某型平视显示器过载试验研究

王亚锋，苗 娟

(中国飞机强度研究所 结构冲击动力学航空重点试验室，陕西 西安 710065)

1 引 言

平视显示器(Head Up Display，HUD)是一种机载光学显示系统，是运用在飞机上的飞行辅助仪器，可以把飞机的飞行信息(如飞行参数、姿态信息、导航信息等)投射到飞行员视野正前方的透视镜上，使飞行员保持平视状态时，在同一视野中兼顾仪表参数和外界的目视参照物，驾驶员不需要低头查看仪器，就能掌握载具的大部分驾驶信息[1]。

运输类飞机上设有平视显示器，平视显示器的组合玻璃在工作状态下位于驾驶员的正前方，如图1所示。当飞机在前行方向上紧急减速时，飞机上的驾驶员会在惯性的作用下继续以原有的速度前行，此时如果平视显示器的组合玻璃仍处于工作位置，驾驶员的头部会撞到平视显示器的组合玻璃上[2]。中国民航CCAR25部第785条规定，飞机在应急着陆过程中必须去除飞行员头部能撞到的半径范围内的任何致伤物体。由于HUD距离飞行员头部比较近，需使其在飞机应急着陆时承受冲击载荷自动弹开，避开驾驶员的头部，以免对其造成伤害[3]。

图1 飞机平视显示器

本文介绍了某型平视显示器乘员伤害试验的试验过程，包括试验设施、试验方法、试验项目、试验安装和试验步骤，并对试验结果进行了分析与评估。评估结果表明，给平视显示器施加CCAR25.562条规定的载荷条件下，HUD功能机构在达到规定的加速度(8g)时能自动弹开，且不会回弹，从而避免其对飞行员头部的伤害。

2 某型平视显示器乘员伤害试验过程

2.1 试验设施

试验应用的水平冲击试验台属于加速式滑车设备，在试验中以加速度形式产生冲击脉冲，模拟飞机在应急着陆过程中的载荷施加。加速式水平冲击试验台如图2所示，试验框图见图3。该设备由气动和液压伺服系统组成，通过计算机控制两种动力源相互作用来产生冲击波形。系统的驱动力由气动部分提供，刹车刀的制动摩擦力由液压伺服系统控制施加。试验中通过高速摄像记录整个试验过程，并计算运动角度；加速度计用来测量加速度[4]。

图2 结构水平冲击试验台

图3 试验框图

2.2 试验方法

试验采用加速度水平冲击试验法，在结构水平冲击试验台上开展，按照试验条件及参数调节气动压力和刹车片大小、数量，将HUD和夹具安装在台面上。采用数字图像相关法分析试验中HUD的动态变形量。试验中安装2台高速摄像机，用于拍摄并测量冲击的全过程。通过分析高速摄像拍摄得到的结构动态变形图像，不仅可以观察得到结构的变形、破坏模式，还可以得到结构标记位置的三维变形(角度)、运动速度、运动加速度等信息。

2.3 试验项目

依次完成以下3项试验，如表1所示。

表1 试验项目

2.4 试验安装

HUD按照适航文件规定的试验条件，通过试验安装架固定在水平冲击试验台上，安装方式及连接结构与其在飞机上完全一致。试验件的偏转通过试验工装实现。试验安装如图4所示。

图4 试验安装图

2.5 试验流程

试验流程如图5所示。

图5 试验流程

3 试验结果与分析

3.1 试验结果

3.1.1 试验过程HUD角度变化情况

图6是高速摄像拍摄记录的左偏航工况下HUD冲击变形的全过程，其他两个工况运动变形类似。可以看出，试验开始前HUD处于原始的位置，冲击开始后并没有发生明显改变。从117ms时刻起，HUD开始展开，在170msHUD机构展开到最大位置，试验结束并没有发生明显回弹。

3.1.2 试验测量结果

图7、图8分别是典型试验加载曲线和HUD角度变化曲线，表2是航向试验、右偏航试验和左偏航试验HUD加速度和打开角度对应的时间。

(a)t=0时刻

(d)t=0.170s时刻

(e)t=0.217s时刻图6 左偏航工况下HUD冲击变形的全过程

图7 典型试验加载曲线

图8 HUD角度变化曲线

表2 HUD加速度和打开角度与对应的时间

3.2 试验结果分析

(1)冲击脉冲波形分析

试验加载的脉冲波形基本为等腰三角形，试验速度、加速度峰值和上升时间均满足SAE 8049B 附录 A“评估冲击脉冲波形的方法”中全部五项要求[5]。

(2)HUD运动分析

3个工况的试验结果均表明，在加速度达到8g时，HUD开始打开，达到一定过载时展开到最大角度。冲击结束后，HUD基本保持在展开位置，没有明显回弹。

(3)不同偏航角运动差异分析

从试验录像和试验结果发现，不同的安装角度下，HUD在整个冲击过程中结构及其连接都保持完好，运动机构展开时间与角度基本一致。

4 总 结

从以上的试验结果和分析看，该型平视显示器系统满足相关规章对其规定的功能要求，不同的偏航角下皆可在规定的加速度载荷下展开到安全位置，并且在试验结束后不会发生回弹，可保证在飞机应急着陆的情况下不会对驾驶员头部造成碰撞伤害。