(Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai 201210, China)

民用飛機(jī)駕駛艙布置對(duì)比分析研究

金浙峰 張垠博 劉海燕 袁 霄 孟 華 / JIN Zhefeng ZHANG Yinbo LIU Haiyan YUAN Xiao MENG Hua
(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海201210)
(Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai 201210, China)

當(dāng)今民航最主流飛機(jī)制造商為空客和波音兩家，以A320和波音737-800兩種典型機(jī)型為例，對(duì)比分析駕駛艙內(nèi)總體布置和細(xì)節(jié)布置的差異，并從設(shè)計(jì)師的角度提出了對(duì)民機(jī)駕駛艙布置設(shè)計(jì)的建議，為國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)大型客機(jī)駕駛艙提供參考。

民用飛機(jī)；駕駛艙；布置

0 引言

傳統(tǒng)的駕駛艙布局特點(diǎn)是使用“表”和“操作開(kāi)關(guān)”向飛行機(jī)組傳達(dá)和交互信息，其特點(diǎn)是由系統(tǒng)(表)提供原始數(shù)據(jù)給飛行機(jī)組，然后由飛行機(jī)組整合數(shù)據(jù)變成機(jī)組可用的關(guān)于飛機(jī)、環(huán)境和任務(wù)等有關(guān)的信息，該信息獲取的方式是機(jī)組基于手頭的工作或任務(wù)，由機(jī)組通過(guò)眼睛、耳朵或觸覺(jué)等掃描儀表或讀取數(shù)據(jù)或感知飛機(jī)態(tài)勢(shì)，在設(shè)計(jì)時(shí)主要反映人機(jī)功效水平，即空間、燈光、外部環(huán)境(振動(dòng)、噪聲)、可達(dá)性、易達(dá)性等。如圖1所示[1]。

“玻璃”駕駛艙的布局特點(diǎn)在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上，使用了多功能顯示器(MFD)、顯示和控制組件(CDU)、更多的自動(dòng)化功能，使機(jī)組可以獲得比傳統(tǒng)飛機(jī)超容量的海量信息，并且是深加工后的數(shù)據(jù)信息，客觀上可以大大降低飛行機(jī)組的工作負(fù)荷。如圖2所示[1]。

當(dāng)今民航最主流飛機(jī)制造商為空客和波音兩家，而占用比例最高的為A320和波音737系列機(jī)型，本文以A320和波音737-800兩種典型機(jī)型為例，對(duì)比分析駕駛艙內(nèi)總體布置和細(xì)節(jié)布置的差異，并從設(shè)計(jì)師的角度提出了民機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)的建議，為國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)大型客機(jī)提供了參考。

1 駕駛艙總體布置對(duì)比

如圖3所示[1-2]，A320和波音737-800駕駛艙的總體布局基本相同，都采用常規(guī)的“T”字型的布局，大致區(qū)域可分為遮光罩、儀表板、側(cè)操縱臺(tái)、頂部板、中央操縱臺(tái)等區(qū)域；均采用雙人駕駛機(jī)制；6塊風(fēng)擋，每側(cè)中間通風(fēng)窗可以打開(kāi)；配備兩名觀察員座椅，可供兩名觀察員使用，可選裝兩臺(tái)平視顯示器(HUD)。

相比波音737飛機(jī)駕駛艙，A320整體感覺(jué)比較平整，集成度相對(duì)較高，更加注重人為因素方面的設(shè)計(jì)考慮。

A320采用側(cè)桿操作方式、波音737采用駕駛盤飛行操縱方式，側(cè)桿和駕駛盤分別代表了空客與波音在操縱方式上的設(shè)計(jì)風(fēng)格，各有優(yōu)缺點(diǎn)[3]。

采用側(cè)桿的優(yōu)勢(shì)：1)有利于采用最佳眼位，擴(kuò)大艙外視野；2)有利于操縱前方的控制器件；3)改善前方顯示器的可視性；4)擴(kuò)大儀表板上的可用空間；5)方便飛行員進(jìn)出；6)提高飛機(jī)的防撞性；7)可增大座艙有用空間或減小座艙尺寸設(shè)計(jì)；8)減輕控制系統(tǒng)重量；9)降低駕駛桿對(duì)座艙空間的要求；

