自动飞行控制系统：2FMC

1、CAUC-AMAEC Flight Management and Auto-Flight1飞行管理计算机系统3第七章 飞行管理计算机系统第一章 飞行管理系统概述第二节 飞行管理计算机系统（FMC）第三节 控制显示组件 （CDU）第四节 飞行管理计算机系统(FMCS)维护自检第二节 飞行管理计算机（FMC）一、飞行管理计算机（FMC）二、数据库三、导航功能四、性能计算功能五、 EFIS功能六、制导功能一、飞行管理计算机FMCS的主要部件2个飞行管理计算机（FMC）和2个多用途控制显示组件（CDU）。FMC从其它飞机系统接收数据计算导航和性能数据，这些数据显示在EFIS上供飞行机组使用。导航和性能

2、功能也送到DFCS和A/T系统在VNAV和LNAV方式中提供飞机飞行路经的自动控制，这是FMC的制导功能。FMC数据直接送到CDS，当前位置数据直接送到ADIRU，ADIRU在校准期间使用当前位置。所有的其它数据通过2个转换继电器送到使用者系统。 FMC的输入和输出数据格式为ARINC 429数字数据和模拟离散值。一、 飞行管理计算机构成FMCS的两大部件是：FMC和CDU飞行管理计算机（FMC）FMC是FMS的关键部件。FMC除包含有本身的操作程序和数据库外，还包含有用于自动飞行控制和自动油门系统的指令逻辑和其它软件。飞机上的传感器系统向计算机提供大气数据、导航和性能等数据。FMC接收到这些

3、数据以后，首先进行检查；然后用来进行连续的导航和性能信息更新；最后用于控制自动飞行控制系统、自动油门系统和无线电导航系统进行自动调谐；飞行管理计算机我国民航飞机上使用的FMC均由两家公司生产：利厄辛格勒（LEAR SIEGLER）公司霍尼韦尔斯贝莱（HONEYWELL SPERRY）公司。这两家公司生产的FMC基本结构类似，其功能基本相同。下面仅对由SIEGLER公司生产的一种FMC作一些概要说明。飞行管理系统的使用情况 SIEGLER公司生产的FMC是一个重小于25磅（12公斤）的长方形盒。在它的前面板上有：一个失效液晶显示器（LED）；ATE插座：用于车间内测试、检查和排故时使用；一个灯测

4、试按钮：用于对失效的液晶显示器测试；一个电源接通按钮:用于起始FMC电源接通内部测试。FMC使用：115伏、400赫兹单相交流电。FMC计算机内部电子电路等在工作时要消耗多达300瓦的电能，这些电能转变为热能，若不采取冷却措施，计算机内部温度升高会引起电路工作不正常，甚至烧坏元件，因此需要采取冷却散热措施。计算机的冷却也和其它电子设备一样，采用强迫空气通风。处理器版ARINC I/O接口存贮器板电源FMC组成ABCD飞行管理计算机基本结构飞行管理计算机基本结构A.处理器板处理器板的主要部件是处理器和专用集成电路（ASIC）。处理器板完成下列功能：飞行计划管理导航和导航台调谐功能性能管理功能制导

5、功能控制和显示功能 处理器板还有FMC启动和维护程序的存贮器。随机存取存贮器（RAM）用于便笺存贮器。处理器板ASIC控制实时时钟和系统复位及断电逻辑。它还控制维护BITE的程序 飞行管理计算机基本结构B：存贮器板存贮器板包含用于操作飞行程序（OFP）存贮的存贮器。它还包括下列这些数据库：导航数据库（NOB）机型/发动机数据库（MEDB）软件选项数据库在存贮器板上的所有存贮器都是用可擦除可编程只读存贮器（EEPROM）。飞行管理计算机基本结构C. ARINC I/O板I/O板执行FMC和外部系统之间通讯所需要的所有功能。该板被分为离散I/O功能和ARINC429 I/O功能。I/O板也包含一个

6、ASIC（专用集成电路）它起到I/O功能主控制器的作用。有16个ARINC 429输出驱动器，32个ARINC输入转换器，6个离散输出和6个离散输入。当有一个BITE故障时亮，在I/O板上有一个LED。D.电源来自于飞机的电源系统的电源为115V ac，单相。它向FMC的内部部件提供 +5V dc，+15V dc和15V dc。飞行管理计算机基本结构飞行管理计算机中的硬件和软件均按模块 形式设计。一硬件飞行管理计算机是一计算机，它承担着系统的协调管理、数据信息传输 及大量信息处理 等任务，为了承担这些任务，飞行管理计算机当时并没有采用大规模集成电路或具有数学运算速度的集中式计算机，而是采用了多

