冲上云霄

未来的驾驶舱技术

技术,人工智能和自动化共同保证了飞行安全性,实用性和效率的显着提高。


唐·范·戴克
ATP / Helo / CFII,F28,贝尔222
专业飞行员加拿大技术编辑

GE Open Flight Deck项目符合SAE航空航天推荐规范(ARP),适用于第23、25、27和29部分飞机的触摸交互式电子显示系统。
N新一代的驾驶舱设计包括一系列新的飞行员/航空电子接口,可支持更大的态势感知(SA),优化的飞行动力学和运营洞察力。

未来主义者致力于确保连接的飞机从当前安排无缝过渡到未来配置。

最近的设计试图通过允许在退化的视觉环境(DVE)中进行操作以及使用性能较差的地面进近辅助工具进入机场来提高效率和竞争力。

总体目标包括将与天气有关的延误减少20%,采用通用架构(技术和设计)的座舱,并统一固定翼和旋翼机种通用特征的表示和管理。

航空比以往任何时候都更依赖于计算机,计算机网络或虚拟现实来改善飞行安全性,效率,能力和产品范围。更好的数据收集和分析功能,可以通过更有效的飞行路径和剖面图,更少的飞行时间,更低的油耗和排放量以及其他广泛的好处来提高交通和天气意识。

飞行人员通过结合自动化和手动操作来管理飞机的飞行路线。随着技术和创新的发展,运营收益将以几乎无法想象的方式发展。

历史上,航空电子系统以独立配置运行,与其他系统和外部网络(联邦系统)物理隔离,并受到气隙安全性的保护,但是驾驶舱架构正从联邦系统转变为集成(统一)系统设计,以减小外形尺寸,重量和所需功率。

通信,导航和监视(CNS)环境非常复杂。连接的飞机越来越多地被视为飞行数据中心。 Collins Aerospace Pro Line Fusion专为空客C295面向未来的驾驶舱而设计。

未来的飞行甲板

航空电子学的未来主义者设想驾驶舱具有新架构,该架构集成了相关技术,例如显示,数据网络,图形和常规处理,以实现以下功能:

安全。 平视显示器(HUD)和合成环境可通过提高意识来提供安全益处。它们还通过减少工作量来提高性能。

在提供新功能的同时,驾驶舱技术必须解决仍是民航致命事故最重要的原因-飞行中失控(LOC-I)。

对情况的意识。 随着机器自主性和人工辅助操作之间设计平衡的发展,趋势是逐渐将飞行员与飞机的物理控制隔离开来。

尽管如此,飞行员的角色仍然是资源管理,并在设备中断时提供所需的冗余。这种问责制的关键是维护SA(监视通信,飞行计划,交通等)。

飞机控制。 飞行员仍然是飞机运行的最终授权,并且是飞机控制失灵时的最后一道防线。直观和集成控制的目标是使飞行员能够获取更多信息,而不会中断他们对飞行飞机的专注。
在这一领域,人机界面(HMI)(如触摸屏,语音控制)以及与HUD和组合视觉等技术的连接至关重要。

语音可以消除执行命令所需的许多手动步骤,从而减少工作量,并使飞行员专注于安全高效地飞行。当调用不常用的命令或菜单时,语音在座舱中尤其有用,否则,乘员可能会花费大量时间进行搜索。

湾流G500和G600上的霍尼韦尔Primus Epic集成驾驶舱集成触摸屏控制器是航空业首创,代表了当前最先进的驾驶舱。

未来主义者还开发了先进的自然语言处理系统,可以识别与飞行相关的持续背景噪声的命令。

使用这样的系统,飞行员可以仅使用单词移动显示的地图并导航到特定点,而无需用手指在触摸屏上移动和指向。

这将使飞行员保持完全参与飞行的飞行,而不必在关键的飞行阶段转移视线或手以操纵不必要的控制。

手势控制(跟踪自由空间中的手部运动)和眼球运动控制不只是滑动触摸板或屏幕。此类系统目前正在测试中。

其他创新涉及控件,例如推力杆,向飞行员提供反馈。虽然尚不清楚此类功能的实际应用,但可能会带来许多安全益处。

连通性。 连通性对航空业的影响是深远的,航空电子业处于互联航空领域的最前沿。
互联飞行管理系统(FMS)的概念将使驾驶舱可获得大量实时SA数据(天气,交通模式等),这些数据可用于调整飞机的飞行计划或飞行曲线。

