CN110823610A - 一种民用飞机hud防碰撞功能验证系统及验证方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种民用飞机HUD防碰撞功能验证系统，该系统包括仿真驾驶舱、飞行员座椅、假人、加速度试验台、图像识别系统以及受试HUD产品；其中飞行员座椅、假人和受试HUD产品可拆卸；所述系统可拆装成防碰撞基准试验子系统和HUD分离试验子系统；所述防碰撞基准试验子系统包括仿真驾驶舱、飞行员座椅、假人、加速度试验台和图像识别系统；所述HUD分离试验子系统包括仿真驾驶舱、加速度试验台、图像识别系统和受试HUD产品。本发明所提供的验证系统，HUD产品和假人可拆卸，能随时替换；并且试验时将现有的验证试验分为两个子试验，减少了试验中座椅、假人以及受试HUD产品等易损品的消耗，降低了试验成本。

Description

一种民用飞机HUD防碰撞功能验证系统及验证方法

技术领域

本发明涉及民用飞机机载系统领域，具体涉及一种民用飞机HUD防碰撞功能验证的系统与方法

背景技术

根据民用航空规章要求，民用飞机HUD(以下简称HUD)具有防碰撞功能，能够在飞机遭遇应急着陆的紧急事件(以下称为加速度冲击)时能够防止飞行员因受到惯性力而导致头部撞击到HUD20的玻璃上，从而避免玻璃对飞行员头部造成的伤害(如图2)。HUD实现这一功能的方式，是在玻璃的支撑结构上设计一种折转机构。这种折转机构能够在承受一定加速度时，带动着玻璃自动脱离原有的工作位置，进入分离位置，避让飞行员的头部运动轨迹。民用航空相关规章进一步要求，这种HUD防碰撞功能的设计必须以试验的方式进行验证，并在条款中(CCAR 25部562条)给出了明确的试验条件。

通常业内惯用的HUD防碰撞功能验证方法是将假人、飞行员座椅、HUD以及所有可能在加速度冲击时对飞行员头部产生伤害、或可能改变飞行员头部运动轨迹的驾驶舱内设施、设备和电子系统都安装在一个仿真驾驶舱中，通过对整个仿真驾驶舱施加规章规定的加速度试验条件来模拟飞机的应急着陆场景，并在试验结束后通过肉眼观察或通过假人上的传感器参数来分析假人与HUD玻璃是否发生了撞击。

但是，由于法律规定的加速度冲击剧烈，试验中飞行员座椅、假人、HUD玻璃均会产生损伤。当一民用飞机HUD仍处于设计阶段时，可能需要反复多次进行HUD防碰撞功能的试验，试验损伤会导致试验成本的显著增加。

发明内容

发明目的：

本发明的目的在于提供一种低成本的民用飞机HUD防碰撞功能验证的系统，达到低成本验证民用飞机碰撞功能的目的，以解决现有技术存在的问题

技术方案：

一种民用飞机HUD防碰撞功能验证系统，该系统包括仿真驾驶舱、飞行员座椅、假人、加速度试验台、图像识别系统以及受试HUD产品；

其中飞行员座椅、假人和受试HUD产品可拆卸；

所述系统可拆装成防碰撞基准试验子系统和HUD分离试验子系统；

所述防碰撞基准试验子系统包括仿真驾驶舱、飞行员座椅、假人、加速度试验台和图像识别系统；

所述HUD分离试验子系统包括仿真驾驶舱、加速度试验台、图像识别系统和受试HUD产品。

进一步的，所述仿真驾驶舱为包括除HUD之外所有可能在加速度冲击时对飞行员头部产生伤害、或可能改变飞行员头部运动轨迹的驾驶舱内设施、设备和电子系统搭建成1:1尺寸的仿真驾驶舱，用于承载飞行员座椅和假人；

