详解战斗机的座舱系统

全球防务第 7 期 62 详解战斗机的座舱系统详解战斗机的座舱系统详解战斗机的座舱系统详解战斗机的座舱系统 来源：《lvlilitary Technology》2007 年第 6 期 作者：保罗·夸兰塔 编译：天空/松影 全球防务第 7 期 63 详解战斗机的座舱系统 当今现代战斗机的水平包括了一些特殊 的航空电子系统，比如视觉系统(可视电子设备)。 涵盖了为飞行员准备的所有的系统及设备，包括 夜晚和能见度非常差等情况下各种外部环境条件 的数据和图像，都以“带在头上”的形式出现。 直到 50 年代，战斗机才装配了既简单可靠又 相对便宜的电子设备，可是，飞行员即使依靠这 些仪器获得了所有的飞行和导航数据，仍然不能 完全满足低空高速的飞行任务。这些限制在第一 代高性能喷气式战斗机身上尤其明显。机舱内系 统复杂性的增加以及相关仪器设备的增加迫使飞 行员不得不比以往更多时间地采用一种“低着头” 的工作姿势，这对飞行员掌控战术状况产生了负 面影响，也降低了低空飞行的安全程度。 为解决这些问题，采用了仰视显示器(HUD), 仰视显示器是一种使飞行员不用注视驾驶舱内部 就可以掌握传感器和武器装备基础数据和信息的 光学电子系统。但是在现代战斗机内仰视显示器 不是唯一可用的视觉系统：现代工艺使得在座舱 内向飞行员提供夜视系统、高级集成式头盔系统 以及高级的数字仪表成为可能。 新式仪表盘新式仪表盘新式仪表盘新式仪表盘：：：：玻璃座舱玻璃座舱玻璃座舱玻璃座舱 现代战斗机的设备（就像许多其他军用 和商业机型一样）是所谓的“玻璃座舱”，即一个 全部或大部分传统仪表都被计算机显示屏所替代 的现代化的显示系统。老式的电子机械仪表设备 由多个不同的单独计量器组成,每一部分负责不同 的功能。因为维护工作量大(如罗盘维护)，玻璃座 舱不再采用这种多设备的形式，只保留了一些后 援或冗余任务。面板的大部分是计算机屏幕，屏 幕根据用户需要以图形显示同组仪表或同类仪表 的多个选项。所有的这些功能都集成在系统当中 以降低飞行员的工作负荷，包括飞行和武器 控制。为此，玻璃座舱完全可以被称作一场革命 控制。为此，玻璃座舱完全可以被称作一场革命 性的革新。 七十年代，当 CRT(阴极射线管)显示器开始 替换一些电子机械式压力计仪表时，就有文章提 及了上述方法的一些思想。早期的设备就像他们 做到了的一样，给了座舱一个与众不同的名字 ——玻璃座舱玻璃座舱玻璃座舱玻璃座舱。七十年代中期，一架标准的战斗 机有 100 多个座舱仪表控制装置，众多的指示和 信号分散了飞行员的注意力。这种情况分明是不 适用的，因此，利益关系重大的航天企业和美国 国家航空宇航局发起了一项关于显示器的研究工 作，试图弥补飞机构造中的缺陷，并希望能将飞 行和战斗数据综合起来，能更容易地理解飞行位 置图，最后就形成了一个完整的玻璃座舱系统。 因为飞行的安全性及效率随着飞行员对飞机自身 和战术情况掌握的增加而增加，因此更多的飞机 接受了这样的电子飞行显示，该项研究的成果反 映良好。这项新技术不仅使飞行员更容易掌握姿 势、高度、速度这些关键指示器图形视图的内容， 而且还降低了维护传统仪器的高成本。玻璃座舱 技术还提供了更强的备份能力，比机电仪表重量 更轻，更节约能耗。 玻璃座舱的优点有很多： � 代替大数量开关、计量器和传统指示器的可能 性； � 故障时更大的冗余度； � 更灵活更精确的战术航行选择； � 面板加更整洁； � 可编程性； 在人机工程条件下，玻璃座舱的主要优点不 在于所介绍的电子与电机的不同特性，实际上是 相当经常地在屏幕显示器会如实地复制计量仪 表，因为数据表明这种方法很容易立即被领会。 然而，玻璃座舱因飞行而存在，战斗情报资料只 详解战斗机的座舱系统 全球防务第 7 期 64 不过是需求的体现，在系统即将进入警戒区时飞 行员会选择他所需要的数据。