湾流G500 / 600座舱的触摸屏可以通过软件和重新编程驾驶舱的远程数据集中器来完全升级。

连接性和高级数据分析功能还可以预测包括航空电子设备在内的各种飞机系统的维护需求。这将使技术人员能够在引起操作中断之前就开始处理问题。

配备有高速连接功能的飞机可让机组人员和乘客方便地使用其个人笔记本电脑,平板电脑和智能手机。

数字界面将使乘客能够订购特定的餐食,饮料,毯子和便利设施,从而满足他们的出行体验,从而减轻了工作人员的工作量并改善了乘客的接触点。

去除嵌入式机上娱乐设备可能会产生更多空间,并允许使用不同的机载存储选项,从而为运营商节省了重量/成本。

智能补货将使用厨房传感器来自动确定重新装载飞机所需的库存,并将该信息传达给地面人员。

信任但要验证

符合标准的航空电子设备将满足对安全至关重要的实时操作系统的机密性,完整性和可用性的要求。但最终,必须提供确认(反馈)路径,并且飞行员必须使用该路径。当然,这需要飞行员进行适当的技术理解和掌握。

Thales Avionics 2020是新一代的直升机飞行甲板,旨在提高操作的多功能性和效率,同时减少飞行员的工作量。

厂商

为了改善产品线,原始设备制造商(OEM)不断审查市场需求并修改其设计方法。

柯林斯航空航天公司。 专为空中客车C295战术空中运输机设计的Pro Line Fusion飞行甲板具有FMS的关键功能,可在搜索和救援(SAR)以及其他任务期间帮助操作员。

这些包括SAR模式,计算空气释放点(CARP)和高空释放点(HARP)。

适用于巴西航空工业公司Praetor 500和600的Pro Line Fusion在4个15英寸LCD上具有飞行员可选的显示格式,使机组人员可以查看各种信息,例如飞行关键数据,飞机信息概要图,导航图和映射到多个演示文稿,从而显着增强了SA。

佳明 Garmin G5000面向未来的驾驶舱可以升级功能,并有助于为多架飞机进行未来的技术改造。

GE航空。 开放飞行甲板项目涉及GE航空,BAE系统公司和南安普敦大学,共同开发一种开放式结构驾驶舱,旨在解锁创新和面向未来的飞机驾驶舱。

Garmin的G5000是许多传统喷气式飞机(例如Citation Excel / XLS)的有效升级。

新的以飞行员为中心的界面技术可改善SA,决策和恶劣天气下飞机的利用率。

设计目标支持4D飞行计划和零可见降落,从而扩展了运营范围并节省了大量燃油。

制造商使用GE Aviation开发的数据集中网络来执行智能功能,并通过从各种系统收集数据并使该信息可用于其他结构来添加新功能。

通过减少无线机架的重量,这也降低了成本。

霍尼韦尔 Primus Epic 2.0驾驶舱支持SmartView综合视觉系统(SVS)和交互式导航,以识别具有挑战性的地形并重定向飞行路线。

泰雷兹。 全新的Thales Avionics 2020融合并显示了开放世界的信息以及来自安全来源的数据,使之成为全球首个完全互联的直升机驾驶舱。

将SkyLens头戴式显示器与UA的InSight显示系统集成在一起,可以将所有FMS信息叠加在真实视图上,从而增强了对导航数据的理解。

通用航空电子。 UA视距飞行导航系统结合了ClearVision SkyLens头戴式显示器(HWD)及其最近发布的基于软件的交互式FMS(i-FMS)。

i-FMS允许飞行员将FMS的航路点和信息投射到真实世界视图上,并叠加在飞行员通过头/眼跟踪和飞机油门上的选择/取消选择按钮与之交互的显示器上。

结论

开放式驾驶舱(OFL)是航空电子通用核心系统的合理扩展,波音787和湾流G500 / 600配备了该系统。

这种架构允许根据需要将模块插入航空电子平台,同时保持灵活性和面向未来。

从历史上看,高昂的认证和更新成本成为采用新航空电子技术的障碍。 OFL概念定义了允许开发功能应用程序的标准和接口。然后,这些将更容易,更快地部署。

最终结果是提高了安全性和效率,因为技术更新不再被延迟。同样,可以大大降低更改成本,并且更早提供更新。

技术将首次能够及时为未来的飞机OEM,运营商和飞行员带来其收益。


唐·范戴克(Don Van Dyke)是蒙特利尔Chicoutimi航空学院高级航空航天学教授。他是一名18,000小时的TT飞行员和讲师,在飞机和直升机上具有丰富的航空,商务和包机经验。他曾是国际航空运输协会的前任运营总监,曾在国际民航组织的多个小组中任职。他是皇家航空学会的会员,并且是联合国管理下技术项目的飞行运营专家。

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