10)降低維護(hù)成本；11)改善飛機(jī)的操縱品質(zhì)；12)降低飛行工作負(fù)荷；13)結(jié)合后傾座椅，提高飛行員抗過(guò)載能力；14)結(jié)合臂托，減少飛行員的慣性振動(dòng)；15)增加飛行的舒適性。

側(cè)桿的缺點(diǎn)：1)無(wú)法換手操縱飛機(jī)；2)自動(dòng)駕駛模態(tài)的反驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)比較困難；3)由于操縱行程小，飛行員難以精確操縱；4)人感系統(tǒng)設(shè)計(jì)困難；5)存在交叉耦合(Cross Coupling)問(wèn)題。

采用駕駛盤的優(yōu)勢(shì)：1)符合人的操縱習(xí)慣；2)對(duì)稱操縱；3)操縱行程大。

采用駕駛盤的缺點(diǎn)：1)使飛行員看儀表板的視野受到影響；2)空間小。

建議：在型號(hào)研制過(guò)程中，建議采用側(cè)桿操縱方式，此為現(xiàn)代駕駛艙的發(fā)展趨勢(shì)。如Bombardier 即將研制的C 系列飛機(jī)將采用側(cè)桿操縱系統(tǒng)。盡管受到項(xiàng)目咨詢方波音的反對(duì)，SCAC 在SSJ 項(xiàng)目上仍做出了追隨空客的設(shè)計(jì)和取消常規(guī)的駕駛桿的大膽決定。他們認(rèn)為側(cè)桿減輕了重量，節(jié)約了空間，從人體工程學(xué)的角度來(lái)看更好。蘇霍伊公司通過(guò)廣泛的國(guó)際合作手段推出RRJ 項(xiàng)目也采用了側(cè)桿控制器(SSC)布局。

2 詳細(xì)區(qū)域設(shè)備布置對(duì)比

2.1遮光罩區(qū)域設(shè)備布置比較

相同點(diǎn)：整體布局基本相同，區(qū)域①布置飛行模式控制板，區(qū)域②布置顯示控制板，區(qū)域③布置告警指示燈以及一些狀態(tài)指示燈，如圖4[4-5]所示。

不同點(diǎn)：區(qū)域① ② ③內(nèi)部布局有所差異(以飛行模式控制板和顯示控制板為例)。

1)飛行模式控制板對(duì)比如圖5[4-5]所示。

(1)A320的自動(dòng)油門、自動(dòng)駕駛電門位置設(shè)置較為合理；

(2)A320采用了多功能的旋鈕，通過(guò)旋轉(zhuǎn)、按壓和拉出完成了波音737三個(gè)電門的功能；

(3)A320多了航跡/航跡角模式，這在非精密進(jìn)近中是非常方便的；

(4)波音737的垂直速度旋鈕旋轉(zhuǎn)方向較之A320更為形象。

2)顯示控制板對(duì)比如圖6[4-5]所示。

如圖6、圖7所示，B737有7種顯示方式，包括APP/VOR/MAP(進(jìn)近/甚高頻全向信標(biāo)/地圖)三種方式的中心方式和擴(kuò)展方式和PLN方式。A320有5種顯示方式，包括ILS/VOR/NAV/ARC/PLAN五種方式。

波音737和A320均使用電門的5個(gè)位置，但波音737的顯示模式更多，包括擴(kuò)展和中心兩種方式。

相同點(diǎn)：顯示器的布局都是“T”型布局(如區(qū)域①、②所示)，區(qū)域①主要顯示主飛行姿態(tài)信息和導(dǎo)航信息，區(qū)域②顯示器主要顯示發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)信息，除了顯示器之外，主要布置起落架控制開(kāi)關(guān)、備用儀表等設(shè)備；除此之外布置一些顯示器相關(guān)控制開(kāi)關(guān)(比如源選擇開(kāi)關(guān)等)。