这要求大大地精简 座舱，使飞行员在每一次选择时只聚焦在最重要 的需求信息点上。 现代的玻璃座舱由三 (或三个以上)主要的 LCD(液晶显示)多功能块组成，借此多图像正视显 示器显示战术情况和传感器信息，二个横向显示 器显示飞机系统参数和飞行战斗任务数据。 涉及飞机系统参数和飞行战斗任务数据的主 要部件是主驾驶仪表系统，主驾驶仪表系统显示 所有的关于飞机姿态、位置和进程(包括水平和垂 直位置)的数据与信息，还负责标明时间和速度。 主驾驶仪表系统由主飞行显示器(标明垂直飞行 剖图，如姿态、飞行指引仪指示器、速度计、模 式选择)和航行显示器(标明水平飞行剖图，如朝向 和地面航迹)组成。考虑到冗余度，对飞机控制和 安全最为紧要的信息，如朝向和进场阶段的关键 数据在两个指示器上都加以显示。 2007 年 4 月 10 日 F-35 联合攻击战斗机首次飞行使 用的 HMDS(头盔显示系统)。HMDS 采用英国头盔集成系 统公司的碳纤维外壳，国际视觉系统公司(VSI)作为主要 承包商负责全部的视觉系统，埃尔比特福特价值公司提 供图形发生器以及头盔追踪用的座舱传感器。（照片来 源：洛马公司） 包含三个全彩色多功能俯视显示器(MHDD)的欧洲 台风战机的座舱，三个显示器显示各种信息，包括全部 的战术情况、来袭形式、地图显示和空中交通规程，以 及系统状况和检验列表。所有有用的信息形式都在三个 多功能俯视显示器上显示，这些信息均是经过排列在每 一个俯视显示器周围的由 X/Y 光标控制或由数字视频接 口(DVI)的多功能“软”键筛选后的信息。(照片来源：欧 洲战斗机有限公司) 主飞行显示的中枢包含一个姿态指示器，姿 态指示器向飞行员提供有关飞机俯仰和横滚特性 的信息，还有飞机相对于地面的方位。其他的诸 如失速迎角的信息只有当飞行员选择时才显示。 基本的飞行数据根据飞行员的需要加以修正：例 如,失速迎角可以实时被修正以便反映飞机在当前 的姿势位置以及相对参数情况下的预测的临界攻 角。 得益于机载计算机预测出来的数据与信息， 主飞行显示器还可以显示飞机未来的航道(在很 短的几秒时间内)，使飞行员很容易预料飞机的反 应。在姿态指示器的左边和右边通常分别显示航 速数据和高度数据。由于飞行期间上下翻转时高 度和转速变化，这两个数字仪表通常作为垂直指 示器来使用。因为要通过飞行管理系统进行计算， 所以两个指示器还都特别地显示速度和海拔级别 的详细要点，诸如失速速度以及为任务而规划选 定的精确数据，就像在某一特定瞬间和高度时的 详解战斗机的座舱系统 全球防务第 7 期 65 最大速度。 姿势和航向参考系统由向飞机提供朝向、姿 势和偏航消息的三轴传感器组成，在其可靠性和 精度都比较成熟时替换了传统的电机陀螺飞行 仪。三轴传感器由高级固态器件构成，这些器件 利用磁力计和全球定位系统(GPS)数据来修正并 综合阴极陀螺仪数据。也可能把姿势和航向参考 系统与一个空气数据计算机结合起来，提供诸如 外界空气温度、气流速度和高度等附加信息。空 气数据计算机在现代玻璃座舱中是一个非常重要 的航空电子系统，因为它可以测定诸如修正空速、 马赫数、高度和海拔趋向等基础数据。 发动机指示和驾驶警戒系统向飞行员提供关 于发动机状况及其他系统的数据和信息。诸如 RPMs、剩余燃油数量、油压、温度值等等许多发 动机参数都有显示。其他由 ElPAS 本地定位系统 监控的机上系统典型参数包括电子的、除冰的、 气动的、液压的以及座舱环境条件方面的参数。 战术情况显示器战术情况显示器战术情况显示器战术情况显示器 战术情况显示器是一个彩色的显示器，显示 的代表性参数有： � 雷达目标； � 电子战发射器； � 移动地图； � 情报(危险区域，威胁迹象)。 为了呈现战术情况连贯图像,因此启动了精确 度评估和位置感知系统，一个战术环境显示器 (TSD)系统必须能够完成作战信息综合、解读(得 益于一套基于人工智能的系统)和空袭威胁判断。 