飞行管理系统 ; 第16章 飞行管理系统16.1飞行管理系统概述随着飞机性能的不断提高，要求飞行控制系统实现的功能越来越多，系统变得越来越复杂，从而迫使系统系统设计师们在可用的技术条件、任务和用户要求，飞机可用空间和动力，飞机的气动力特性及标准要求等诸因素的限制下，把许多分系统综合起来，实施有效的统一控制和管理于是便出现了新一代数字化、智能化、综合化的电子系统－飞行管理系统〔FMS-Flight Management System〕在1981年12月，飞行管理系统首次安装在B767型飞机上尔后生产的大中型飞机广泛采用飞行管理系统16.2飞行管理系统的组成和功能 16.2.1飞行管理系统的组成飞行管理系统由几个独立的系统组成典型的飞行管理系统一般由四个分系统组成，如图16-1，包括：〔1〕处理分系统－飞行管理计算机系统〔FMCS〕，是整个系统的核心； 〔2〕执行分系统－自动飞行指引系统和自动油门，见自动飞行控制系统； 〔3〕显示分系统－电子飞行仪表系统〔EFIS〕，见仪表系统；〔4〕传感器分系统－惯性基准系统〔IRS〕、数字大气数据计算机〔DADC〕和无线电导航设备驾驶舱主要控制组件是自动飞行指引系统的方式控制面板〔AFDS MCP〕、两部控制显示组件〔CDU〕、两部电子飞行仪表系统〔EFIS〕控制面板。
主要显示装置是CDU、电子姿态指引仪〔EADI〕、电子水平状态指示器〔EHSI〕和推力方式显示各局部都是一个独立的系统，既可以独自使用，又可以有多种组合形式飞行管理系统一词的概念是将这些独立的局部组成一个综合系统，它可提供连续的自动导航、指引和性能管理 图16-1飞行管理系统16.2.2飞行管理系统的功能FMS的主要功能包括导航／制导、自动飞行控制、性能管理和咨询／报警功能FMS实现了全自动导航，大大减轻了驾驶员的工作负担另外，飞机可以在FMS的控制下，以最正确的飞行路径、最正确的飞行剖面和最省油的飞行方式完成从起飞直到进近着陆的整个飞行过程FMS在各飞行阶段的性能管理功能： 〔1〕起飞前通过FMS的控制显示组件人工向FMC输入飞行方案、飞机全重和外界温度如果飞行方案已经存入FMC的导航数据库，那么可直接调入飞行方案包括起飞机场、沿途航路点和目的机场的经纬度、高度等 〔2〕起飞根据驾驶员输入的飞机全重和外界温度，FMC计算最正确起飞目标推力 〔3〕爬升根据驾驶员的选择，FMC计算最正确爬升剖面FMC还根据情况向驾驶员提供阶梯爬升和爬升地点的倡议，供驾驶员选择，以进一步节约燃油 〔4〕巡航FMC根据航线长短、航路情况等因素，选择最正确巡航高度和速度。
结合导航设施，确定起飞机场至目的机场的大圆航线，以缩短飞行距离 〔5〕下降FMC根据驾驶员输入或存储的导航数据确定飞机下降的顶点在下降阶段，FMC确定下降速度，最大限度利用飞机的势能，节约燃油 〔6〕进近FMS以优化速度引导飞机达到跑道入口和着陆点16.2.3飞行管理计算机系统由飞行管理计算机〔FMC〕和控制显示组件〔CDU〕组成16.2.3.1飞行管理计算机FMC是系统的心脏，进行导航和性能计算并提供控制和指引指令它由三台微处理机、电源组件和电池组件构成三台微处理器相互独立并各自带有存储器，分别称为导航、性能和输入／输出处理机飞行管理计算机的存储器内除了存有各种操作程序外，还存有大量数据这些数据是人工或自动飞行所必须的按照数据的种类，分别寄存于导航数据库和性能数据库中FMC使用飞行组输入的飞行方案信息、飞机系统数据和FMC导航数据库和性能数据库的数据计算飞机现在位置以及获得最正确飞行剖面所需的俯仰、横滚和推力指令FMC将这些指令送往自动油门、自动驾驶和飞行指引仪地图和航路信息被送往飞行员各自的电子水平状态指示器驾驶员使用电子飞行仪表系统控制面板选择导航显示所需的信息使用方式控制面板选择自动油门、自动驾驶和飞行指引工作方式。