所述仿真驾驶舱的安装朝向与加速度试验台的运动方向处于同一轴线。

进一步的，所述飞行员座椅用于承载假人，并约束假人的头部运动以设计的运动轨迹进行运动。

进一步的，所述假人固定于飞行员座椅上，用于模拟真实飞行员在加速度冲击时承受的影响；

所述假人头部黏贴图像标识标记。

进一步的，所述加速度试验台用于生成加速度，使固定于仿真驾驶舱中的假人承受加速度冲击；

在所述试验台的稳固位置黏贴图像标识标记，用于建立位移运动的参考坐标系。

进一步的，所述图像识别系统包括图像识别标记、高速摄像机以及图像识别工具，能够以拍摄标记的方式识别物体的运动轨迹；

所述高速摄像机架设在朝向垂直于加速度试验台运动的方向，使得高速摄像机能采集到假人和受试HUD产品的运动轨迹。

进一步的，所述受试HUD产品包括转折机构和HUD玻璃；

所述受试HUD产品安装于仿真驾驶舱内，安装朝向与安装角度与在真实驾驶舱中的安装情况保持一致；

所述受试HUD产品受到加速度冲击时，由转折机构带动HUD玻璃自动从工作位置进入分离位置，避让飞行员头部运动轨迹。

本发明的另一目的在于，提供一种民用飞机HUD防碰撞验证方法，该方法使用上述任一项所述的系统。

进一步的，所述方法包括如下步骤：

1)设置检测基准，记录飞行员头部运动轨迹；

2)在与步骤1)相同的条件下，记录HUD的运动轨迹；

3)对比步骤1)和步骤2)所得的运动轨迹，得到验证结果；

若不轨迹不相交，则不会发生碰撞；

若轨迹相交，则需要对HUD折转机构进行改进，并重复步骤2)-步骤3)。

进一步的，所述步骤1)包括如下步骤：

1.1)将所述系统中的受试HUD产品拆卸，安装飞行员座椅并放置假人；

1.2)架设高速摄像机；

1.3)完成一次加速度冲击；

1.4)采集防碰撞基准试验数据。

进一步的，所述步骤2)包括如下步骤：

2.1)将所述系统中的飞行员座椅和假人拆除，安装受试HUD产品；

2.2)完全一次加速度冲击；

2.3)采集HUD分离试验数据。

有益效果：

本发明所提供的验证系统，HUD产品和假人可拆卸，能随时替换；并且试验时将现有的验证试验分为两个子试验，减少了试验中座椅、假人以及受试HUD产品等易损品的消耗，降低了试验成本。

附图说明

1、本发明所提供的系统的示意图；

2、HUD防碰撞功能示意图；

3、本发明中防碰撞基准试验侧视示意图；

4、本发明中HUD分离试验侧视示意图；

5、本发明所提供的试验方法的流程图；。

其中：10、飞行员；20、HUD产品；30、HUD玻璃；40、原有工作位置；50、分离位置；100、防碰撞基准试验系统；110、假人；120、飞行员座椅；130、仿真驾驶舱；140、加速度试验台；150、图像标识；160、高速摄像机；170、受试HUD产品；200、HUD分离试验系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图2所示，为HUD防碰撞功能的示意图。民用飞机的HUD具有防碰撞功能，能够在飞机遭遇应急着陆的紧急事件(以下称为加速度冲击)时能够防止飞行员10因受到惯性力而导致头部撞击到HUD20的玻璃30上，从而避免玻璃对飞行员头部造成的伤害(如图1)。HUD实现这一功能的方式，是在玻璃30的支撑结构上设计一种折转机构。这种折转机构能够在承受一定加速度时，带动着玻璃30自动脱离原有的工作位置40，进入分离位置50，避让飞行员的头部运动轨迹。

如图1所示，本发明提供了一种民用飞机HUD防碰撞功能验证系统，该系统包括仿真驾驶舱130、飞行员座椅120、假人110、加速度试验台140、图像识别系统160以及受试HUD产品170；

其中飞行员座椅120、假人110和受试HUD产品170可拆卸；

该系统可拆装成防碰撞基准试验子系统(见图3)和HUD分离试验子系统(见图4)。

所述仿真驾驶舱130为包括所有可能在加速度冲击时对飞行员头部产生伤害、或可能改变飞行员头部运动轨迹的驾驶舱内设施、设备和电子系统搭建成1:1尺寸的仿真驾驶舱，用于承载飞行员座椅120和假人110；