事实上，战术环境显示器是战斗任务数据和位置 察觉信息的主要来源。设计的基本面包括信息、 地形数据、图示覆盖和文本窗的表现方式。 米格-29SMT 战斗机改进过的座舱两个 6”×8”的多 功能显示器(MFD)占据了显眼的位置。(照片来源：RSK 米格式战斗机) 战术情况显示器被直接安装在驾驶员前面的 一块大的屏幕上。“硬”按钮布置在其周围，通常 用来控制 TDS 功能，但在最高级的系统中一些按 钮是触摸式的，仿效现实按钮特性。显示器按照 到达作业区计划路线和已掌握的敌人防御位置显 示作战情况。飞行员可以启动雷达探测范围以覆 盖显示其雷达系统可探测到的区域。当飞机驾驶 员准备进攻一个敌方目标时，屏幕上会显示一个 详细的目标区局部放大图，显示系统还会显示飞 机自己和能探测到的最近的单个敌机或多个敌机 的图像。一个被命名为“任务策划者”的方程用 于计算出使飞机自身暴露给敌机雷达系统机会最 小的比较路线。在大多数情况下，如果飞行员需 要还可以在战术环境显示器屏幕的一角显示一些 关键飞行数据(如姿势、速度和海拔高度)，这个“窗 口”被称“辅助飞行显示”。 在现代的高性能战斗机中，飞行和作战状况 是通过一个人机交互计算机接口对飞机进行控制 详解战斗机的座舱系统 全球防务第 7 期 66 的，对于这种作战数据类型如何在战术环境显示 器上加以体现并在显示器中灵活表达对于设计来 说是很难的事情。主动式矩阵液晶显示器 (AMLCD)成为最新一代电子设备多功能显示器飞 行仪表工艺学应用的一个方向。主动式矩阵液晶 显示器相对于它们要替代的技术(通常是阴极射 线管 CRT)有许多优点，诸如成本、尺寸、性能和 工艺成熟度。为拓展现有技术、掌握使这些优点 最大化而需要进行的进一步研究的要求仍然存在 着，并且还要探索与飞行员使用这些显示器相关 的一些人为因素问题。由于显示器像素密度的增 加和要显示信息的总量的增加，AMLCD 必须给 飞行员提供最佳信息的有效性越来越难了。 计算机图形学技术的飞速进步使航空显示器 以多种形式动态显示三维图形成为可能。战术环 境显示器为飞行员提供既顾及航行又顾及作战信 息的融合数据并通过利用一个三维图示形式图形 加以表现，有助于减轻过多的信息负担并可以辅 助决策。 现代的战术环境显示器将飞机标志与地形数 据和威胁数据综合在一起，如此这样就可以按照 事态发展的原样考察总体战术情况。至为重要的 还有一个名为“空中通道”的特定函数。该函数由 一系列类似高速公路的区块构成，给飞行员决策 要飞哪条路线以及提前预测未来调动提供一个指 示。全部的战术情况数据在战术环境显示器上显 示，并以彩色编码表达附加信息。地面是色深相 同的绿色，如果显示一个地区的细部特征那么“空 中通道”的颜色就会改变。另外，来至地面的威胁 如防空导弹(SAM)或雷达定向AAA的位置也是彩 色编码标识的，在给定的某个时刻从黄色到红色 的变化程度表示不同的威胁程度。正在跟踪飞机 的敌机位置可以用一个矢量连接到飞机标志，当 战术环境显示器显示机载电子对抗(ECM)系统是 否有效抗击那个威胁时，闪烁的矢量表示飞行中 的一个防空导弹。 仅用一个例子就可简明地说明情况，F-22 猛 禽战斗机装有一个完全没有传统仪器的配有六个 彩色编码液晶显示器的高级玻璃座舱。这些显示 器在阳光直射下也是完全可读的，一个被称作“上 帝之眼的观察”的设备可以提供全面的飞机环境 展示，包括飞机上部、下部、两侧及背面，从而 可以在屏幕上完全显示出飞机当前的位置状况。 尤其是战术环境显示器通过一个全色编码系统显 示战术情况，包括：敌机被显示成红色三角形， 友机被显示成绿色三角形，未知敌友的飞机则显 示成黄色方块，用蓝色 F-22 图标代表自己的编队 飞机。地对空导弹发射场由五边形表示，这个五 边形导弹区域标识图标还附加上了导弹的类型 (根据存储在雷达告警接收机里的数据给出导弹 类型)以及它们的杀伤距离。 