不同點(diǎn)：A320區(qū)域 ② 布置2塊顯示器，波音737布置1塊，另1塊布置在中央操縱臺(tái)上；另顯示器內(nèi)部信息顯示方式有差別，如圖8[4-5]所示。

建議：結(jié)合“玻璃”駕駛艙的發(fā)展趨勢(shì)，選用五個(gè)15in高分辨率的、有源矩陣液晶顯示器(4個(gè)位于儀表板，1個(gè)位于中央操縱臺(tái)前端)，所有的顯示器均采用智能型顯示器，均具有窗口格式靈活性，支持多窗口分屏顯示和全屏顯示，具有足夠的視角和顯示質(zhì)量，以便每位飛行員在自己的座位上都能清晰地看到。

2.3 中央操縱臺(tái)區(qū)域設(shè)備布置對(duì)比

相同點(diǎn)：布置設(shè)備的功能大部分相同(油門臺(tái)、減速板、襟縫翼手柄、音頻和調(diào)諧控制板等主要功能設(shè)備)，如圖9[4-5]所示。

不同點(diǎn)：1)A320的減速板、襟縫翼手柄位于油門臺(tái)之后(符合25.777e要求)，而波音737位于油門臺(tái)兩旁；2)A320的防火開(kāi)關(guān)位于頂部板上，波音737的防火開(kāi)關(guān)位于中央操縱臺(tái)上；3)具體設(shè)備的人機(jī)界面差別較大(以調(diào)諧控制板和音頻控制板為例)。

建議：A320的中央操縱臺(tái)設(shè)備布置比較合理，特別是減速板手柄和襟縫翼手柄完全符合FAR25.777e的要求。雖然波音737-800減速板手柄和襟縫翼手柄位置不符合FAR25.777e的要求，但已取得適航證，推測(cè)在取證的過(guò)程中可能采用了其他等效安全的證明途徑。建議在駕駛艙設(shè)計(jì)過(guò)程中，完全按照適航條款的要求進(jìn)行布置，避免在后續(xù)驗(yàn)證過(guò)程中增加不必要的額外工作。

除了上述節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，還需要在對(duì)電器工程設(shè)計(jì)的時(shí)候，將節(jié)能理念融入進(jìn)去，充分考慮到工程的穩(wěn)定性和安全性以及提高電能輸送效率。

1)無(wú)線電調(diào)諧控制板對(duì)比如圖10[4-5]所示。

對(duì)比分析：

(1)波音737的無(wú)線電調(diào)諧面板上有HF靈敏度控制旋鈕(調(diào)節(jié)同側(cè)HF 接收機(jī)的靈敏度)，而A320沒(méi)有。在多數(shù)飛行中選擇VHF(甚高頻)無(wú)線電，但在跨海航線等長(zhǎng)航飛行時(shí)需選擇HF(高頻)，當(dāng)選擇高頻時(shí)需要靈敏度控制調(diào)節(jié)使接收信號(hào)更靈敏，A320可能是出于成本的考慮而沒(méi)有安裝此設(shè)備。高頻靈敏度控制調(diào)節(jié)可使無(wú)線電信息接收更好，故在飛行航程較遠(yuǎn)的機(jī)型上盡量安裝此設(shè)備以提高飛機(jī)接收無(wú)線電的性能。

(2)波音737多一個(gè)VHF 通訊測(cè)試電門(取消自動(dòng)雜音抑制功能，允許接收背景噪音，從而測(cè)試接收機(jī)操作；改進(jìn)弱信號(hào)的接收)，而A320沒(méi)有此測(cè)試裝置。此裝置可自動(dòng)抑制雜音，提高無(wú)線電接收性能，故建議允許的情況下安裝此設(shè)備。

