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第十七章飞行管理系统 一 概述 飞行管理系统 FMS FlightManagementSystem 是一个综合了多个机载电子系统的计算机系统 提供飞行的时间 距离 速度 经济剖面和高度的预测 可减小驾驶舱工作量 提高效率 省掉许多以前通常由驾驶员执行的日常操作 使飞机既安全又经济地飞行 飞机在FMS的控制下 可以实现全自动导航 可以以最佳的飞行路径 最佳的飞行剖面和最省油的飞行方式完成从起飞到进近着陆的整个飞行过程 1 功能 具有强大的导航计算 性能计算 制导和显示功能 实行飞机的全自动导航 提供从起飞到进近着陆的最优水平飞行轨迹和垂直飞行剖面 大大减轻飞行员的工作负担 提高飞机操作的自动化程度 飞行管理系统功用 飞机的飞行管理系统 FMS在飞机飞行过程中 以最佳飞行路径和飞行剖面操纵飞机 不但安全 可靠 而且使飞机节省了燃油 缩短了飞行时间 大大降低了飞行成本 FMS在各个飞行阶段的功用 1 起飞阶段 驾驶员在起飞准备时 通过飞行管理计算机 FMCS 的控制显示组件 CDU 所输入的飞行计划 起飞 目的地机场 航路点 进离场程序 FMC计算飞行路径 根据CDU上输入的飞机的全重 巡航高度 储备油量 外界温度等性能数据 FMC计算飞机的最佳起飞目标推力以及飞机飞行的垂直剖面 2 爬升阶段 飞机起飞高度400ft 驾驶员接通横向导航 L NAV 和垂直导航 V NAV 后 根据飞行路线对飞机进行横向和垂直导航和制导 FMC根据驾驶员的选择确定目标推力和目标速度 提供最佳爬升剖面 即最佳爬升角度和爬升速度 以及分段爬升和爬升顶点高度的建议 3 巡航阶段 FMS根据航线的长短和航路情况选定最佳巡航速度和最佳巡航高度 在两机场间采用大圆航线路径飞行 4 下降阶段 FMS根据驾驶员输入的和导航数据库中存储的数据确定飞机开始下降的顶点 并在下降过程中确定下降速度 最大限度地利用飞机的位能 以节省燃油 5 进近阶段 飞机在下降终点时 FMS以优化速度引导飞机到跑道入口和着陆点 飞机在下降终点时 FMS以优化速度引导飞机到跑道入口和着陆点 2 FMS的组成 1 传感器分系统 惯性基准系统 IRS 大气数据系统 DADC 及无线电导航 发动机控制等系统 2 处理分系统 飞行管理计算机系统 FMCS FMCS包括FMC和CDU 3 执行分系统 自动飞行系统 AFS AFS包括AP FD A T 4 显示分系统 电子飞行仪表系统 EFIS 和电子集成飞机监控系统 ECAM 传感器分系统 处理分系统 执行分系统 显示分系统 3 FMS的工作原理 FMS的FMC内建立了导航数据库和性能数据库 驾驶员使用CDU 控制显示组件 直接可检索出储存的各种信息数据 并能把飞行全过程的导航 制导 飞行计划和各种性能数据在CDU的屏幕上显示出来 驾驶员只要向FMC输入飞机当前起飞机场 目的地机场 并输入待飞航线 FMC系统就能根据IRS和无线电导航设备的信号 准确地计算出飞机在飞行中的即时位置 并能发出指令到自动飞行控制系统 引导飞机到达目的地机场 二 飞行管理计算机系统 FMCS 飞行管理计算机系统包括飞行管理计算机 FMC 和控制显示组件 CDU 两部分 1 飞行管理计算机 FMC FMC是多微机系统 由导航 性能 输入 输出三台微处理机 电源组件和电池组件等组成 FMC接收来自ADS IRS以及无线电导航等系统的信息数据 再检查和利用飞机机组输入的飞行计划信息 飞机系统数据以及FMC导航数据库和性能数据库来计算飞机的导航和性能目标值 对飞行计划进行管理 提供在EFIS上显示的供驾驶员使用的信息数据 1 导航处理机部分导航处理机由导航微处理器和存储器组成 它承担导航计算 侧向和纵向操作指令计算和CDU管理等有关功能 2 性能处理机部分性能处理机部分由性能处理器和存储器构成 完成大部分与性能计算有关的功能 即垂直操纵引导 跟踪目标速度 和飞行包络保护 3 输入 输出处理机部分输入输出处理机部分除有处理器 各种存储器外 还有混合输入输出装置 ARINC控制器 ARINC接口 离散信号接口等组件 在计算机和飞机各设备之间传输信息 导航数据库是为了飞机从起飞到着陆整个过程都具备自动导航能力而设计的 它存放了整个区域的导航信息 包括飞机飞行区域的机场 航路点 导航台的地理位置 频率以及航路组成结构等 这些数据可以分成两大类 一类是对各航空公司都适用的标准数据 一般都与美国杰普逊 Jeppeson 航图发行公司签订合同 由杰普逊公司定期提供 另一类是仅与航空公司飞行航线的航路结构有关的数据 1 导航数据库 导航数据库的内容 导航设备导航台的标识 位置 频率 标高等 机场机场的位置 机场标高 跑道长度 跑道方位等 