要强调的是玻璃座舱结构在所有现代战斗机 中都加以应用了，早期的飞机通过升级很容易就 可以改装上玻璃座舱。 鹰 LIFT 训练机的带有夜视镜(NVG)的座舱(图片来 源：BAE Svstems 公司) 详解战斗机的座舱系统 全球防务第 7 期 67 F-35 的头盔显示器系统白天和夜晚的图片(图片来源： VSI) 综合头盔指示系统(JHMCS)是一种多任务系统，可以 增强飞行员的环境感知能力。还可以对飞机的目标定位 系统和传感器进行控制。在空对空任务中，JHMCS 结合 提供"先敌发现、先敌发射"高度离轴的武器交战能力，使 得在执行高重力加速度机动任务时，只要头盔观察镜上 的瞄准线瞄准到敌机，就能启动武器实施攻击。在空对 地任务中，JHMCS 和雷达、宽视角前视红外等等目标探 测设备以及“智能”武器装备结合作业的。(照片来源：国 际视觉系统公司) 头盔式显示器的来临头盔式显示器的来临头盔式显示器的来临头盔式显示器的来临 虽然玻璃座舱很先进并且很有效，作战飞行 员还是需要一套可以将作战飞行数据添加到飞行 员看到的外部环境图像上去的系统。尽管以全息 合成仪衍射光学平视显示器( HUD)可以达到这个 功能，但视场(FOV)却相当小。当合成仪成像在宽 视角前视红外(FLlR）或 LLLN 上的图像是穿过黑 暗的唯一“窗口”时，这个缺点在夜间任务期间就 相当严重。甚至高级的平视显示器也因视场与机 身轴线方向相同而不能提供全部视野；每当飞行 员转头，这个“窗口”就会消失。另外,平视显示器 无疑不能完全地满足具备高度离轴交战能力的最 新代空中格斗空对空导弹提供的各种战斗能力。 很明显，解决问题的答案就在于要将视觉装 置与飞行员头盔整合在一起，由于电子元件小型 化的不断发展使这个目标现在正成为可能。最简 单的实现就是头盔瞄准器(HMS),头盔瞄准器落在 飞机传感器和武器传感器均能被飞行员看到的交 汇点上。另外，恰当的目标符号可用于警告飞行 员其视场之外的目标。第一个可用于作战的此类 系统是美国霍尼韦尔公司的 AVG-8 VTAS(目视目 标捕获系统)，AVG-8 VTAS 被安装在美国海军最 新的 F-4 幻影 II 上。VTAS 由大约 500 个部件组 成，但增加的测量飞行员面部和眼部位置的传感 器重量(大概 0.7-0.8 公斤)使飞行员在执行高重力 加速度机动任务时非常不舒服，所以这个东西和 F-4S 一起被淘汰了。 头盔瞄准器开始于八十年代早期，进一步的 小型化以及新型材料的使用导致东西方都对头盔 瞄准器概念重燃信心，出现了各种各样的模型， 除武器瞄准外也能通过比较高级的显示系统给飞 行员提供增加的各种数据。一个典型的实例是由 埃尔比特公司开发的显示和瞄准头盔(DASH)， DASH 应用在以色列空军的 F-15、F-16 和 F-4 飞 详解战斗机的座舱系统 全球防务第 7 期 68 机上。DASH 由四个主要的子系统组成：传感器、 计算机、控制面板和天线。系统通过位于座舱盖 底下的一个小型化发送器和为了测定飞行员头部 位置而集成在头盔上的一个接收器来工作。DASH 与导航系统、导弹搜寻器、雷达以及平视显示器 相连。当将所有的作战模式和手持节流阀与摇杆 (HOTAS)控制结合在一起时头盔展示出来的功能 有目标定位和目标范围、导弹发射区、飞行资料 (飞行速度,海拔高度等等)以及各种预警。DASH 是埃尔比特公司第一集成式头盔显示瞄准系统,生 产了大约 500 套。 埃尔比特公司的模块化综合显示与瞄准头盔 (MIDASH)，从飞行员面部除去夜视镜(NVG)管时有一些 光影投影到护目镜上。(照片来源：埃尔比特公司) 以 DASH 的技术和构造为基准, 埃尔比特公 司和凯泽宇航公司的合资企业——国际视觉系统 公司(VSI)开发出了联合头盔提示系统(JHMCS)， 作为主承包商的波音公司将与主要的子承包商国 际视觉系统公司一起生产 JHMCS。