7、个微处理器 装置构成的，微处理器的数量取决于飞行管理的功能。飞行管理计算机基本结构例如：波音737-300的FMC中包含三个微处理器，其中两个是完全相同的，能够独立的从计算机上拆卸。在这样的结构中，一般：1台导航微处理器：由微处理器和它的存储器组成。主要完成导航功能的任务:执行与导航计算、水平和垂直操作导引和CDU管理等有关功能。 其控制和协调所有导航部分的工作，它在系统的各部分有秩序地传输导航信息。1台性能微处理器：也由微处理器和存储器构成,主要完成大部分与性能计算有关的功能，即：垂直操纵导引（与目标速度有关的）和飞行包络保护。 ；1台输入输出微处理器：完成与I/O 处理相关的功能。输入/输

8、出处理器有规则地在计算机和飞机各设备之间传输信息。 飞行管理计算机基本结构计算机内部的三个微处理器在工作中是互相独立的。它们各自执行自己的功能，每一个运算装置使用相同的并行地址数据总线。由于三个微处理器之间在电路和结构上互相没有联系，所以一个部件丧失功能并不会影响到其他部件的工作。各计算机部件之间的通信是通过公共存储器和内部处理器中断进行的。 采用这样的结构形式，不仅能完成飞行管理所要求实现的功能，而且便于维修 和将来的扩充。采用的微处理器一般也是通用的，这样可不必为研制硬件花费更多的时间和才力，大大降低了成本。计算机内电源系统有过流 和短路 保护，当内部温度超过规定值时，由热敏电路进行热敏关

9、断保护。 飞行管理计算机基本结构飞行管理计算机中的存储装置是根据其工作任务的不同分别选用不同类型的存储器。在早期的飞行管理计算机中，采用磁盘作外存，因其存储容量大，一般被用作导航数据库，内存则采用可熔断的PROM和RAM。后期则用磁泡存储器替代磁盘，以提高其存取速度，而PROM改用EPROM，使之可擦可写。B737-300FMC中有3种类型的存储器：可擦除/可编程的只读存储器；非易失性随机存储器；高速易失性随机存储器。各种存储器的功能如下：RAM用作工作内存。它被用于存储飞机当前的导航状态和飞机的性能数据，以及实施和备用的飞行计划。有些RAM在断电后可由电容器来维持，以确保其连续的工作。EPR

10、OM是一种永久性的装置，一般用作储存各种工作程序和操作程序。磁泡存储器是一种永久性的存储器，并可重新给予装载。它被用作导航数据库，储存全部的导航数据及飞机/发动机的性能数据。飞行管理计算机基本结构二、软件飞行管理系统是用大量的软件语言来实现的，软件的研制是设计飞行管理系统的一个重要的过程。在FMC内，软件的设计都是按其划分的功能来进行的，每个功能块又划分成功能更小的一些模块，如:B767飞行管理计算机划分为6个功能块，即：CDU功能块；性能功能块；导航功能块；制导功能块；EFIS功能块；自检与监控功能块。飞行管理计算机基本结构二、软件(续)每个功能块又划分为多个小模块，例如：导航功能块分成5个

11、小模块：计算飞机位置；计算飞机速度；计算飞机高度；选择和调谐导航台；导航数据库管理等；飞行管理计算机基本结构二、软件(续)制导功能块分成8个小模块：计算飞机位置/速度误差；控制水平导航/垂直导航方式；计算水平/垂直/推力操纵指令；制导缓冲器管理等。其中水平制导3个小模块，垂直制导分为5个小模块。按照各模块来分别设计，使软件设计更为简单。模块划分得越小，与其它模块的联系也越少，这样便于以后的修改和扩充，在修改过程中，对其它模块的影响将会越小，或者不影响。第二节 FMC的数据库FMC的存储器内除存储有各种操作程序以外，还包含有许多数据。这些数据也是FMC正常发挥它的功能所不能缺少的。根据储存数据内

12、容及性质的不同，数据库分为：导航数据库和性能数据库 导航数据库 用于：确定飞机当时位置；进行导航计算；导航台自动调谐管理等。 数据库内的数据是飞机飞行区域的机场、航路点、导航台的地理位置、结构以及航路组成结构等。导航数据库（续）导航数据库分成两大类：标准数据-对各航空公司都适用，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。特定数据-是仅与航空公司飞行航线的航路结构有关的数据。这两类数据由导航数据库制造中心汇集、处理后，制成DC-300式盒式磁带或其它媒质，包装后分发到航空公司，每隔28天用数据装载机把数据装载到FMC中。导航数据库的内容:导航设备机场航路导

