趙 暉 易子淳 章光燦 /

(上海飛機設計研究院，上海201210)

0 引言

剎車系統(tǒng)是飛機上相對獨立的重要安全保障系統(tǒng)，對飛機起飛、著陸的安全運行有重要影響。機組通過駕駛艙操縱器件對剎車系統(tǒng)進行操縱控制，并且按照系統(tǒng)的反饋指示進行系統(tǒng)狀態(tài)判斷及下一步操作。剎車系統(tǒng)通過機組告警系統(tǒng)(Crew Alerting System，以下簡稱CAS)、簡圖頁系統(tǒng)(系統(tǒng)狀態(tài)指示)、駕駛艙儀表盤將系統(tǒng)狀態(tài)反饋給機組。簡圖頁信息不僅幫助機組確認系統(tǒng)狀態(tài)，還配合CAS確認系統(tǒng)詳細故障信息。因此，一套完整、高效、清晰、合理的簡圖頁指示能夠提高機組的工作效率，減輕工作負擔。

目前普遍公認的是，系統(tǒng)告警及狀態(tài)指示的復雜程度與航電系統(tǒng)或飛機系統(tǒng)的復雜程度成正比。對于現代民用飛機，電氣、機械或液壓(或任何其他類型)等系統(tǒng)數量遠大于早期的飛機，并且飛機系統(tǒng)變得更加復雜和先進，故障管理和健康監(jiān)控的需求在不斷增加[1]。在這樣的大環(huán)境下，簡圖頁的設計變得越來越困難。

本文基于簡圖頁設計需求及設計理念，對典型民用飛機剎車系統(tǒng)及其簡圖頁設計進行了詳細分析。在此基礎上對簡圖頁設計進行優(yōu)化，優(yōu)化方案不但更好的滿足了設計需求及設計理念，也更加高效合理且便于機組使用。

1 簡圖頁設計需求及理念

簡圖頁設計時要滿足所有的設計輸入，即設計需求。除滿足設計需求外，簡圖頁還應當滿足設計理念，好的設計理念使簡圖頁完整、高效、清晰、合理。

1.1 簡圖頁設計需求

典型的系統(tǒng)研制是通過自上而下的需求分配及需求確認和自下而上的需求實現及設計驗證的方法并以迭代與并行的方法來進行的[2]。本文所提及的設計需求是在自上而下的流程中通過捕獲飛機級分配給系統(tǒng)級的需求以及系統(tǒng)級的衍生需求，這些需求作為簡圖頁設計的輸入。主要的設計需求如下：

(1)功能需求。譬如常見的針對簡圖頁的飛機級需求為“為機組提供系統(tǒng)顯示信息”，該需求分配到系統(tǒng)級即為“為機組提供剎車系統(tǒng)狀態(tài)信息”。

(2)安全性需求。譬如常見的剎車系統(tǒng)功能危險性評估(Functional Hazard Assessment，以下簡稱FHA)中會有安全性要求“飛機終止起飛時，剎車溫度誤指示且伴隨剎車過熱的概率應小于某概率”。這條安全性需求分配給簡圖頁的需求即為指示剎車溫度。

(3)客戶需求。包括來自運營商、機組、維修公司等的需求。譬如航空公司要求在踩踏剎車腳蹬時要有剎車壓力指示以便觀察剎車系統(tǒng)工作是否正常，這條需求會使得簡圖頁設計時要顯示剎車壓力。

(4)性能需求。包括簡圖頁顯示精度、保真度、范圍、解析度、響應時間等。

(5)物理需求。包括簡圖頁上顯示的LRU(Line Replaceable Unit，簡稱LRU，航線/外場可更換單元)顏色、尺寸等方面要求，以及全機顯示的一致性要求。另外，簡圖頁顏色也需要與駕駛艙內的燈(警告燈、戒備燈和提示燈[3])及EICAS(Engine Indication and Crew Alert System，簡稱EICAS，發(fā)動機指示和機組告警系統(tǒng))指示的顏色理念保持一致。