JHMCS 已经 被美国全线配置在其前线战斗机上(包括 F-16、 F/A-18、F-15、F-22)，几个其他航空队也采用了 JHMCS(包括 F-16 MLU 升级架构)。该系统提 供了一种将高度离轴武器标示到操作员视线并确 认武器传感器瞄准线的能力，如此这样就可以让 飞行员在目标即见时就可以启动、锁定并发射武 器。JHMCS 综合了一个可弹射的头盔式显示器和 相关的光学装置(飞行头盔以轻型 HGU-55 A/P 头 盔为基础)，一个小型化阴极射线管显示器,一个磁 接收器单元，一个小型化照相机,一个自动亮度调 整传感器和一个微型控制器。 泰雷兹航空电子公司在头盔瞄准器领域也很 活跃，在 TOPFLIGHT 方案下，泰雷兹航空电子 公司为战斗机飞行员研发了 TOPSIGHT 系列产 品，为直升飞机飞行员研发了 TOPOWL 系列产 品。TOPOWL系列已被在法国服役的“虎”(TIGER) 式武装直升机和 NH90 TTH 运输直升机以及南非 的 Rooivalk“石茶隼”武装直升机选用装备。 计算机制作的作战中的 F-22A“猛禽”战机的座舱图 像。描画的是最初的“全玻璃座舱”，甚至没有用于备份 和冗余目的的常规的仪器仪表。(图片来源：因特网) 详解战斗机的座舱系统 全球防务第 7 期 69 一名RAF战斗机飞行员头戴NVG准备起飞在伊拉克上空 执行夜晚作战任务。 F-35 双屏显示器的不同种显示模式。这些显示内容 是关于 F-35 战斗机现有发展图示，不包括雷达或前视红 外。 头盔瞄准系统（HMSs）也是俄国最后一代战 斗机（MG-29/35，SU-27/30 机型）的一个重要特 色，这种俄国式样真正让我们惊叹的是，它显示 了不同传感器间的集成。 在头盔瞄准系统发展之初，阴极射线管是唯 一可用的显示技术，因此被采用于第一批操作模 式。但是，对于装备在每个头盔系统中阴极射线 管显示器，它们的尺寸和重量必须要被减小。因 此发展出了微缩阴极射线管（1 英寸直径），这个 尺寸被证明是可以提供最好的光栅成像清晰度和 亮度。微缩阴极射线管技术是相对简单的：这个 系统通过调节扫描电子束击打磷涂层的强度产生 图像。电子束、聚焦线圈、偏转板和磷涂层都是 被压缩在一个显像管中。某种类型的直升机（例 如：美国 AH-64 型和意大利 A-129 型）的机组人 员使用单目镜系统，其闪光控制成像来自于一个 装配在直升机右前端正好位于右眼前方带有重叠 飞行指示的独立的红外成像测温装置光视的最后 一个元件是把映像反射到飞行员眼里的组合器。 一般条件下，头盔装备系统基于测量飞行员 视线（方位和海拔）变化并把信息转换到飞机传 感器（雷达、INS、红外热像仪、目标舱）和武器 上的原则。通常是由放射元件（通安装在顶罩） 和装在头盔里的微传感器完成转换的。后者能够 感应因飞行员头部活动致使发射器所产生磁场中 的任何变化，并产生相对信号指引传感器和武器 处于正确的方位。其中一种解决办法是需要电子 眼发射接收器。头盔瞄准系统的显示信息主要被 显示成飞行控制和传感器/武器操纵的基本数据一 体化的标线视觉。例如平显（HUD）符号和特性 被添加在遥控点（象征符号是同样的）。 头盔集成图示系统包括光源和一套用于组合 器玻璃或部分遮护的保护的一般常规型号的光部 件。光源通常由一个二极管矩阵（发光二极管， 详解战斗机的座舱系统 全球防务第 7 期 69 光发射二极管）表示；一个微缩阴极射线管也能 被用以获得更好的性能，但是头盔的系统集成更 加复杂。 装配可视头盔显现出非常重要的优势，但是 抬头显示器（HUD）考虑完善的视野和更好的光 度控制即提出以衍射/全息技术替代常规光学。而 且，现代头盔瞄准系统也必须能够通过红外热像 仪或 LLLTV 产生成像。这些就是导致头盔瞄准系 统被显示器头盔快速赶超的原因。 