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发信人: jiayingh (无忌), 信区: Green
标  题: 座舱界面与现代空战(2)
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年07月12日15:21:28 星期五), 站内信件

第四代座舱：玻璃座舱
　　人们原先相信只要导弹与雷达科技成熟，则再也没有必要进行近距离缠斗。但当雷
达与导弹科技在80年代发展成熟，人们才发现两个错误：第一，如果你的对手一样有远
程导弹呢，那空战的胜负关键究竟是什么，有人提出了解决方案：那就比谁的射程远，
所以美国有 1,000 磅重的“不死鸟”导弹，俄国甚至实验过把 SA-6 地对空导弹直接装
到战机上。然而这个答案解决不了第二个错误：导弹一样可以闪的。只要正确的时间，
往正确的方向机动，再好的导弹也不能保证命中。于是超视距空战跟缠斗一样都成为“
比快”的决斗，你并在进入他的射击范围之前溜走，则你就是赢家。故战机不用在一两
公里的空间内厮杀，但仍需要在几十公里内的范围内观望、搜索、冲锋、逃逸。故西方
国家体认到战机电子系统必须尽可能地提供各种“远程信息意识”：雷达、电子截收、
通信、导航……给飞行员，以在数十公里外快速战斗。随着科技的进步，能提供的信息
越来越多，但是怎样才能告诉飞行员而不会让他眼花缭乱呢。
　　个人计算机也遇到这种问题，计算机能够多工以后，能同时进行好几个工作，但要
怎样才能让使用者同时操作好几个工作呢，答案就是视窗化，每个工作拥有独立的视窗
，使用者切换不同的视窗就能清楚地操作不同的软件。而在战机上，这种概念就称之为
“多功能显示屏”，飞行员有太多的信息需要知道，却不是随时都要知道“全部”的信
息。因此利用数字显示屏，飞行员可以只将当时需要的信息叫出来，例如长途飞行时需
要的是导航信息、发动机状况、飞机姿态，但空战时又可以切换到雷达图形、武器存量
、威胁警报、座舱界面可以利用有限的仪表板面积展示最多的信息。另一种概念是图形
界面，利用显示屏上的图形显示，我们可以把复杂的战术状况、飞机信息以一目了然的
图表表示。这就是被称为“玻璃座舱”（Glass Cockpit）的新观念。有趣的是，玻璃座
舱不止有益于飞行员利用电子状况意识，也有助于飞行员的肉眼状况意识。以色列的“
狮”战机在生产计划受阻后，其原型被拿来实验玻璃座舱的概念。以色列工程师认为，
尽管电子系统的远程状况意识能力大幅增强，但战机却也面临更多危险，许多静默的导
弹（例如红外制导或是惯性制导的导弹）、火炮都可能逃过电子状况意识侦测。故座舱
设计不止要让飞行员维持“抬头”（Head Up）作战，更要“头向外”（Head Out），也
就是飞行员的实现随时可以四处扫描，以保持肉眼状况意识。这除了需要无“空间”障
碍的气泡座舱罩外，也需要新的仪表板设计。飞行员必须能以最快的速度阅读完仪表板
上显示的讯息，才能争取更多的“时间”注意外面的世界。
　　F-18 开始大量使用多功能显示屏，三具显示屏+抬头显示器+HOTAS 成为 80 年代战
机座舱的标准配备。受益于民用计算机的蓬勃发展，新的计算机界面不但更便宜，也更
方便。F-16 的中期延寿计划（MLU）进行时，就发现全彩的的液晶显示屏居然比单色的
阴极射线管还便宜。彩色荧幕成为第二代玻璃座舱的标准，利用色彩，我们可以在二度
空间的荧幕平面显示出第三度空间的荧幕平面上显示出第三度空间信息：例如地形等高
线、敌机高度、目标国籍或种类等，因此座舱界面能塞入更多的信息。同时彩色图形也
更容易突显出危险目标、贴在一起的目标光点，让飞行员更快从荧幕上得到必要信息：
以争取更多“Head Out”的时间。另一个新标准是显示屏数目的突破，抬头显示器的下
方增加一个显示屏的位置，称之为“平视显示屏”。回到人体工学的讨论上，我们知道
抬头显示器是最舒适的位置，同时也是飞行员最常用的界面。而平视显示屏紧邻着抬头
显示器，所以飞行员视线移动最小的距离就可以看到。因此无法显示在抬头显示器上的
信息，可以将其中必要的部分显示在平视显示屏上。什么重要信息不能显示在抬头显示
器上呢？抬头显示器的重要精神是不能破坏肉眼状况意识，所以象雷达的鸟瞰显示、，
光电吊舱的高倍放大影象等电子状况意识无法与肉眼直接视线重合者，都不能放在抬头