(6)其他需求。包括全機各個系統(tǒng)的簡圖頁設計風格是否相同等。

1.2 簡圖頁設計理念

簡圖頁必須清晰無誤地為機組提供系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并提供相關的過程信息以操縱飛機運行在預定的軌道上，在任何正常和非正常情況下這些信息都必須是準確易懂、清晰可辨的[4]。除了簡圖頁設計需求外，還應當遵循以下設計理念：

(1)應以直觀的形式顯示系統(tǒng)狀態(tài)和系統(tǒng)信息，減少機組看到簡圖頁后用于思考反映的時間；

(2)應包含系統(tǒng)示意圖，該示意圖應與飛機情況一致(譬如前機輪位于頁面頂部)，并使用簡化的輪廓代表系統(tǒng)的主要部件；

(3)應便于確認系統(tǒng)狀態(tài)，包括靜態(tài)狀態(tài)(如剎車溫度、輪胎壓力、剎車蓄壓器壓力等)及動態(tài)狀態(tài)(如駕駛艙器件操作后系統(tǒng)的狀態(tài))；

(4)應便于輔助CAS操作，譬如當CAS出現“剎車蓄壓器壓力低”告警后，機組應查看簡圖頁中剎車蓄壓器壓力并判斷剩余壓力能夠支持幾次剎車操作；

(5)應僅通過簡圖頁就能觀察到整個系統(tǒng)狀態(tài)，而無需觀察駕駛艙儀表。

2 典型剎車系統(tǒng)簡圖頁分析

目前主流民用飛機剎車系統(tǒng)架構為電傳液壓作動形式，本文選擇兩種主流機型進行分析，分別為波音777及空客A320。通過其簡圖頁設計的對比，分析其簡圖頁設計的優(yōu)缺點。

2.1 波音777機型剎車系統(tǒng)分析

波音777的剎車系統(tǒng)實現的主要功能包括：人工剎車、自動剎車、防滑保護、停機剎車、告警及狀態(tài)指示。

在駕駛艙中的操縱器件及指示器包括剎車腳蹬、自動剎車開關、停機剎車手柄、剎車液壓能源指示燈、剎車蓄壓器壓力指示表。其簡圖頁設計如圖1所示。

注：① 剎車溫度數值：指示該機輪溫度數值；② 剎車溫度狀態(tài)：當常溫時圖形為白色空心框，當高溫時為白色實心框，當超高溫時為橙色實心框；③ 單個機輪故障：當顯示字符為BRAKE時表示該機輪無法進行剎車作動，當顯示字符為ASKID時表示該機輪無防滑保護；④ 胎壓指示：指示該機輪輪胎的壓力。圖1 波音777機型簡圖頁

2.2 空客A320機型剎車系統(tǒng)分析

空客A320機型剎車系統(tǒng)實現的主要功能與波音777機型相同。

該系統(tǒng)在駕駛艙中的操縱器件及指示器包括剎車腳蹬、自動剎車選擇面板、防滑解除開關、停機剎車手柄、剎車風扇選擇開關，剎車壓力指示表、剎車蓄壓器壓力指示表，自動剎車減速率指示燈。此外，空客A320機型還配備了故障預測及健康管理(Prognostic and Health Management，以下簡稱PHM)等[5]輔助安全措施，用以保證系統(tǒng)的安全操作運行。其簡圖頁設計如圖2所示。

注：① 剎車模式：指示正常/備份剎車模式及相應的液壓能源狀態(tài)；② 防滑：指示防滑系統(tǒng)故障或關閉狀態(tài)；③ 自動剎車：指示自動剎車檔位或故障狀態(tài)；④ 機輪編號：飛機沿航向從左側到右側依次為1、2、3、4；⑤ 釋壓：指示無法釋放剎車壓力的狀態(tài)；⑥ 剎車溫度：指示剎車溫度數值及超高溫度狀態(tài)；⑦ 輪胎壓力：指示輪胎壓力數值及過高和過低胎壓狀態(tài)。圖2 空客A320機型簡圖頁