头盔显示器及其发展头盔显示器及其发展头盔显示器及其发展头盔显示器及其发展 头盔显示器可被形容为是一个提供如下功能 的系统： � 作为飞行和战斗管理的显示信号 � 受控于最重要的传感器和武器，用于测定 飞行员的瞄准线 � 在所有可视条件下（电子眼传感器）对外 映像。 � 维持传统头盔具有保护飞行员头部和支 持无线通信及氧气面罩的功能。 整个头盔的总重量不得超过 2 千克，最适宜 的目标重量应为 1.5 千克。在这点上唯独最临界的 要素就是视野；利用现有技术水平，视野增加 10 度表明要增加大约 200 克的重量。这就使得头盔 显示器的中心需要尽可能地靠近头部，以减轻长 期作战和高空演练对颈椎造成的重压。 早期头盔显示器价格非常昂贵，而且性能不 完善（成像不完整，清晰度低，亮度低，对比度 差，重量大），但相对技术已取得了长足的进步。 正如所知，HADSS 是第一代集成头盔系统，其头 部追踪器和显示器被设计为一个单独的系统：此 系统在美国航空部队的成功应用为新一代集成头 盔系统程序的扩大使用做出了极大的贡献。新型 头盔显示器的目的就是协助飞行员完成好各个阶 段的任务。其中必须完成的操作任务就是在低光 线和夜晚或不利天气情况下能够高速低空飞行。 此外，现代头盔显示器的另一目标就是将飞行员 和飞机及其系统能够有效结合在一起，使之交相 呼应。这就使得飞行员要具备情况认知能力，提 高完成任务的效率。但是一个现代头盔显示器的 设计不单单属于技术问题。还有很多关系连接系 统和使用者的一些非常复杂的问题，比如头部的 各种活动和面部测量要求头盔显示器在设计上要 具有特殊的灵活性。实际上一名头盔显示器的设 计者必须研制出能够满足常常错综复杂、有着不 同种要求的系统。这些要求如下： � 最佳舒适度； � 最佳声音保护； � 头部活动最自由； � 最高清晰度； � 距离重心最小偏距； � 重量达到最轻； � 体积达到最小； � 训练要求最少； � 视觉范围最广； � 头部瞄准和跟踪最精准； � 全色成像； � 最高亮度和对比度（可自动调整）； � 不能出现感官幻觉、光学畸变和象差； � 无论任何天气、白天或是夜晚，均能正常 工作； � 保养度低； � 成本低； 由此，我们明显看出一个头盔显示器的设计 需要正确的考虑许多物理参数、性能因素和使用 时发生的偶然情况。 最新的头盔显示器提供了一个 85*125的视野 范围，这使得飞行员同时也能够维护常规仪表的 详解战斗机的座舱系统 全球防务第 7 期 70 控制器。像源可能是分离的个体，也可能被安装 在头盔内部；但是当要求高清晰度和广泛视野而 使像源直径指示一个独立系统时，通常后者是很 容易解决的。头盔像源通常采用单频阴极射线管 的形式，其成为性能、重量、直径以及数字滤波 器间最好的折衷方式。阴极射线管仍然是用在头 盔显示器上的成像源，这是由于其具有低成本、 易于使用、可靠性及成像效果好等一些特点。然 而，阴极射线管尽管精巧，但还是呈现出一些包 括重量、大小、能量需求、正极高压和产生热量 等的缺点。由于有这些缺点，所以新型成像源如 今正被研制和检测，包括直板显示器、液晶显示 器、场致发光显示器、光放射二极管显示器、场 发射显示器、真空营光显示器、等离子显示器、 电泳显示器和数字微镜显示器。所有这些新型试 验系统都大大减小了尺寸、降低了能源和电压要 求，降低热量产出和减轻了重量。这些特性使得 这些系统非常有利于注重大小、重量和能量等基 础要素的头盔显示器的应用。特别是直板显示器 技术，因其具有航空头盔显示器的微型成像源， 所以非常适合使用。美国国防部高等研究计划局 （DARPA）也已资助了一些项目，其目的就是要 研制和整合直板显示器技术，并运用于下一代头 盔显示器中去。 此外，更多万能头盔显示器渴望具备全彩性 能。美国空军试验室的头盔瞄准器加（HSM+） 项目已经研制出了一个高级全彩头盔显示器。 