军用飞机平显基本显示设计研究

滕建方

（航空工业洪都，江西 南昌，330024）

0 引 言

平视显示器（简称平显，Head up Display，HUD），它与其他飞机座舱显示器的一个重要区别是它将飞行/瞄准信息通过准直光学系统显示成像在无穷远处， 利用组合镜使飞行员能够同时观察飞行/瞄准信息和座舱外景。 它是飞行员感知本机、目标及其他作战信息的人机接口设备，决定了飞行员攻击过程中的态势感知（Situation Awareness，SA）能力，也直接影响目标攻击的准确性， 对于提高战斗机的作战性能，保证其飞行安全性具有重要的作用，是现代战斗机的关键设备[1]。

现代战斗机平显显示器的显示设计基本是各自独立发展，在遵循一些基本规律的前提下都有自己的显示特点，也正因为如此，平显显示设计上看上去类似，但在细节上有很大差别，本文结合工程设计经验对平显的基本显示设计进行了梳理与研究，为航电系统设计人员提供相应参考。

1 平显基本显示信息与布局

平显的基本显示字符信息主要包括：①飞机基准字符（视轴）；②飞机的俯仰；③飞机的滚转；④当前的航向；⑤当前的速度；⑥当前的高度；⑦当前的航迹。

平显有多种显示布局方式[2]，但教练机/战斗机的平显显示有其典型布局，即航向在上，姿态在中，速度在左，高度在右，其布局如图1。

图1 战斗机平显典型“T”型显示布局

其中①1，3，8，9-马赫数、高度、导航、武器等信息显示，不同飞机设计布局略有不同；②2-速度显示符号；③4-高度显示符号；④5-飞机姿态符号；⑤6-航向符号；⑥7-横滚符号。

对于飞行员而言，平显是其能感知飞机姿态的最重要的信息来源，这里包括飞机机头的指向、飞机速度的指向，攻角、俯仰、横滚等，另外还包括高度与速度的信息等，这些信息也是其他武器、雷达等战术信息显示的基础，对于平显的显示设计有着重要意义。以下即是几种平显基本显示符号及设计方法，可为相关人员提供借鉴。

2 基本信息符号设计

2.1 飞机基准符

飞机基准符即是指机头指向，用图2（a）来指示，由于其指向多跟炮口指向相同，因此也常用炮口符号图2（b）来代替指示，该符号是整个平显符号设计的基准，其上方就是上视场，下方就是下视场。炮口符号在部分型号的设计上有时会隐藏，仅在航炮攻击时显示。

图2 飞机基准符

2.2 航向与航向刻度带

航向信息用航向刻度带与刻度带上的航向数值信息来指示，该符号的设计主要涉及以下几个问题：

1） 航向刻度带的形状， 典型的航向刻度带有横向的带状，图3（a），也有圆弧状的航向刻度带，图3（b），带状的航向刻度带一般在平显上方中间，而圆弧状的刻度带一般在平显下方中间，战斗机多采用带状显示。

图3 典型航向刻度带符号

2）当前航向的指示，当前航向需要向飞行员突出进行显示，以方便飞行员在需要获取航向信息时快速准确获取，突出的形式有多种，在刻度带下方增加一条短线，如图4（a），在当前航向数值外围套框，如图4（b），或者增粗当前航向数字的字体，如图4（c），都是典型的设计方法，也有的飞机会用多种方式进行组合。

图4 不同突显航向信息显示方式

3） 航向刻度带的宽度，刻度带的宽度与视场有关，以能体现刻度带变化趋势为准，工程经验带状以30 度-40 度为宜，也有飞机上为保证视场简洁在平显防拥时或者直接将航向刻度带删除的例子。圆弧状的多以半圆为准。

4） 导航信息的指示，在航向刻度带上有几个常用导航信息的指示，包括飞机当前航迹的指示，应飞航向（或应飞航迹）的指示，无线电罗盘、塔康的方位指示，预置航向等等。 当前航迹表示飞机真实飞行轨迹在地面投影的方位指向，在导航时，相比航向信息所表达的机头的方位指向，飞行员其实更关心真航迹的指向，所以常在航向刻度带上用一个符号来表征，图5 中用“∧”来表示，相应的也会有“应飞航迹”的符号来指示飞行员，当然有的型号不会在航向刻度带上引入“航迹”的概念，也有使用“应飞航向”来引导飞行员的，二者的目的都是引导飞行员到达目的地，没有本质区别。无线电罗盘、塔康的方位指示、预置航向等也可以在航向刻度带上用不同符号进行指示，从而引导飞行员进行相应无线电导航，在此不进行赘述。