(3)波音737的無(wú)線電調(diào)諧電門與無(wú)線電調(diào)諧燈、AM電門與AM燈都是兩個(gè)相互獨(dú)立的設(shè)備，而A320的無(wú)線電通訊選擇鍵的指示燈在選擇鍵上、AM(調(diào)幅)按鈕開(kāi)關(guān)的指示燈也在按鈕上。因?yàn)楫?dāng)調(diào)節(jié)背景燈時(shí)波音737的無(wú)線電調(diào)諧燈和AM燈都可隨之調(diào)節(jié)，而A320的指示燈的亮度不能調(diào)節(jié)，在某些時(shí)候會(huì)讓飛行員感覺(jué)很刺眼。雖然A320的設(shè)計(jì)將指示燈與選擇鍵整合在一起，表面上使面板上設(shè)備簡(jiǎn)潔些，但實(shí)際在應(yīng)用中卻會(huì)給飛行員帶來(lái)不舒適感，所以波音的設(shè)計(jì)比較合理。在設(shè)計(jì)中可結(jié)合波音737和A320的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)重新設(shè)計(jì)選擇鍵與指示燈的結(jié)合關(guān)系。使設(shè)計(jì)更合理，從而在設(shè)計(jì)階段就消除一切可能導(dǎo)致人為差錯(cuò)的因素。

(4)圖10上圖所示的6-選擇指示器(當(dāng)一部發(fā)射接收機(jī)與無(wú)線電管理面板正常相聯(lián)，并由另一部無(wú)線電管理面板調(diào)諧時(shí)，兩部無(wú)線電管理面板上的白色SEL燈亮)與圖10下圖中的7是同一個(gè)功能，但波音737和A320把它們放在了不同的位置。

(5)兩者的開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)不同，這是由設(shè)計(jì)理念的不同造成的，在使用上沒(méi)有區(qū)別。

(6)在圖10中A320的無(wú)線電管理板上有無(wú)線電導(dǎo)航備用鍵，而波音737沒(méi)有。原因是波音737在頂板有獨(dú)立的無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，它的所有無(wú)線電導(dǎo)航頻率都需要手動(dòng)調(diào)節(jié)。A320的無(wú)線電導(dǎo)航信息是通過(guò)MCDU自動(dòng)調(diào)節(jié)的，所以它沒(méi)有獨(dú)立的無(wú)線電導(dǎo)航頻率調(diào)節(jié)板，但是如果MCDU出現(xiàn)故障將無(wú)法進(jìn)行調(diào)節(jié)，故需要無(wú)線電導(dǎo)航備用方式鍵和無(wú)線電導(dǎo)航選擇鍵，故A320是針對(duì)MCDU失效而準(zhǔn)備的無(wú)線電導(dǎo)航備用鍵。

2)音頻控制板對(duì)比如圖11[4-5]所示

對(duì)于A320和波音737來(lái)說(shuō)，音頻控制板都有三塊即中央操縱臺(tái)兩塊及頂板一塊。

對(duì)比分析：

(1)A320把最常用的旅客廣播發(fā)射鍵和接收旋鈕放在控制板的中間，方便飛行員的使用和與其它發(fā)射鍵和接收旋鈕的區(qū)別。

(2)A320多一個(gè)RESET-選擇呼叫/呼叫復(fù)位鍵(按下此鍵CALL MECH和ATT燈熄滅)。因?yàn)镽ESET是對(duì)燈光的復(fù)位，對(duì)于波音737來(lái)說(shuō)，在呼叫時(shí)無(wú)燈光提示，故不需要復(fù)位；而A320在呼叫時(shí)燈光會(huì)持續(xù)閃爍，需要A320飛行員在得到信息后對(duì)燈光進(jìn)行復(fù)位，因此是起到一個(gè)反饋的作用。

(3)A320中的ON VOICE鍵(可抑制導(dǎo)航音頻信號(hào)VOR、ADF,按下此鍵將濾除識(shí)別信號(hào)并使綠色ON燈亮)與波音737中的過(guò)濾電門功能相似。但是波音737的過(guò)濾電門有三個(gè)選擇功能：V(語(yǔ)音)、B(兩者)、R(信標(biāo))。而A320的ON VOICE只有兩個(gè)選擇功能(語(yǔ)音和信標(biāo))。

