王亞鋒，苗 娟

(中國飛機強度研究所 結構沖擊動力學航空重點試驗室，陜西 西安 710065)

1 引 言

平視顯示器(Head Up Display，HUD)是一種機載光學顯示系統(tǒng)，是運用在飛機上的飛行輔助儀器，可以把飛機的飛行信息(如飛行參數(shù)、姿態(tài)信息、導航信息等)投射到飛行員視野正前方的透視鏡上，使飛行員保持平視狀態(tài)時，在同一視野中兼顧儀表參數(shù)和外界的目視參照物，駕駛員不需要低頭查看儀器，就能掌握載具的大部分駕駛信息[1]。

運輸類飛機上設有平視顯示器，平視顯示器的組合玻璃在工作狀態(tài)下位于駕駛員的正前方，如圖1所示。當飛機在前行方向上緊急減速時，飛機上的駕駛員會在慣性的作用下繼續(xù)以原有的速度前行，此時如果平視顯示器的組合玻璃仍處于工作位置，駕駛員的頭部會撞到平視顯示器的組合玻璃上[2]。中國民航CCAR25部第785條規(guī)定，飛機在應急著陸過程中必須去除飛行員頭部能撞到的半徑范圍內(nèi)的任何致傷物體。由于HUD距離飛行員頭部比較近，需使其在飛機應急著陸時承受沖擊載荷自動彈開，避開駕駛員的頭部，以免對其造成傷害[3]。

圖1 飛機平視顯示器

本文介紹了某型平視顯示器乘員傷害試驗的試驗過程，包括試驗設施、試驗方法、試驗項目、試驗安裝和試驗步驟，并對試驗結果進行了分析與評估。評估結果表明，給平視顯示器施加CCAR25.562條規(guī)定的載荷條件下，HUD功能機構在達到規(guī)定的加速度(8g)時能自動彈開，且不會回彈，從而避免其對飛行員頭部的傷害。

2 某型平視顯示器乘員傷害試驗過程

2.1 試驗設施

試驗應用的水平?jīng)_擊試驗臺屬于加速式滑車設備，在試驗中以加速度形式產(chǎn)生沖擊脈沖，模擬飛機在應急著陸過程中的載荷施加。加速式水平?jīng)_擊試驗臺如圖2所示，試驗框圖見圖3。該設備由氣動和液壓伺服系統(tǒng)組成，通過計算機控制兩種動力源相互作用來產(chǎn)生沖擊波形。系統(tǒng)的驅動力由氣動部分提供，剎車刀的制動摩擦力由液壓伺服系統(tǒng)控制施加。試驗中通過高速攝像記錄整個試驗過程，并計算運動角度；加速度計用來測量加速度[4]。

圖2 結構水平?jīng)_擊試驗臺

圖3 試驗框圖

2.2 試驗方法

試驗采用加速度水平?jīng)_擊試驗法，在結構水平?jīng)_擊試驗臺上開展，按照試驗條件及參數(shù)調節(jié)氣動壓力和剎車片大小、數(shù)量，將HUD和夾具安裝在臺面上。采用數(shù)字圖像相關法分析試驗中HUD的動態(tài)變形量。試驗中安裝2臺高速攝像機，用于拍攝并測量沖擊的全過程。通過分析高速攝像拍攝得到的結構動態(tài)變形圖像，不僅可以觀察得到結構的變形、破壞模式，還可以得到結構標記位置的三維變形(角度)、運動速度、運動加速度等信息。

2.3 試驗項目

依次完成以下3項試驗，如表1所示。

表1 試驗項目

2.4 試驗安裝

HUD按照適航文件規(guī)定的試驗條件，通過試驗安裝架固定在水平?jīng)_擊試驗臺上，安裝方式及連接結構與其在飛機上完全一致。試驗件的偏轉通過試驗工裝實現(xiàn)。試驗安裝如圖4所示。

圖4 試驗安裝圖

2.5 試驗流程

試驗流程如圖5所示。

圖5 試驗流程

3 試驗結果與分析

3.1 試驗結果

3.1.1 試驗過程HUD角度變化情況

圖6是高速攝像拍攝記錄的左偏航工況下HUD沖擊變形的全過程，其他兩個工況運動變形類似?？梢钥闯觯囼為_始前HUD處于原始的位置，沖擊開始后并沒有發(fā)生明顯改變。從117ms時刻起，HUD開始展開，在170msHUD機構展開到最大位置，試驗結束并沒有發(fā)生明顯回彈。

3.1.2 試驗測量結果

圖7、圖8分別是典型試驗加載曲線和HUD角度變化曲線，表2是航向試驗、右偏航試驗和左偏航試驗HUD加速度和打開角度對應的時間。

(a)t=0時刻

(d)t=0.170s時刻

(e)t=0.217s時刻圖6 左偏航工況下HUD沖擊變形的全過程

圖7 典型試驗加載曲線

圖8 HUD角度變化曲線

表2 HUD加速度和打開角度與對應的時間

3.2 試驗結果分析

(1)沖擊脈沖波形分析

試驗加載的脈沖波形基本為等腰三角形，試驗速度、加速度峰值和上升時間均滿足SAE 8049B 附錄 A“評估沖擊脈沖波形的方法”中全部五項要求[5]。

(2)HUD運動分析

3個工況的試驗結果均表明，在加速度達到8g時，HUD開始打開，達到一定過載時展開到最大角度。沖擊結束后，HUD基本保持在展開位置，沒有明顯回彈。

(3)不同偏航角運動差異分析

從試驗錄像和試驗結果發(fā)現(xiàn)，不同的安裝角度下，HUD在整個沖擊過程中結構及其連接都保持完好，運動機構展開時間與角度基本一致。

4 總 結

從以上的試驗結果和分析看，該型平視顯示器系統(tǒng)滿足相關規(guī)章對其規(guī)定的功能要求，不同的偏航角下皆可在規(guī)定的加速度載荷下展開到安全位置，并且在試驗結束后不會發(fā)生回彈，可保證在飛機應急著陸的情況下不會對駕駛員頭部造成碰撞傷害。