13、航设备导航设备类别：导航台可分为测距机（DME）台；全向信标（VOR）和DME装在一起的VORDME台；VOR和DME装在一起，但VOR的频率为特高频（UHF）的塔康（TACAN）台等。位置：所有导航台在地球上的位置，都用经纬度来表示频率：各导航台的使用频率。标高：各导航台所在位置的海拔高度。识标：各导航台以3个英文字母作为各自的识标标志。级别：导航台分为低高度、高高度和终端级。机场归航位置：飞机归航的机场经纬度位置。登机门参考位置：机场候机楼各登机门处的经纬度位置。这个位置在飞机起飞前提供飞行员用于起始IRS。跑道长度和方位：每条跑道有两个方位数值，若一条为35，那么另一个方位为215。标高

14、：机场的海拔高度。仪表着陆系统（ILS）设备。航路 航路分为高空、低空航路和机场附近的终端航路等。航路数据包括:航路类型;高度;航向;航段距离;航路点说明等。公司航路由飞机用户规定，它们是航空公司负责飞行的固定航线数据。终端区域程序包括有ILS设备频率和识标，穿越高度、错过进近的飞行程序以及距离等数据。导航数据库内的数据除导航台和机场所在地的标高不大可能改变以外，其它数据都有可能在经历一段时间以后有所变化，考虑到世界各地的导航台、跑道、有新建、扩建、为、停用、改换频率、制式等各种变化，航路的航站程序也有更新和增添规定，机场跑道延伸、候机楼改建、扩大等等。尤其公司航路有可能有较频繁的变动，因而国

15、际组织规定导航数据库要定时进行更改。数据库的更新要28天进行一次，每个周期在开始前对数据库进行一次修正或用全部新数据重新输入一次。需要有专门的磁带数据装载机在飞机的驾驶舱内进行。性能数据库 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型号有关的参数。性能数据库分为：详细的飞机空气动力模型 发动机数据模型性能数据库-飞机空气动力模型飞机基本阻力极面（即襟翼完全收好和放下到一定位置时的阻力极面），偏航阻力等；批准的飞机操作极限值，它们是最大角度爬高，最大速率爬高；最大速度，最大马赫数；一个冲击限制包络线；以及一些根据飞机和发动机型号而来的固定参数，如：远航程马赫数，单发停车飞

16、行巡航马赫数，进近速度，机翼面积、翼展，经济爬高速度，经济巡航马赫数，襟翼放下时的规定速度等。性能数据库-发动机数据模型 爬高和巡航单发停车连续飞行时的额定推力值的修正； EPR或N1转速限制值； 推力和燃油流量关系参数；发动机在客舱、驾驶舱空调系统工作以及各防冰系统工作时的引气量等。 性能数据库性能数据基本上是固定的值，这些数据是在飞机机身和发动机设计好后就已确定了的，一般说来是不用更改的。但是，包含在性能数据库范畴内的飞机阻力系数和发动机燃油流量系数是可能会有一些变动的，这可由工程维护人员在CDU上进行修正。阻力系数:飞机在飞行中的阻力与飞机本身新旧程度是有关的。飞机较新时，表面光滑，具有

17、最佳流线型的机身。此时，飞机飞行阻力最小。飞机机身经较长时间飞行后，由于受力、摩擦等原因，飞机表面慢慢变粗糙，飞机机身也会有一些变形，这时飞机的阻力变大。燃油油量系数:发动机的燃油流量系数也是同样的情况。发动机较新时，发动机效率高，产生一定的推力所需的燃油相对于旧发动机所需的燃油量要少一些。虽然飞机阻力系数和发动机燃油流量系数的稍微一点变化对性能数据的计算不会产生太大的影响，但为了性能计算更精确起见，维护工程人员可以输入新的飞机阻力系数和发动机燃油流量系数数值。FMCS导航数据库装载FMC非易失的只读存储器（NV RAM）内含有56天有效的导航数据，分成2个有效日期。为了保证数据库28天更新的顺利进行，FMC内可存储2个不同的有效日期的数据库:一个是现用的数据库;另一个是以前28天有效的或下一个28天有效的数据库。当前有效周期的导航数据库作为实际导航数据库使用，每当现用数据库有效日期到期的那天，须把下一个有效周期的数据库交换变为现用的数据库。数据库装载机是个向FMC装载信息的便携式组件，在737飞机上，使用两个ARINC规范控制数据库装载机。遵守ARINC603规范将磁带数据传送至FMC（B767只使用这种）遵守ARINC615规范将3.5英寸