民用飞机飞行控制系统告警等级设计

沈金玲

中航工业华南飞机工业有限公司 广东 珠海 519040

当代民用飞机的飞行控制系统已经逐步由机械、液压助力操纵系统发展为电传飞行控制系统,与传统飞机不一致的地方是,电传飞控系统通过控制律的设计为飞行员提供无忧操纵环境,使飞机的安全性大大提升,但是在系统故障下仍然会导致飞机操纵性能下降,因此需要设计良好的告警提示,将需要飞行员知晓的系统的非正常状态、飞行员的非正常操作和影响飞机运行的外部威胁告知飞行员,提醒飞行员采取相应的应对措施,确保航线顺利完成。

1 告警设计原则

1.1 指示功能要求 依据AMC 25.1322,在不影响飞行,干扰飞行员操作的情况下,要尽可能采用多感官的告警形式,从听觉,视觉,甚至触觉发出告警信息[1]可知,告警系统的指示方式包括：主视觉指示、视觉信息指示、主听觉指示、语音信息指示、独特音调指示、触觉指示。

如果使用了非独特的听觉告警(即一条声音对应多条告警),则应该提供有对应的视觉、触觉告警,以便飞行员清楚地识别与该听觉告警所指向的具体告警信息。

1.2 颜色规范 颜色规范用于约束告警的视觉指示功能,以使飞行飞行员能够容易地分辨出告警的等级。

a)红色用于警告级(WARNING)告警指示,表示需要飞行员立即感知并立即响应的情况；

b)琥珀色或黄色用于戒备级(CAUTION)告警指示,需要飞行员立即感知并随后响应的情况；

c)除红色和绿色之外其他颜色用于咨询/提示级(ADVISORY)告警指示,需要飞行员感知并可能要求随后响应的情况。

颜色指示的使用应具有一致性,使各系统在驾驶舱内指示的告警颜色定义一致；不可将红色、琥珀色和黄色用于非正常状态和告警以外的功能,这种用法可能会对告警功能产生不利影响。A380、B787的告警等级划分如下：

1)A380

告警等级共3级,分别为警告(LEVEL3)、警戒(LEVEL2)以及警戒级(LEVEL1),对应的颜色分别为红色、琥珀色、琥珀色,红色警告等级最高,需要飞行员马上采取处置,警戒1级等级最低,定义为仅需飞行员注意,不需要飞行员处置,也无声光告警,仅于EWD上的告警清单上指示。

2)B787

告警等级共3级,分别为警告、警戒和咨询,对应的颜色指示分别为红色、琥珀色、琥珀色,其中,警戒和咨询均为琥珀色指示,但是区别在于,警戒级还有声音和灯光告警。

2 民用飞机飞控系统告警等级设计

2.1 告警等级判定 根据过往经验,飞控系统告警等级的判定,都是根据系统的故障状态影响分析结果和告警等级定义来定[2],具体流程见图l。

图1 告警等级设置流程

但现代民用飞机多采用电传飞控系统,这种复杂先进的系统为飞行员提供更人性化的服务,大大的减轻飞行员的负担,当故障发生时飞行员只需按要求操作或根本无需操作,因此在告警等级的设置上要更多的斟酌是否有必要向飞行员告警,抑或是通过其它办法来降低原来的告警等级。

2.2 民机飞控系统告警等级设计 民用飞机的飞控系统告警等级设计过程中,会参考现有机型对警告、警戒的定义及相关警告灯的使用情况,对飞控系统的告警等级和告警方式进行定义。

以单侧副翼失效为例,通过对飞行控制系统的故障模式影响分析可知,导致单侧副翼失效的原因有舵面作动器故障、舵面卡阻及控制线路中断,直接的后果是单侧副翼不可控/副翼卡阻在某一位置；若失效副翼处于中立位置,对飞机控制基本无影响,若副翼处于非中立位置,此时,会产生一个持续的滚转力矩,导致飞机横向控制能力下降。当飞控系统处于正常模式时,因电传飞控系统的控制律设计,此时飞行员无需特殊操作,飞控系统会自动配平飞机滚转角速率；当飞机处于降级/直接模式时,需要飞行员通过横向配平开关进行人工配平。

对于A380和B787飞机,当单侧副翼失效时,两型飞机在告警等级、告警灯、颜色、声音、指示的差异如下：

A380飞机单侧副翼失效为警戒2级,当出现此告警时,会有声(单谐音)、光(琥珀色主警戒灯)告警以及在系统显示器上自动弹出飞控画面,对应失效副翼的位置游标变为琥珀色；B787飞机,单操纵面失效时不会告警,仅在飞控页面上用琥珀色方框内部打叉的形式给飞行员提示,直到失效操纵面达到2个或以上的时候才会报警戒级告警。

结合以上对比分析可知,当出现单侧副翼失效时,会影响飞机横向控制能力,但飞行员并不需要立即去干预,同时参考A380和B787同样问题的故障等级设置以及非常正常操作程序,结合现阶段国内飞机设计技术世界主流飞机设计单位技术上的差距,将单侧副翼失效定为戒备级。

3 结论

合理的告警等级设计,能够为飞行员提供简洁清晰的处置程序,减轻飞行员的工作负担。通过对比分析A380和B787两型飞机飞控系统在告警等级、告警灯、颜色、声音、简图页指示的差异,结合告警等级定义原则,以国内某型飞机单侧副翼失效为例,给出了飞控系统告警等级的设计思路,为国内民用飞机飞控系统告警等级设计提供参考。