航路航路类型 高度 航向 航段距离和航路点说明等 公司航路由飞机用户规定 是航空公司负责飞行的固定航线数据 终端区域程序SID STAR 程序转弯 等待 复飞 进近程序等 性能数据库是飞机性能管理的基础 用于完成性能优化计算 包含对飞机垂直导航进行性能计算所需的有关数据 它们是与飞机和发动机有关的参数 性能数据库可分为两方面的数据 一类是详细的该型飞机空气动力模型 另一类是装在飞机上的发动机数据模型 2 性能数据库 性能数据库的内容 飞机部分 1 机翼面积 2 发动机台数 3 飞行包线 4 升力特性曲线 5 飞机极曲线 6 飞机各种重量 发动机部分 1 燃油消耗特性曲线 2 飞行各阶段性能数据 3 飞行控制模态数据 2 控制显示组件 CDU CDU是机组与FMC之间交互的接口 驾驶员可以通过任意一部CDU向FMC输入数据 CDU包括 显示屏行选键功能方式键字母数字键发光通告器等 DIR 进入DIRTO 直飞 页面 PROG 进入相应于现用飞行计划正在进行阶段的进程页面 PREF 进入PERF 性能 页面 INIT 进入飞行计划页面 DATA 进入数据索引页面 F PLN 进入飞行计划页面 RADNAV 进入无线电导航页面 FUELPRED 可显示燃油预测页面 SECF PLN 进入第二飞行计划索引页面 功能方式键 初始页面 INIT 三 FMS的功能实现 1 导航功能 用来确定飞机当时位置 进行导航计算 以及导航台自动调谐管理等 完成飞机横向剖面的飞行管理 引导飞机按照预定航线飞达目的地 包括 自动选择导航台 自动调谐以及IRS的校准 从起飞机场开始 根据要飞抵的目的地机场选择航线 确定位置 距离目的地或飞越航路点的距离 预定到达的时间和速度等 导航数据库管理 导航数据库由用户数据库装载入计算机的存储器 位置计算 计算机把飞机上无线电导航接收机接收到的地面无线电信号和IRS的信号进行综合计算 获得高精度的飞机即时位置 速度计算 计算机使用IRS提供的速度进行地速计算 合成速度再与ADC的空速合起来计算风速 风向 高度计算 对IRS垂直加速度计输出进行两次积分获得高度 这个数据与ADC输出的气压高度数据进行组合 未经组合修正的高度为原始高度 经气压修正后的高度称气压修正高度 导航台的选择和调谐 从导航数据库内存储的导航台位置信息中 或在EFIS所提供的飞机当时位置附近的20个导航台清单中 选择2个最佳导航台 并对这2个选定的导航台进行自动调谐 以获得这2个导航台的无线电导航位置数据 若无法获得2个合适的导航台 则选择飞机当时位置最近的导航台的距离和方位数据 2 性能管理功能 在飞行过程中 计算飞机的相关性能指标 即飞机的飞行高度 速度 爬升 下降 爬升速度和下降速度等 以获得最佳的垂直预选航迹 完成飞机的纵向 垂直 剖面管理 FMC的性能计算是依据性能数据库提供的基准数据 外部传感器送来的一些信号数据 要求驾驶员在CDU上输入的必要数据和参数限制值等进行的 通过速度优化来减小飞行成本 优化功能计算下列项目 起飞 进近和复飞速度 F S 绿点 VAPP 爬升和下降阶段的优化目标速度 ECONCLB DESSPD 巡航阶段的优化目标马赫数 CRZMACH 用于获取信息的优化高度层 从巡航高度层下降到目的地机场的优化下降剖面 3 制导功能 制导是飞机沿预选航迹飞行时 受到扰动或导航不确定性引起偏离预选航迹后作出的一种决策 分为水平 横向 制导和垂直 纵向 制导两种 水平制导是按照一定的控制律对水平面内实际航迹相对预选航迹偏差进行控制 当水平制导功能接通时 FMC提供航向控制指令 控制飞机沿预选航路飞行 在LNAV 水平制导 方式下 飞行管理计算机的导航功能与飞行指引仪 FD 和自动驾驶仪 AP 相耦合 1 水平制导 2 垂直制导 垂直制导是按照一定的控制律对垂直面内实际航迹相对预选航迹偏差进行控制 当垂直制导功能接通时 FMC提供速度和升降率控制指令 控制飞机沿预选的纵向路径飞行 在VNAV 垂直制导 方式下 FMC的性能功能与自动油门 A T 相耦合 4 飞行计划管理 飞行计划通过MCDU输入到FMS 将要飞的水平轨迹 水平飞行计划 将要飞的垂直轨迹 这是一个速度和高度剖面 垂直飞行计划 这个信息是正确进行性能计算和引导指令所必需的 FMC的制导部分储存有实施航路和纵向航段剖面数据 在计算了飞机应处的位置并和飞机实际的位置进行比较后 根据它们之间的误差产生输入飞行控制计算机和推力管理计算机的指令 再由飞行控制计算机和推力管理计算机产生实际的舵机指令和自动油门推力指令操纵飞机 以实现FMC对飞行航路的自动驾驶控制 离场 起飞跑道 标准仪表离场 SID 航路 航路点和航路 到场 STARS VIAS 经某一点 所选进近的着陆跑道 复飞 1 水平飞行计划 分为下面几个飞行阶段