HSM+实质上是目视寻获暨目标瞄准合一系统 （VCATS）的一个全彩版；最终通过减色宽温液 晶显示屏成像源会使得这些万能头盔显示器具备 全彩性能。减色宽温液晶显示屏技术之所以被选 用在这项特殊应用上，是因为它比常规加色宽温 液晶显示屏能呈现出更好的像。显示符号同现有 的抬头显示器和头盔显示器的符号相似，当然， 这对作战飞行员来说是非常熟悉的，同时在标准 现代玻璃座舱中，彩色编码也同热激发射彩色编 码相似。 我们期待头盔显示器将来能够受益于人工智 能和纤维光学透射技术，得到更加进步的发展。 这将会致使头盔显示器和传感器更好的结合，数 据更新速度更快和数据信息的智能显像。同样， 由于飞行员头部活动关联到武器和传感器惯性滞 后的问题几乎全部被消除。 F-35 闪电 II 是第一架没有抬头显示器的现代 战斗机。事实上，在 F-35 上，当飞行员向前看或 延瞄准线方向看，头盔显示器是作为一个虚拟成 像抬头显示器的。脱离瞄准线，头盔显示器会给 抬头显示器提供除中波和来自装配在机身周围的 一组六个 IR 传感器（DAS：分布间距系统）近 IR 成像，加上一个头盔夜视传感器之外的飞机特性 和数据，威胁信号和目标指示。头盔显示器把嵌 入式低亮度传感器用于夜晚可视，必要时它甚至 能够利用 DAS 成像，显示出 360 度交叠图像。这 个系统显示同现有综合头盔指示系统（JHMCS） 一样的符号，但是由两个主动矩阵液晶显示放映 器（分别置于头盔两侧）代替阴极射线管，能够 分别显示映像和信号。夜视映像通过 40*30（水 平*垂直）双目视野的光学原理被传递到头盔面部 遮护板。其最初原型是一个固定直径为 16mm.由 ITT 和电荷耦合器构成的映像增强显像管。电荷耦 合器上的可视信息将会通过头盔外部一只眼上方 的光显像管被转换到遮护板。 另一重要技术发展是用于对抗欧洲战场上台 风的头盔显示器，其可显示飞行和作战信息给迷 失的飞行员。此系统被认定为头盔象征系统 （HMSS），在头盔两侧组成双映像增强显像管， 提供双目 40*30 视界的全部交迭映像。（红外热像 仪映像也可投射在遮护板上）。头盔显示器使用双 详解战斗机的座舱系统 全球防务第 7 期 71 遮护结构：一个夜晚操作时的清晰爆炸/显示遮护， 另一个是频闪激光眼保护遮护，其可在白天操作 时旋转下来。头盔全面集成设计确保了头部保护， 生命安全保证和电子眼的兼容，构成了一个在核 生物和化学战环境中具有保护功能的全面集成氧 气面罩。 JAS-39C/D GRIPEN 夜晚战斗的挑战夜晚战斗的挑战夜晚战斗的挑战夜晚战斗的挑战 20 世纪 70 年代初始，精密武器系统的分散 在现代军事活动的飞行和作战方面产生了必要的 变化。为了求生中能够完成他们的任务，优秀的 空军部队目前大大依赖于夜晚操作性能，包括处 于低海拔飞行。这是采用专用夜视设备的唯一可 能。 在过去的三十年，随着夜晚可视技术取得的 进步和正确的训练程序的发展，许多空军因夜晚 可视护目镜（NVG）的出现大幅度提升了他们的 可操作能力。最有特色的是，夜视护目镜（NVG） 装配在飞行员的头盔上，这个部位可使飞行员透 过护目镜看到座舱以外或是护目镜位置以下的飞 行设备。NVG 大大提高了飞行员获得夜晚可视信 息的有效性。特别是他们有助于飞行员更容易看 到水平方向的物体及地形。 AN-64 APACHE 飞行员头戴夜视面罩。 飞行员的夜视护目镜一般采用由双目镜和一 个独立的增强显像管构成的夜视设备。双目系统 具有可单独在每只眼中聚焦成像以维持深度感知 的优点。单目系统是不可能做到这一点的。夜视 护目镜由两个装配在吸附于头盔前部的托架的 IIT 组成：这个结构可进行可能性调整便于使显像管 正确地对准飞行员的眼睛。夜视护目镜通常是由 置于托架里或是头盔后方的电池供应能量。因此 操纵护目镜是完全独立于飞机能源系统的。正常 使用时，护目镜的位置直接同飞行员的视线保持 一致，但是必要时也能向上翻转。 