图5 带导航信息的航向刻度带符号

2.3 速度与速度刻度带

速度与速度刻度带处于平显显示的左侧，指示飞机当前的速度与速度变化趋势。该符号的设计主要涉及的问题如下：

1） 速度刻度带的形状， 速度刻度带的符号一般用竖的带状刻度带显示，如图6（a）与6（b）所示，近年来陆续有型号采用圆圈状的显示，如图6（c）所示。 带状的显示是经典的显示，它可以很好的向飞行员传递速度信息与速度的变化趋势，但会占用较多的平显显示空间，造成飞行员观察外视景的视线障碍。相比带状的速度刻度带，圆圈状的速度刻度带占用的平显空间更少，符号也更为简洁，但不如带状刻度带直观，带状刻度带的上下，与人习惯中增减的概念一致，而圆圈状的顺时针与逆时针旋转对应速度的变化没有直接联系，有的型号上二者都有设计，可以让飞行员自行选择。

图6 典型速度刻度带符号

2） 速度刻度带的密度，所谓速度刻度带的密度是指速度刻度带量程的疏密，过密会导致“抢占”飞行员的平显外视景资源， 随着飞行员越来越注重外视景，所以速度刻度带的设计也逐渐向“疏”发展，如图6（b）相比6（a）刻度带的密度“疏”一些，在平显防拥或者在某些型号的设计中已经完全去掉了速度刻度带的指示，仅保留相应速度数值显示。

3） 当前速度的指示，同当前航向的指示类似，速度数值的显示需要快速准确的提供给飞行员，套框、增粗字体等也是常用的方式。 此外，需要指示速度的类型，“T/I/G”对应真空速、指示空速与地速。

4） 导航信息的指示，速度刻度带上通常包含“应飞速度”的指示，通常用“＜”来指示，如图6（b）所示，指引飞行员按时准点到达目的地。 此外，攻角、过载、马赫数等关键信息数据通常都在速度刻度带的周围，具体信息的布局在每种飞机上也各有不同。

2.4 高度与高度刻度带

高度与高度刻度带处于“T”型布局的右侧，指示飞机当前的高度与高度变化趋势，该符号的设计主要涉及的问题与速度刻度带类似，如图7（a），目前也有带状与圈状的设计；有的飞机在高度数值的显示的设计会在高位上进行大一号字体，如图7（b），从而突出显示，目的仍然是让飞行员快速获取高度信息；此外，高度刻度带需要将飞机的升降速度信息提供给飞行员，有的设计中提供直接的数值指示，有的则以相应的符号指示，如图7（c）、（d）。

图7 典型高度刻度带符号

2.5 姿态线

姿态线向飞行员提供基本的姿态显示，各型飞机在该符号的设计上各有特点，其主要问题与设计如下：

1） 姿态线的形状，姿态线的设计各飞机大同小异，但在细节上各有自己的特点，通常姿态线正俯仰为实线，如图8（a），负俯仰为虚线，如图8（b），为飞行员提供明显的“天地”区分；在设计上，刻度线有的采用分段的方式，有的采用整体实线如图（c）表示；0 度俯仰线表示水平线， 一般用明显的长线突出显示，如图（d），让飞行员可以快速了解飞机与天地之间的相对关系；过高的正俯仰或过低的负俯仰往往会给出飞行员相应的提示，以提醒飞行员天地位置，避免天地混淆，酿成事故。

图8 典型姿态线符号

2） 姿态线的量程， 姿态线在量程上一般采用5度或2.5 度为标准，5 度的量程在显示上更简洁，2.5度则更精确，一般在进场时切换到2.5 度，而在正常飞行时采用5 度，保证飞行员更好的观察外视景。

2.6 速度矢量符

速度矢量符表示飞机真实的速度指向，常见的设计问题如下：

1） 速度矢量符的形状，速度矢量符的符号常见的如图9（a）、（b）；通常速度矢量符会带有细节上的变化来代表一些特殊的飞机状态，如起落架的指示，如图9（c）；许多型号设计中会引入“鬼影符”如图（d）的概念来表征真实的速度指向， 而原速度矢量符只上、下移动，避免飞行员在高机动时丢失姿态信息。

图9 典型速度矢量符符号

2） 速度矢量符的驱动，速度矢量符在平显的驱动数据可以是大气攻角与大气侧滑，或者是惯性攻角与惯性侧滑，从工程经验上来讲，建议使用惯导数据，尽管惯性数据相比大气数据略有滞后，但数据的稳定性要好，且精确性也足够。

2.7 横滚与横滚刻度带

横滚表示飞机机翼与水平线之间的相对角度关系，横滚刻度带的符号常见的如图10，横滚刻度带与姿态线的滚转一致，一般在平显下方，有的飞机在平显上方布置，在有些飞机的设计中不会显示横滚刻度带，原因仍然是保持整个平显简洁的需要。

图10 典型横滚刻度带符号

3 结 语

战斗机平显显示一直在不断演化，在遵循一些原则的基础上不同飞机的平显显示设计差异性有变大的趋势，本文对平显基本显示元素的设计进行了总结与探讨，供相关设计人员参考。