基于人機(jī)工效的失速告警系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

王永鑫 崔宇

摘 要 本文通過功能需求和安全性需求定義了一個失速告警系統(tǒng)架構(gòu)。針對機(jī)組可能獲得誤導(dǎo)信息，提出失速告警是否增加抑制功能的問題。根據(jù)人機(jī)工效的設(shè)計原則，考慮飛機(jī)的安全性和飛行員具有最終的操作權(quán)限，確定了失速告警系統(tǒng)應(yīng)不單獨設(shè)置抑制開關(guān)，而依賴于機(jī)組告警系統(tǒng)的音頻抑制功能來抑制誤導(dǎo)的失速告警音頻信息。

【關(guān)鍵詞】失速 告警 人機(jī)工效 人為因素 安全性

失速告警系統(tǒng)是FAA規(guī)定的民用運輸類飛機(jī)必不可少的關(guān)鍵系統(tǒng)之一。失速告警系統(tǒng)為飛行機(jī)組提供失速警告，防止飛機(jī)進(jìn)入失速。同時，飛機(jī)還應(yīng)裝有失速識別系統(tǒng)對飛機(jī)進(jìn)行保護(hù)。失速告警系統(tǒng)和失速識別系統(tǒng)（失速保護(hù)系統(tǒng)）同時失效將導(dǎo)致飛機(jī)災(zāi)難的影響。

1 典型的失速告警系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)飛機(jī)系統(tǒng)采用的研制流程，系統(tǒng)架構(gòu)要根據(jù)系統(tǒng)的需求進(jìn)行設(shè)計，并對系統(tǒng)需求進(jìn)行確認(rèn)和驗證。

典型失速告警系統(tǒng)需求如下，僅作為參考：

失速告警系統(tǒng)應(yīng)保證在飛機(jī)接近失速狀態(tài)和進(jìn)入失速狀態(tài)時，能夠根據(jù)在飛機(jī)襟翼位置、結(jié)冰狀態(tài)、迎角信息、大氣數(shù)據(jù)信息，給出告警信息。

失速告警邏輯和方程應(yīng)考慮結(jié)冰條件，它可能與非結(jié)冰條件下的不同。

喪失失速告警系統(tǒng)應(yīng)為不可能（improbable）；

不得有單點失效導(dǎo)致失速識別系統(tǒng)的誤動作。

根據(jù)以上的需求，失速告警系統(tǒng)可以有很多不同的架構(gòu)。此處，失速識別系統(tǒng)選用抖桿器，失速保護(hù)系統(tǒng)與失速告警系統(tǒng)相互獨立，同時不考慮迎角傳感器加溫問題。則失速告警系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示。

2 失速告警系統(tǒng)架構(gòu)存在問題

考慮到“機(jī)組獲得誤導(dǎo)的失速告警信息的概率應(yīng)不大于10-5/飛行小時”，在飛的全壽命周期中會出現(xiàn)數(shù)次誤導(dǎo)的失速告警信息。失速告警和失速保護(hù)系統(tǒng)需要考慮是否使用抑制開關(guān)來切斷虛警或誤動作。

3 飛機(jī)設(shè)計理念下的人機(jī)工效原則

根據(jù)和諧為導(dǎo)向的駕駛艙設(shè)計理念，同時參考空客和波音的駕駛艙設(shè)計理念，定義某飛機(jī)的部分設(shè)計理念如下，僅作為參考：

飛行員具有飛機(jī)最終操作的權(quán)限；

決定飛機(jī)設(shè)計要素次序為：安全，乘客舒適度，效率；

在正常和非正常操作模式下均應(yīng)考慮人的基本力量和局限，以及個體差異。

4 失速告警系統(tǒng)的安全性及適航要求

根據(jù)AC25-7C中的要求，對于失速識別系統(tǒng)，飛機(jī)應(yīng)為2個飛行員提供快速斷開的方法。因此，根據(jù)失速告警系統(tǒng)的架構(gòu)可以設(shè)置開關(guān)來斷開推桿器。這也符合飛機(jī)設(shè)計的理念，飛行員應(yīng)具有最終的決策權(quán)。

同時，AC25-7C中還要求，失速告警系統(tǒng)需要在飛行過程中一直保持預(yù)位狀態(tài)，但在飛機(jī)起飛前的階段可以抑制預(yù)先告警的邏輯。同時，還需要防止在起飛中由于迎角傳感器誤校準(zhǔn)導(dǎo)致的虛警。這兩點要求可以在失速告警系統(tǒng)的邏輯中實現(xiàn)，不必使用抑制開關(guān)來關(guān)閉失速告警系統(tǒng)。

5 告警抑制

失速告警系統(tǒng)在不同的條件下具有不同的告警點。當(dāng)飛機(jī)處于結(jié)冰狀態(tài)時，飛機(jī)失速告警點位于正常失速點前。因此，飛行員希望在能夠辨識出飛機(jī)的處于非結(jié)冰狀態(tài)時，抑制結(jié)冰狀態(tài)下的失速告警。

失速通常最早發(fā)生在機(jī)翼處，飛行員判斷的結(jié)冰依據(jù)是駕駛艙窗外的探冰棒，并不能觀察到機(jī)翼的結(jié)冰條件。因此，不能依賴于飛行員對結(jié)冰條件的判斷。

飛機(jī)的失速告警系統(tǒng)通過機(jī)組告警系統(tǒng)觸發(fā)飛機(jī)的音頻告警。而機(jī)組告警系統(tǒng)具有聲音抑制功能。使用該功能可以消除失速告警系統(tǒng)發(fā)出的誤導(dǎo)音頻告警信息，從而減輕對飛行員的干擾。從安全性角度考慮，當(dāng)飛行機(jī)組抑制了音頻告警時，飛機(jī)仍具有失速告警功能，可以通過顯示器的視覺信息和抖桿器的觸覺信息進(jìn)行告警。

6 結(jié)論

根據(jù)人機(jī)工效設(shè)計中的飛行員具有最高決策權(quán)限，以及飛機(jī)設(shè)計中安全性第一的設(shè)計理念，失速告警系統(tǒng)應(yīng)不單獨設(shè)置抑制開關(guān)，而依賴于機(jī)組告警系統(tǒng)的音頻抑制功能來抑制誤導(dǎo)的失速告警音頻信息。當(dāng)失速告警系統(tǒng)發(fā)生誤告警時，飛行員仍可以通過抑制開關(guān)斷開失速保護(hù)系統(tǒng)，具有對飛機(jī)的最高操作權(quán)限。仍然存在的人機(jī)工效問題是當(dāng)失速告警系統(tǒng)發(fā)生誤告警時，飛行員需要忍受抖桿器的抖動。在該條件下是否會對飛行員的操作產(chǎn)生影響，需要通過試驗進(jìn)行評價，決定抖桿器的振動幅度和安裝位置。

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作者單位

1.中航西飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司 陜西省西安市 710089

2.航空工業(yè)西安飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 陜西省西安市 710089