显示器上。而平视显示器在牺牲飞行员“Head Out”时间最小的情况下，提供必要的电
子状况意识界面。除此之外，有很多命令是不能利用操纵杆输入的，例如：通信频率、
导航坐标等，手控的平视显示器提供了方便的输入界面。座舱界面至此可谓完全奠定其
重要性。90 年代许多的早期战机改进方案中，座舱界面的改进都是各计划必备的部分，
至于气动力上的改进反倒是少见。由此可以看出各国空军眼中，第三代战机相较与第二
代战机而言，“外表”上的气动力特征差别其实影响有限，然而“内装”的座舱界面却
直接影响飞行员的飞行与战斗能力。
F-16MLU 应用了彩色下显
　　而新一代的战机更以“幻影”2000-5 型为首，率先采用玻璃座舱的第二代标准：平
视显示屏+三具彩色显示屏，诸如 F-18E/F、Rafale 早期型都采用相同标准。甚至苏联
瓦解后，积极对外推销战机，其不“时尚”的座舱界面令仰慕其气动力性能的“消费者
”们却步，也开始积极在新的战机改进型中加入玻璃座舱概念。然而，受限于他的计算
机界面科技，多半必须借助法国的座舱显示装备（如 MiG-29SMT 与 Su-30MKR、Su-30M
KI 计划）。然而这种改进设计却流于盲目加装，硬在旧有的俄式座舱设计中塞入西方荧
幕，如果没有整体设计飞行员的状况意识与按钮位置，还是没有抓住座舱设计的精神。

MiG-29SMT 的玻璃座舱
第五代座舱：智能座舱
　　座舱界面的下一个划时代科技突破将会是头盔显示器。虽然苏联率先采用头盔“瞄
准器”，但却不会显示飞行或目标信息，所以飞行员还要低头检视仪表板。西方的头盔
“显示器”，则充分利用头盔显示器可以“Head Out”的优势，将必要的飞行信息都显
示在头盔上，则在空战中，飞行员连看抬头显示器都没有必要，可以从头到尾“Head O
ut”作战。波音公司在 JSF 的设计中更继续突破座舱设计的概念。“Head Out”概念使
肉眼状况意识可以发挥到极致，然而仍有最后一个障碍：机身。无论是雷达、红外线空
对空导弹的寻标器、IRST 现在都可以支援偏轴60度的状况意识能力，但是飞行员的肉眼
却受限于机身，仰视没什么限制，俯视却只有 10-20 度。波音公司则在机身外装了全域
视野的红外线摄影机，随着飞行员的实现移动摄影机的视野，投影到头盔显示器上。则
飞行员甚至可以穿透仪表板去“看到”外面的世界，这种“穿透”（See Through）概念
使飞行员的肉眼状况意识充分支援武器与感测器的偏轴能力，使肉眼状况意识只受限于
飞行员的脖子。由于头盔显示器完全满足了肉眼状况意识的需求，所以波音公司的 JSF
 取消了抬头显示器，而增加了平面显示屏的面积以加强电子状况意识的显示空间。玻璃
座舱的概念如同秘书的多媒体报告，充分运用人体的感官以快速传递讯息，好让飞行员
更快了解战术状况而做出决定。然而如果飞行员的心理状况不能在压力下做出明智的决
定。敌我数十架战机在空中厮杀，上百枚导弹在空中穿梭，飞行员需要知道的信息量很
大，然而飞行员真正需要做出的决定却很简单：“打，还是逃？”洛克希德·马丁公司
设计 F-22 时，因此提出新的座舱概念：一句忠告，胜过上百笔信息。如果战机能给飞
行员适当的忠告，则省去了飞行员判断错误的危险。因此 F-22 的座舱界面不是盲目提
供给信息，而是如同投资顾问一样，只告诉你专家过滤分析的行动建议。
F-22 的座舱布置
　　故 F-22 的座舱显示界面在技术上没有大变化，在思想上却大为改观。它将目标分
成三种：你该攻击的、你该防备的、你该注意的。在“该攻击”的荧幕上你可以看到你
的射击包络线，目前的命中机率，射击的顺序建议。在“该防备”的荧幕上看到敌机（
或导弹阵地）的相对位置，敌军的火力范围、侦测范围。在“该注意”的荧幕上你可以
看到友机的相对位置、友机的状况，你的相对地理位置。智能界面大幅降低了飞行员的
工作负荷，也使飞行员可以参与更大范围的战术决策。飞行员不仅可以控制自己的战机
进行本分的任务，还可以经横向信息传递协调友军，或建议友军战术。F-22 编队领队机
可以在荧幕上清楚看到友机的位置，并且用游标点一下就可以知道友机的武器状况，甚
至可以指示友机攻击战术、分配目标。因此，以往地面管制员的指挥角色可以由编队的
领队机代替。故战机不只是战争机器中的固定零件，也是可以与其他零件自由结合出新
的战争机器。因此这种智能界面达到座舱设计的至高理想：“心中无机”而不只是“人