(4)波音737多一個(gè)備用 — 正常方式電門，備用的作用：當(dāng)音頻抑制面板失效時(shí)，所有通話信息都消失，此時(shí)將電門置于備用位，則可啟動(dòng)VHF1進(jìn)行發(fā)話。如果沒(méi)有備用，則音頻控制面板一量失效就無(wú)法進(jìn)行通訊(NORM(正常)— ACP(音頻控制面板)以正常方式工作；ALT 備(用) — ACP(音頻控制面板)以降級(jí)方式工作)。當(dāng)ACP失效時(shí)，B737主要通過(guò)面板的降級(jí)進(jìn)行通話，而A320有一個(gè)位于頂板的ACP備用面板。

(5)波音737中的I/C和R/T(內(nèi)話/無(wú)線電)電門的上下位都是彈性的，不管是選擇內(nèi)話還是無(wú)線電都需要持續(xù)按住才能保持選擇。 A320中INT/RAD(內(nèi)話/無(wú)線電)開(kāi)關(guān)，在INT位是有卡位的，選擇后不須按住，但RAD位是彈性的，選擇時(shí)須按住并保持。在設(shè)計(jì)上，INT/RAD(內(nèi)話/無(wú)線電)開(kāi)關(guān)的兩個(gè)位都設(shè)為彈性的較好，必須保持住開(kāi)關(guān)才能通話，所以不易造成失誤。

2.4 頂部板區(qū)域中設(shè)備布置對(duì)比

相同點(diǎn)：1) 頂部板主要布置“氣、電、油”與發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)三路系統(tǒng)；2)在前端布置有內(nèi)外部照明起飛著陸比較常用的系統(tǒng)；3)布置一些正常飛行中使用不太頻繁的控制器件，如圖12[4-6]所示。

不同點(diǎn)：1)從整體感覺(jué)認(rèn)為A320頂部板比較整潔、條理、集成度高；波音737頂部板開(kāi)關(guān)比較多，感覺(jué)比較零亂；2)A320較多的采用按壓開(kāi)關(guān)，而波音737頂部板采用的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)比較多，這樣容易碰頭引起誤操作；3)控制面板的布局形式相差較大。

建議：頂部控制面板的設(shè)計(jì)主要考慮要符合靜暗駕駛艙設(shè)計(jì)理念，讓駕駛員保持舒適的環(huán)境。單個(gè)開(kāi)關(guān)盡可能給飛行員提供更多的信息。A320頂部板在系統(tǒng)邏輯上更加合理，集成度較高(相對(duì)波音737-800，A320頂部控制面板單個(gè)開(kāi)關(guān)提供的信息更多)，整體感覺(jué)比較簡(jiǎn)潔。

2.5 側(cè)操縱臺(tái)區(qū)域設(shè)備布置對(duì)比

相同點(diǎn)：前輪轉(zhuǎn)彎手輪、手持話筒、氧氣面罩箱以及資料箱均位于側(cè)操縱臺(tái)

不同點(diǎn)：1)A320的側(cè)桿位于側(cè)操縱臺(tái)，波音737采用駕駛桿形式，位于飛行員正前方；2)A320左右駕駛員均有前輪轉(zhuǎn)彎手輪，而B737只有正駕駛員具有前輪轉(zhuǎn)彎手輪；3)前輪轉(zhuǎn)彎手輪形式相差較大。見(jiàn)圖13[1]。

建議：駕駛艙設(shè)計(jì)過(guò)程中左右操縱臺(tái)上各布置一個(gè)前輪轉(zhuǎn)彎手輪，以保證每側(cè)駕駛員能單獨(dú)完成飛機(jī)的正常操作飛行。波音737-800飛機(jī)副駕駛員一側(cè)沒(méi)有前輪轉(zhuǎn)彎手輪，但后續(xù)最新機(jī)型波音787副駕駛員已配置前輪轉(zhuǎn)彎手輪。采用側(cè)桿操作方式。