所述仿真驾驶舱130的安装朝向与加速度试验台140的运动方向处于同一轴线。

所述飞行员座椅120用于承载假人110，并约束假人110的头部运动以设计的运动轨迹进行运动。

所述假人110固定于飞行员座椅120上，用于模拟真实飞行员在加速度冲击时承受的影响；

所述假人110头部黏贴图像标识标记150。

所述加速度试验台140用于生成民用航空规章要求的加速度条件，使固定于仿真驾驶舱130中的假人110承受加速度冲击；

在所述试验台140的稳固位置黏贴图像标识标记150，用于建立位移运动的参考坐标系。

所述图像识别系统包括图像识别标记、高速摄像机以及图像识别工具，能够以拍摄标记的方式识别物体的运动轨迹；

所述高速摄像机160架设在朝向垂直于加速度试验台140运动的方向，使得高速摄像机160能采集到假人110和受试HUD产品170的运动轨迹。

所述受试HUD产品170包括转折机构和HUD玻璃；

所述受试HUD产品170安装于仿真驾驶舱130内，安装朝向与安装角度与在真实驾驶舱中的安装情况保持一致；

所述受试HUD产品170受到加速度冲击时，由转折机构带动HUD玻璃自动从工作位置进入分离位置，避让飞行员头部运动轨迹。

如图3所示为本发明所提供的防碰撞基准试验子系统，该子系统包括所述防碰撞基准试验子系统包括仿真驾驶舱130、飞行员座椅120、假人110、加速度试验台140和图像识别系统；

其中，仿真驾驶舱包括所有可能在加速度冲击时对飞行员头部产生伤害、或可能改变飞行员头部运动轨迹的驾驶舱内设施、设备和电子系统搭建成1:1尺寸的仿真驾驶舱，用于承载飞行员座椅和假人；

飞行员座椅：用于承载假人并约束假人的头部运动以设计的运动轨迹进行运动；

假人：放置在飞行员座椅上模拟真实飞行员在加速度冲击时承受的影响；

加速度试验台：能够生成民用航空规章要求的加速度条件，使坐在仿真驾驶舱中的假人承受加速度冲击；

图形识别系统：能够以拍摄标记的方式识别物体的运动轨迹，进一步包括图像识别标记、高速摄像机以及图像识别工具。

如图4所示，为本发明所提供的HUD分离试验子系统，用于测量HUD在加速度冲击时的运动轨迹，该子系统由受试HUD产品、仿真驾驶舱、加速度试验台和图形识别系统组成。

仿真驾驶舱：仅包括驾驶舱的整体框架，用于安装受试HUD产品，能够使受试HUD产品的安装方式、安装朝向与安装角度都与在真实驾驶舱中的安装情况保持一致。

受试HUD产品：由转折机构和HUD玻璃组成，当受到加速度冲击时，由转折机构带动HUD玻璃自动从工作位置进入分离位置，避让飞行员头部运动轨迹；

加速度试验台：能够生成民用航空规章要求的加速度条件，使坐在仿真驾驶舱中的假人承受加速度冲击；

图像识别系统：能够以拍摄标记的方式识别物体的运动轨迹，进一步包括图像识别标记、高速摄像机以及图像识别工具。

如图5所示为本发明所提供的试验方法的流程图。

该试验方法包括如下步骤：

310.将仿真驾驶舱安装在加速度试验台上。仿真驾驶舱的安装朝向与加速度试验台的运动方向处于同一轴向。

320.将飞行员座椅以规章要求的朝向安装在仿真驾驶舱中，并将假人以正常坐姿放在飞行员座椅上。飞行员座椅的安装朝向与仿真驾驶舱的轴向朝向一致。

330.将除HUD之外的其他可能改变飞行员头部运动轨迹的驾驶舱内设施、设备和电子系统安装在驾驶舱中。

340.在假人头部所有可能与HUD玻璃发生碰撞的地方(例如，额头)粘贴图像识别标记。用于指示假人头部在加速度冲击下的位移情况；

在仿真试验台的任一稳固的位置粘贴图像识别标记，用于建立位移运动的参考坐标系。

350.将高速摄像机架设在朝向垂直于仿真试验台运动的方向，用于拍摄和捕捉运动过程中的图像别标记；

高速摄像机相对于仿真试验台的放置距离应保证能够完整地拍摄到加速度冲击的全过程，并能够拍摄并识别到所有粘贴的图像识别标记。

360.启动加速度试验台完成一次加速度冲击。

370.使用图像识别工具采集高速摄像机拍摄视频中的防碰撞基准试验数据。

410.拆除仿真驾驶舱中的飞行员座椅及其他可能改变飞行员头部运动轨迹的驾驶舱内设施、设备和电子系统。然后在仿真驾驶舱中安装HUD，HUD的安装方式、安装朝向与安装角度与在真实驾驶舱中HUD的安装情况保持一致。