2.3 簡圖頁設計對比分析

基于波音777機型與空客A320機型進行簡圖頁設計分析對比，結果見表1。

表1 兩種典型機型的簡圖頁設計對比

續(xù)表1

3 簡圖頁設計優(yōu)化

基于簡圖頁設計需求和設計理念，以及對典型機型簡圖頁設計的分析結果，提出一種優(yōu)化方案，如圖3所示。

注：① 剎車模式：指示正常/備份等剎車模式；② 防滑：指示防滑系統(tǒng)ON/ OFF/ FAULT狀態(tài)；③ 自動剎車：指示自動剎車檔位及故障狀態(tài)；④ 停機剎車：指示停機剎車ON/ OFF/ FAULT狀態(tài)；⑤ 剎車溫度：指示單個機輪上剎車溫度，當溫度過高時圖標顏色變化。每個剎車溫度旁邊對應有實心方框，方框的顏色會隨著溫度數字顏色的變化而變化；⑥ 剎車風扇：指示單個機輪上剎車風扇ON/OFF/FAULT狀態(tài)；⑦ 機輪編號：飛機沿航向從左側到右側依次為1、2、3、4；⑧ 單側剎車壓力：指示左側/右側剎車壓力；⑨ 蓄壓器壓力：指示剎車蓄壓器壓力；⑩ 輪胎壓力：指示單個機輪上輪胎壓力，壓力過低或過高時圖標顏色變化；單個機輪剎車能力：指示單個機輪的剎車能力，當該機輪喪失剎車能力(如該機輪對應的伺服閥、壓力傳感器、輪速傳感器等故障，或剎車壓力無法釋放/施加)時背景顏色變?yōu)榧t色。圖3 簡圖頁設計優(yōu)化方案

優(yōu)化后的簡圖頁從功能、性能兩方面充分滿足機組的使用需求。

功能方面分析如下：

(1)腳蹬剎車：通過踩踏/松開左側或右側剎車腳蹬觀察對應的左側或右側剎車壓力，判斷剎車系統(tǒng)作動是否正常；

(2)自動剎車：指示自動剎車檔位及故障狀態(tài)；

(3)防滑保護：指示防滑保護的檔位及故障狀態(tài)在簡圖頁上有對應指示；

(4)停機剎車：停機剎車的檔位及故障狀態(tài)在簡圖頁上有對應指示；

(5)剎車降溫：剎車風扇的檔位及故障狀態(tài)在簡圖頁上有對應指示。

性能方面分析如下：

(1)單個機輪剎車能力：當某個機輪的控制電路、伺服閥、壓力傳感器或輪速傳感器故障時，該機輪會喪失剎車能力，此時簡圖頁上機輪的背景顏色會變紅，提示該機輪喪失剎車能力；同時機組能夠了解到剩余的剎車能力(譬如壞一個機輪時剩余75%剎車能力，壞兩個機輪時剩余50%剎車能力)，并且若左側起落架與右側起落架上的剎車能力不一致時可能導致剎車時飛機偏航，此時機組需要使用方向舵或前輪轉彎對飛機航向糾偏。

(2)剎車溫度：指示具體剎車溫度。

(3)輪胎壓力：指示具體輪胎壓力。

(4)剎車壓力：指示具體剎車壓力。

(5)蓄壓器壓力：指示具體蓄壓器壓力。

此外，簡圖頁上還能夠顯示更多的對機組提供幫助的信息。譬如目前大部分民機的剎車盤磨損程度需要通過磨損指針刻度進行確認，機組在每次飛行前必須要親自去機輪旁觀察剎車盤磨損指針刻度。如果將來能夠將位移傳感器用在剎車盤磨損指示器上，那么在座艙即可有剎車盤磨損狀況顯示[6]。這樣只需通過查看簡圖頁就能了解到磨損指針的數值，無需進行人工檢查，減輕了機組的工作負擔，提高了工作效率。

4 簡圖頁優(yōu)化方案對比

表2對比了優(yōu)化方案與典型民機簡圖頁設計。通過對比可見優(yōu)化方案不但吸收了現有機型的設計優(yōu)點，同時創(chuàng)新提出了新的設計方案。既滿足設計需求，也更符合設計理念。

表2 簡圖頁方案對比

5 結論

簡圖頁不但功能重要且設計復雜。在其設計過程中要同時考慮到對設計需求的滿足以及對設計理念的符合。通過分析典型民用飛機剎車系統(tǒng)的簡圖頁設計，提出一種新型簡圖頁設計方案。優(yōu)化后的簡圖頁更加高效合理，且便于機組操作使用。