在人类探索天空的历程中,航空驾驶舱扮演着至关重要的角色。它不仅是飞行员与飞行器沟通的桥梁,更是确保飞行安全的核心区域。从最初的简陋设计到现代的高科技玻璃驾驶舱,驾驶舱的演变见证了航空技术的进步与革新。
航空驾驶舱,亦称为飞机的“大脑”,是飞行员控制飞行器的地方。早期的飞机驾驶舱十分简陋,飞行员几乎完全暴露在空气中,随着技术的发展,驾驶舱逐渐封闭,配备了先进的电子设备和控制系统。
在20世纪初期,飞机驾驶舱的设计还非常原始。1912年,阿弗罗公司推出了第一款带有封闭驾驶舱的飞机,但直到20世纪20年代,许多客机的机组人员仍然在开放的驾驶舱中工作,而乘客则坐在封闭的机舱内。军用双翼飞机和早期的单引擎战斗机、攻击机也多采用开放式驾驶舱,直到第二次世界大战期间,封闭式驾驶舱才成为标准配置。
1933年,随着透明塑料的出现,驾驶舱的窗户开始采用这种新材料,取代了之前沉重的安全玻璃或易燃的纤维素硝酸酯。20世纪20年代中期,许多飞机制造商开始首次使用封闭式驾驶舱。1924年的福克F.VII、1926年的德国容克W 34运输机、1926年的福特三发飞机、1927年的洛克希德维加、查尔斯·林德伯格的“圣路易斯精神”号以及道格拉斯和波音公司在20世纪30年代中期生产的飞机都是早期封闭式驾驶舱的代表。到了20世纪50年代中期,除了训练飞机、农药喷洒机和自制飞机外,开放式驾驶舱的飞机几乎已经绝迹。
现代驾驶舱的设计注重人机工程学,旨在提高飞行员的情境意识,避免信息过载。过去,许多驾驶舱,特别是战斗机的驾驶舱,对飞行员的体型有限制。现在,驾驶舱被设计得能够适应从第一百分位的女性体型到第九十九百分位的男性体型。
在军用高速喷气机的设计中,传统的“旋钮和仪表盘”已基本消失。仪表盘几乎完全被电子显示屏所取代,这些显示屏通常是可重新配置的,以节省空间。
虽然出于完整性和安全的原因,一些硬连线的专用开关仍然必须使用,但许多传统控制装置已被多功能可重新配置的控制装置或所谓的“软键”所取代。控制装置被集成到操纵杆和节流阀上,使飞行员能够保持抬头和向外看的姿势——即所谓的“手不离油门和操纵杆”(HOTAS)概念。这些控制装置可以通过头部指向的头盔瞄准系统或直接语音输入(DVI)进一步增强。听觉显示技术的进步使得飞机状态信息的直接语音输出和警告声音的空间定位成为可能,从而改善了对飞机系统的监控。
现代客机的控制面板布局在业界已基本统一。例如,与系统相关的控制装置(如电力、燃料、液压和增压系统)通常位于驾驶舱顶部的头顶板上。无线电设备通常放置在飞行员座椅之间的一个称为“脚架”的面板上。
自动驾驶仪等自动飞行控制装置通常放置在挡风玻璃下方、主仪表板上方的遮阳板上。驾驶舱设计的中心概念是“设计视点”(DEP),从这一点上所有显示屏都应该是可见的。
大多数现代驾驶舱还包括某种集成警告系统。2013年进行的一项研究,旨在评估驾驶舱用户菜单导航的方法,发现触摸屏产生了“最佳得分”。
2001年9月11日的袭击之后,所有主要航空公司都加强了驾驶舱的防护,以防止被劫机者进入。
在现代电子驾驶舱中,通常被认为是必不可少的电子飞行仪表包括多功能显示器(MFD)、主飞行显示器(PFD)、导航显示器(ND)、发动机指示和机组警告系统(EICAS)、飞行管理系统/控制显示单元(FMS/CDU)以及备用仪表。
模式控制面板(通常是一个长而窄的面板,位于飞行员正前方中央)可能用于控制航向、速度、高度、垂直速度、垂直导航和横向导航。它也可以用来接通或断开自动驾驶仪和自动油门。该面板通常被称为“遮阳板面板”。MCP是波音公司的一个名称(已被非正式地采用为该单元/面板的通用名称),它允许选择和设置不同的自动飞行功能,空客飞机上的相同单元被称为飞行控制单元(FCU)。
主飞行显示器通常位于显眼位置,要么在中央,要么在驾驶舱的任一侧。在大多数情况下,它包括姿态指示器、空速和高度指示器(通常作为磁带显示)和垂直速度指示器的数字化显示。
在许多情况下,它还包括某种形式的航向指示器和ILS/VOR偏差指示器。在许多情况下,会有一个指示已接通和已武装的自动飞行系统模式的指示器,以及一些形式的选定值的高度、速度、垂直速度和航向的指示。它可能是飞行员可选的,可以与ND交换。
导航显示器可能位于PFD旁边,显示路线和下一个航点的信息,以及风速和风向。它可能是飞行员可选的,可以与PFD交换。
波音和巴西航空工业公司使用的发动机指示和机组警告系统(EICAS),或空客使用的电子集中式飞机监控器(ECAM),允许飞行员监控以下信息:N1、N2和N3的值、燃油温度、燃油流量、电气系统、驾驶舱或客舱的温度和压力、控制面等。飞行员可以通过按键选择显示信息。
飞行管理系统/控制和/或显示单元可能被飞行员用来输入和检查以下信息:飞行计划、速度控制、导航控制等。
在驾驶舱不太显眼的部分,如果其他仪表发生故障,将有一个电池供电的集成备用仪表系统和一个磁罗盘,显示基本的飞行信息,如速度、高度、姿态和航向。
航空驾驶舱的演变是技术进步的缩影,它不仅提高了飞行的安全性和效率,也为飞行员提供了更加舒适和人性化的工作环境。随着科技的不断进步,未来的驾驶舱将更加智能化、自动化。