机合一”。飞行员不只被局限在利用自己的战机作战，而且还能指挥友机，甚至友军的
战舰、导弹作战。可利用的工具几乎没有限制，作战战术变化只受限于飞行员的“心”
。
亚洲航空展上展出的 F-35 模型先进座舱界面
中国作战飞机座舱界面的发展
　　随着航空电子技术和具有中国特色的人机工程学理论的发展，我军装备和即将装备
的各型主战飞机座舱界面的演变也走过了从传统到现代，从落后到先进的漫长道路。歼
五、歼六系列飞机的传统机-电式仪表到歼七、歼八系列飞机的机-电、平显复合式座舱
显示再到新歼的数字化“玻璃座舱”还有研制及预研中的头盔显示器及触摸式大屏幕高
分辨率多功能液晶显示器。
　　在大量装备歼五、歼六飞机的那个年代，受技术条件的限制和特殊社会环境、政治
背景的影响，其座舱界面没有脱离原有米格飞机机械-电子式仪表的传统框架、而且很难
有自主的大规模创新和改造。八十年代，我国航空装备领域与国际间的交流与合作日益
频繁，而与传统“米格”模式大相径庭的西方座舱界面设计理念也正是从这时起逐步为
我国所接受。通过以歼七E、歼八B 和强五D 型飞机设计为代表的探索性验证。
　　歼七E 飞机是由成都飞机制造公司研制的一种单座轻型昼间歼击机，它是在歼七H 
型飞机基础上改进设计的新机，主要改进目的在于提高歼七飞机的跨音速机动性能和起
降性能。在座舱界面设计上，它是我军装备的第一代配有平视显示器的飞机。与歼七H 
型飞机相比，该机采用平视显示器+武器瞄准控制计算机的火控系统替换了原来的陀螺稳
定光学瞄准具，以平显为主要观察仪表，同时还换装了复合式地平仪、综合罗盘、升降
转弯侧滑表、空速M数组合表等综合化程度较高航空仪表设备，加装了大气数据计算机、
全向雷达告警器和飞行参数记录器。
　　歼八B 飞机是由沈阳飞机制造公司研制的一种单座双发全天候歼击机。在座舱界面
设计上，与歼七E 飞机一样，它也是我军装备的第一代配有平视显示器的飞机。该机采
用单脉冲雷达和连续波照射器+平显系统的火控系统替换了原来的陀螺稳定光学瞄准具，
平显系统适用于空空导弹、火箭、炸弹和航炮的攻击瞄准，能显示与飞行有关的数据供
飞行员使用，与雷达交联，可提供发射中距拦射空空导弹的相关参数，具有对多个目标
进行超视距攻击的潜力。
　　强五D 飞机是由南昌飞机制造公司研制的一种单座双发全天候攻击机，它是在强五
C 型飞机基础上改进研制的飞机。在座舱界面设计上，该机换装了一种新型光学射击、
轰炸瞄准具，能对我军现役所有航空炸弹的平飞轰炸、延时轰炸、俯冲轰炸和航炮、火
箭对地攻击、航炮对空攻击、对地连续攻击等弹道进行自动解算和瞄准。同时可在瞄准
具上人工装定超越角，以供轰炸概略瞄准用。瞄准具在轰炸状态可由多普勒/GPS 组合导
航系统通过输入纵风、侧风信号，以修正风速对轰炸投弹射程的影响。控制面板加装了
红光照明设备，以适应夜间作战、训练的需要；加装了全向雷达告警器和飞行参数记录
器。
　　九十年代，适应新的军事斗争形势需要，我军引进了一批 Su-27、Su-30 等新型作
战飞机。这些新型作战飞机的座舱界面设计均具有第三代飞机的典型特征，即以一个或
数个多功能显示器取代了原有的机-电式仪表设备，只留有少量的飞行必须参数的仪表设
备作为系统故障时的应急仪表。典型的“双杆操纵”布局设计，彻底将飞行员的双手和
双眼从纷繁复杂的仪表面板中解放出来，而将全部的精力用于空战。
　　由于我国在电子座舱的设计起步阶段受到西方的设计思想的影响较大，所以我国的
设计方向还是更倾向于欧美化的座舱设计，这也是符合趋势的一种做法，其中也保持有
自己特色的东西。总归来说，中国国产装备座舱界面系统也是非常重视人机融合方面的
考虑。由于引进了一些不同体系的装备，对于这些系统的使用、更新和兼容改造可能是
一个非常有意义的工作，这将会使中国的装备电子化、智能化的水平上一个新台阶。
　　九十年代末，新型主战飞机的研制已进入最后的攻坚阶段，我国自行研制的具有国
际先进水平的全数字化“玻璃座舱”也已直接应用于该机。而目前，我国航空电子领域
的专家们正致力于领先国际先进水平的头盔显示器和触摸式大屏幕高分辨率多功能液晶
显示器的研制，可以预见，这些设备的研制成功，不但能够使我军下一代主战飞机在未
来的作战中占尽先机，而且具有中国特色的座舱界面设计理念更会成为未来世界各国借
鉴的一个成功典范。

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