420.在HUD玻璃边缘所有可能与HUD玻璃发生碰撞的地方粘贴图像识别标记。用于指示HUD玻璃在加速度冲击下的位移情况。

430.启动加速度试验台完成一次加速度冲击。

440.使用图像识别工具采集高速摄像机拍摄视频中的HUD分离试验数据。

510.将防碰撞基准试验数据中的假人头部垂直位移数据和HUD分离试验数据中的HUD玻璃垂直位移数据生成为一张垂直位移图。垂直位移图上包含假人头部随时间的垂直位移曲线及HUD玻璃随时间的垂直位移曲线；

将防碰撞基准试验数据中的假人头部水平位移数据和HUD分离试验数据中的HUD玻璃水平位移数据生成为一张水平位移图。水平位移图上包含假人头部随时间的水平位移曲线及HUD玻璃随时间的水平位移曲线。

520.在水平位移图上寻找假人头部位水平移曲线与HUD玻璃水平位移曲线相交的部分。曲线相交的部分表示假人头部运动到HUD玻璃处的时机；

在垂直位移图上，检查同一时间段里是否有假人头部位垂直移曲线与HUD玻璃垂直位移曲线相交的部分。

530.根据检查情况作出结论：若不存在曲线相交的情况，说明假人头部与HUD玻璃不会碰撞，验证了民用飞机HUD防碰撞功能；若存在曲线相交的情况，说明假人头部与HUD玻璃会碰撞，需要改进HUD折转机构设计，并从步骤8重新开展HUD分离试验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种民用飞机HUD防碰撞功能验证系统，其特征在于，该系统包括仿真驾驶舱、飞行员座椅、假人、加速度试验台、图像识别系统以及受试HUD产品；

其中飞行员座椅、假人和受试HUD产品可拆卸；

所述系统可拆装成防碰撞基准试验子系统和HUD分离试验子系统；

所述防碰撞基准试验子系统包括仿真驾驶舱、飞行员座椅、假人、加速度试验台和图像识别系统；

所述HUD分离试验子系统包括仿真驾驶舱、加速度试验台、图像识别系统和受试HUD产品。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述仿真驾驶舱为包括除HUD之外所有可能在加速度冲击时对飞行员头部产生伤害、或可能改变飞行员头部运动轨迹的驾驶舱内设施、设备和电子系统搭建成1:1尺寸的仿真驾驶舱，用于承载飞行员座椅和假人；

所述仿真驾驶舱的安装朝向与加速度试验台的运动方向处于同一轴线。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述飞行员座椅用于承载假人，并约束假人的头部运动以设计的运动轨迹进行运动。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述假人固定于飞行员座椅上，用于模拟真实飞行员在加速度冲击时承受的影响；

所述假人头部黏贴图像标识标记。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加速度试验台用于生成加速度，使固定于仿真驾驶舱中的假人承受加速度冲击；

在所述试验台的稳固位置黏贴图像标识标记，用于建立位移运动的参考坐标系。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像识别系统包括图像识别标记、高速摄像机以及图像识别工具，能够以拍摄标记的方式识别物体的运动轨迹；

所述高速摄像机架设在朝向垂直于加速度试验台运动的方向，使得高速摄像机能采集到假人和受试HUD产品的运动轨迹。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述受试HUD产品包括转折机构和HUD玻璃；

所述受试HUD产品安装于仿真驾驶舱内，安装朝向与安装角度与在真实驾驶舱中的安装情况保持一致；

所述受试HUD产品受到加速度冲击时，由转折机构带动HUD玻璃自动从工作位置进入分离位置，避让飞行员头部运动轨迹。

8.一种民用飞机HUD防碰撞验证方法，其特征在于，所述方法使用如权利要求1-7任一项所述的系统。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)设置检测基准，记录飞行员头部运动轨迹；

2)在与步骤1)相同的条件下，记录HUD的运动轨迹；

3)对比步骤1)和步骤2)所得的运动轨迹，得到验证结果；

若不轨迹不相交，则不会发生碰撞；

若轨迹相交，则需要对HUD折转机构进行改进，并重复步骤2)-步骤3)。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤1)包括如下步骤：

1.1)将所述系统中的受试HUD产品拆卸，安装飞行员座椅并放置假人；

1.2)架设高速摄像机；

1.3)完成一次加速度冲击；

1.4)采集防碰撞基准试验数据。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤2)包括如下步骤：

2.1)将所述系统中的飞行员座椅和假人拆除，安装受试HUD产品；

2.2)完全一次加速度冲击；

2.3)采集HUD分离试验数据。

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