2.6 正副駕駛員座椅對(duì)比

不同點(diǎn)：1)A320座椅以電動(dòng)為主，機(jī)械式為輔的操縱方式；波音737座椅只有機(jī)械式操作方式；2)A320座椅和地板采用底座安裝形式，而波音737座椅和地板采用滑軌安裝形式；3) 由于A320采用側(cè)桿形式，側(cè)桿一側(cè)扶手設(shè)置臂托，方便側(cè)桿操作設(shè)計(jì)。

建議：座椅采用電動(dòng)操作為主和機(jī)械操作為輔的操作方式。

3 結(jié)論

從總體布局上對(duì)比分析A320和波音737-800，除了側(cè)桿和駕駛盤操縱方式存在比較明顯的差別，大部件布局形式差異較小，都采用常規(guī)的“T”字型的布局，大致區(qū)域可分為遮光罩、儀表板、側(cè)操縱臺(tái)、頂部板、中央操縱臺(tái)等之區(qū)域；均采用雙人駕駛機(jī)制；6塊風(fēng)擋，每側(cè)中間通風(fēng)窗可以打開(kāi)；配備兩名觀察員座椅，可供兩名觀察員使用。

從控制面板開(kāi)關(guān)布置和顯示器顯示方式上分析A320和波音737-800，由于設(shè)計(jì)理念和飛機(jī)系統(tǒng)定義存在的差異，差異比較明顯，在這些差異中各有利弊，但不得不承認(rèn)A320作為后來(lái)者，空客在某些領(lǐng)域確實(shí)做了不少的努力和改進(jìn)；而波音由于思想繼承性相當(dāng)強(qiáng)，優(yōu)秀的東西繼承了很多，但糟粕也沒(méi)有完全去除。型號(hào)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合自身的特點(diǎn)，吸取空客和波音飛機(jī)的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)。

[1] 百度圖片[EB/OL]. www.baidu.com.

[2] 藍(lán)調(diào)情懷1991.A320駕駛艙高清晰圖片.[EB/OL].www.baidu.com.

[3] 熊端琴,郭小朝,陸惠良,鄭偉. 飛機(jī)側(cè)桿駕駛裝置的優(yōu)缺點(diǎn)及其改進(jìn)設(shè)計(jì)[J]. 人類工效學(xué), 2006, 12(1): 10-25.

[4] 737駕駛艙面板[EB/OL].www.baidu.com.

[5] 鄧靖軒.A320駕駛艙設(shè)備以及各系統(tǒng)面板介紹[EB/OL].2015-11-2)[2016-12-07].www.lyunx.com.

[6] 韋島城.A320駕駛艙頭頂面板[EB/OL].百度文庫(kù).www.baidu.com.

Comparative Analysis of Flight Deck Layout for Civil Aircraft

The most mainstream manufacturers for civil aircraft are airbus and Boeing. In this paper takes two typical models of the A320 and B737 for example, contrasted the differences between the general arrangement of the cockpit and detail arrangement. From the perspective of designers, the suggestions were put forward for civil aircraft cockpit layout design. The result can provide reference for domestic large aircraft cockpit design.

civil aircraft; flight deck; layout

10.19416/j.cnki.1674-9804.2017.02.009

V223+.1

A

金浙峰 男，碩士，高工。主要研究方向：航空駕駛艙集成技術(shù)； E-mail： jinzhefeng@comac.cc

張垠博 男，碩士，高工。主要研究方向：航空駕駛艙集成技術(shù)；E-mail： zhangyinbo@comac.cc

劉海燕 女，碩士，高工。主要研究方向：航空駕駛艙集成技術(shù)；E-mail： liuhaiyan@comac.cc

袁 霄 男，碩士，工程師。主要研究方向：航空人機(jī)環(huán)境； E-mail： yuanxiao@comac.cc

孟 華 男，碩士，工程師。主要研究方向：航空駕駛艙集成技術(shù)； E-mail： menghua@comac.cc