所有夜视护目镜的使用都有一个相同的原则 即利用可用来自外部光源的红光或红外线光源如 星星和月亮搭配在一起的强光正好作为可识别映 像。护目镜组成成像增强显像管对外部环境产生 单色（以绿色为主）电子光学成像。第二代和第 三四代 IIT 都被用于机载设备。第三代设备比第二 代设备性能和清晰度更好，但成本也较为昂贵。 同早期夜视护目镜相关的一个问题被称为 “开花”，是出现的一种有光环围绕的可视光源的 现象。这个问题导致护目镜性能下降。最先进的 技术已有效解决这一问题；电源是自动的（比如 快速开关），其连同依附小型槽板的薄膜有效的减 小了“开花”。 详解战斗机的座舱系统 全球防务第 7 期 72 座舱照明会干扰夜视护目镜的操作。事实上， 如果在夜视护目镜被飞行员安全使用的情况下， 座舱照明和显示能同护目镜操作兼容是很必要 的，座舱内部产生的不兼容照明（例如后备照明， 收音显示，主控灯、警报等）会使护目镜功能失 效。因为即使飞行员用的是第三代 IIT，不相关光 源(即不是用来显象的光源)也能干扰夜视护目镜 成像，起到反效果。其解决办法就是为飞机装配 夜视兼容内部及外部光源，尤其要特别安装在 MIL-L-85762A ， MIL-L-3009 和 STA-NAG3800800 等指定机型上。 夜视护目镜的兼容光源要规定满足不干扰 NVG 操作的座舱光源的光谱波长，颜色和亮度等 条件。NVG 兼容光源容许飞行员透过护目镜观测 外部环境，同时在座舱内保持认知警觉（至少） 力和发出指示器警告。利用塑料和玻璃滤波器以 及改变能消除座舱内近 IR 光的光源，有几种方法 可以完成夜视护目镜的兼容。另一技术就是利用 化学光棒用泛光照亮座舱设备。 反撞击，方位和形成光源应该是被 NVG 认可 的，但是在作战任务过程中，必须是不可视的。 这些被称为隐藏模式光源生成不可视光，在近 IR 区域发射能量。掩藏反冲击光有两种不同可选用 方案。 � 辅助滤波器能够阻止可视光，仅允许 IR 光通过。 � 或者利用 IR 二极管作为光源。 对于其他应用（如 SAR，编队飞行等），那 些没有隐藏但仍能同 NVG 系统兼容的外部光是 非常必要的。 特别是在作战条件下，为完成限定和保持熟 练，夜视护目镜的使用需要正确的训练。第三、 第四代夜视护目镜甚至限定了 40 度视界，一些飞 行员起初对于这个视野感到些许恐怖，就如“通 过显像管看世界”一般，不过训练及其完备的扫 描程序通常会缓和这种感觉。 全景夜视护目镜（PNVG）也已被研发出来， 其通过利用四个 16mm.成像增强显像管代替传统 使用的 18mm.直径的显像管，为飞行员提供了一 个 95 度-100 度视界。尽管 PNVG 有着极大的优 势，军方最终都是想把装配在头盔外部的 NVG 系 统移走换成更加轻便的系统，其能整合目标和飞 机控制信号以及显示在遮护上的夜视信息-如：头 盔显示器+系统。把夜视系统置于头盔内部减小了 对飞行员头部和颈部的压力影响，消除了玻璃座 舱和传感器的溶解，使飞行员把精力主要集中于 作战任务和正确的情况上。情况分析指的是 情况检查过程，其包含的要素及其它们之间的联 系为飞行员的决定提供并保持情况警觉状态。现 代战争的操纵趋势迫于情况分析过程的压力：情 况的多样性，不断扩大的威胁，复杂环境中相关 的数据和信息都成为了重要挑战，因为这些不断 增加的因素使得战术面临饱和而导致飞行员常常 做出错误判别。由于这些原因，就必须要比敌方 做出又快又好的判定以保持主动性。而这要严格 地依赖于可视和玻璃座舱设计的先进的技术。 夜晚可视设备益处颇大，它们让飞行员能够 在极限环境中继续作战。尽管如此，其也面临了 一些值得深思的风险。比如，驾驶员经常对他们 使用夜视设备的能力过于自信，结果，夜视设备 的使用成为了不断导致军事意外的因素之一：足 够的训练项目和模拟器的使用是减少这些风险的 必要手段。