1〕FMC失去电源FMC工作需要连续的电源电源中断少于10秒钟时：水平导航和垂直导航脱开；FMC保存所有输入的数据；电源恢复时，FMC恢复正常工作在地面失去电源达10秒或更长时，电源恢复后，必须重新输入所有的飞行前程序和输入值如在空中失去电源超过10秒，那么水平导航和垂直导航脱开；FMC保存所有输入的数据，且电源恢复时更改的航段页面显示 SELECT ACTIVE WPT/LEG〔选择有效航路点/航段〕信息接通水平导航前，必须指示FMC如何回到航路选择所需的有效航路点并以直飞或切入航道方式飞到该航路点 2〕FMC失效如果飞机上安装一部FMC，当FMC失效，FMC警戒指示灯亮装有菜单〔MENU〕页面的CDU，显示菜单页面以选择其它可用的子系统两部电子水平状态指示器都显示“VTK〞水平导航和垂直导航脱开25至30秒后，两个水平状态指示器地图都会显示失效信息如果安装两部FMC，示例FMC源选择电门在正常位时右FMC失效，FMC警戒指示灯和FMC信息指示灯亮两个草稿行内均显示SINGLE FMC OPERATION〔一部FMC工作〕信息如使用自动驾驶B通道，水平导航和垂直导航会脱开〔如选择自动驾驶A通道可重新接通〕。
25-30秒后，右电子水平状态指示器地图会显示失效信息将FMC源选择电门放在双左位〔BOTH ON L〕，右电子水平状态指示器显示恢复如出现以上指示时右电子水平状态指示器上无“VTK〞显示，说明左右FMC数据不一致将FMC源选择电门放在双左位〔BOTH ON L〕使两部FMC重新同步工作两个草稿行内显示DUAL FMC OP RESTORED〔两部FMC工作恢复〕信息时，可将电门扳回正常位16.2.3.2控制显示组件控制显示组件是机组和飞行管理计算机之间的接口，是进行人－机交流的部件，如图16-2飞行组可用任意一部CDU向FMC输入数据，但应防止同时在两台CDU上进行输入两部CDU上显示相同的FMC数据和计算信息，但每位飞行员可独立控制各自CDU的实际显示装有备用导航系统CDU〔AN/CDU〕的飞机上，每部CDU可使用内部的计算机以备用方式工作AN/CDU的能力类似于惯性导航系统并可独立于FMC并联工作或在FMC失效时可作为备份AN/CDU仅提供水平导航能力AN/CDU通常仅根据惯性基准系统的位置导航自保持螺钉发光的按键面板通告器执行键 通告器 图16-2控制显示组件16.3 FMS导航功能飞行管理计算机使用导航系统的数据准确计算飞机的位置。
16.3.1导航功能飞行管理系统的导航功能用来完成飞机横向剖面的飞行管理，引导飞机按预定航线飞达目的地包括自动选择导航台和自动调谐；从起飞机场开始，根据要飞抵的目的地选择航线；确定离目的地或某个要飞越航路点的距离；预定达到时间、速度等飞行管理系统依赖导航设备为导航功能提供飞机当前位置的原始测量数据导航方式很多，示例自主式导航、推测导航、无线电导航等，这些方式都可为飞行管理系统所采用但飞行管理系统主要采用无线电导航16.3.2导航数据库导航数据库是为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，它寄存了整个区域的导航信息FMC包含两组导航数据，每组的有效期为28天数据库通过数据装载机装入飞机的FMC各组数据与导航图正常的修订周期相同FMC使用有效的那一组数据进行导航计算导航数据库的内容定期更新并在当前数据失效前传送到FMC中主要信息包括：〔1〕 导航台－导航台标识、位置、频率、海拔高度、标记和类型〔2〕 机场－机场位置、跑道长度、跑道方位、机场标高和导航设备信息等〔3〕 航路－航路数据包括航路类型、高度、航向、航段距离和航路点表明等〔4〕 公司航路〔5〕 规范仪表离场〔SIDS〕〔6〕 规范终端进场航路〔STARS〕 〔7〕 程序转弯和等待 〔8〕 等待航线 〔9〕 复飞 〔10〕进近程序〔11〕进近和离场转变 〔12〕终端登机门16.3.3导航性能〔1〕实际导航性能〔ANP〕实际导航性能〔ANP〕是FMC对自身定位水平的预计。
实际导航性能以95%的准确性预计最大位置误差也就是说，FMC95%确定飞机的实际位置在以FMC位置为中心以实际导航性能值为半径的圆圈内实际导航性能值越小，FMC位置预算的准确性越高〔2〕要求导航性能〔RNP〕FMC给起飞、航路飞行、越洋飞行、航站飞行和进近阶段提供默认的要求导 。