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得不断提高,要求飞行控制系统实现得功能越来越多,系统变得越来越复杂,从而迫使系统系统设计师们在可用得技术条件、任务与用户要求,飞机可用空间与动力,飞机得气动力特性及规范要求等诸因素得限制下,把许多分系统综合起来,实施有效得统一控制与管理。
于就是便出现了新一代数字化、智能化、综合化得电子系统－飞行管理系统(FMSFlight Management System)。
在1981年12月,飞行管理系统首次安装在B767型飞机上。
此后生产得大中型飞机广泛采用飞行管理系统。
16、2飞行管理系统得组成与功能16、2、1飞行管理系统得组成飞行管理系统由几个独立得系统组成。
典型得飞行管理系统一般由四个分系统组成,如图161,包括:(1)处理分系统－飞行管理计算机系统(FMCS),就是整个系统得核心;(2)执行分系统－自动飞行指引系统与自动油门,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)与无线电导航设备。
驾驶舱主要控制组件就是自动飞行指引系统得方式控制面板(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。
主要显示装置就是CDU、电子姿态指引仪(EADI)、电子水平状态指示器(EHSI)与推力方式显示。
各部分都就是一个独立得系统,既可以单独使用,又可以有多种组合形式。
飞行管理系统一词得概念就是将这些独立得部分组成一个综合系统,它可提供连续得自动导航、指引与性能管理。
图161飞行管理系统16、2、2飞行管理系统得功能FMS得主要功能包括导航／制导、自动飞行控制、性能管理与咨询／报警功能。
FMS实现了全自动导航,大大减轻了驾驶员得工作负担。
另外,飞机可以在FMS 得控制下,以最佳得飞行路径、最佳得飞行剖面与最省油得飞行方式完成从起飞直到进近着陆得整个飞行过程。
FMS在各飞行阶段得性能管理功能:(1)起飞前通过FMS得控制显示组件人工向FMC输入飞行计划、飞机全重与外界温度。
如果飞行计划已经存入FMC得导航数据库,则可直接调入。
飞行计划包括起飞机场、沿途航路点与目得机场得经纬度、高度等。
(2)起飞根据驾驶员输入得飞机全重与外界温度,FMC计算最佳起飞目标推力。
(3)爬升根据驾驶员得选择,FMC计算最佳爬升剖面。
FMC还根据情况向驾驶员提供阶梯爬升与爬升地点得建议,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,选择最佳巡航高度与速度。
结合导航设施,确定起飞机场至目得机场得大圆航线,以缩短飞行距离。
(5)下降FMC根据驾驶员输入或存储得导航数据确定飞机下降得顶点。
在下降阶段,FMC确定下降速度,最大限度利用飞机得势能,节约燃油。
(6)进近FMS以优化速度引导飞机到达跑道入口与着陆点。
16、2、3飞行管理计算机系统由飞行管理计算机(FMC)与控制显示组件(CDU)组成。
16、2、3、1飞行管理计算机FMC就是系统得心脏,进行导航与性能计算并提供控制与指引指令。
它由三台微处理机、电源组件与电池组件构成。
三台微处理器相互独立并各自带有存储器,分别称为导航、性能与输入／输出处理机。
飞行管理计算机得存储器内除了存有各种操作程序外,还存有大量数据。
这些数据就是人工或自动飞行所必须得。
按照数据得种类,分别存放于导航数据库与性能数据库中。
FMC使用飞行组输入得飞行计划信息、飞机系统数据与FMC导航数据库与性能数据库得数据计算飞机现在位置以及获得最佳飞行剖面所需得俯仰、横滚与推力指令。
FMC将这些指令送往自动油门、自动驾驶与飞行指引仪。
地图与航路信息被送往飞行员各自得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得信息。
使用方式控制面板选择自动油门、自动驾驶与飞行指引工作方式。
1)FMC失去电源FMC工作需要连续得电源。
电源中断少于10秒钟时:水平导航与垂直导航脱开;FMC保留所有输入得数据;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,必须重新输入所有得飞行前程序与输入值。
如在空中失去电源超过10秒,则水平导航与垂直导航脱开;FMC保留所有输入得数据,且电源恢复时更改得航段页面显示 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。
选择所需得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)页面得CDU,显示菜单页面以选择其它可用得子系统。
两部电子水平状态指示器都显示“VTK”。
水平导航与垂直导航脱开。
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,例如FMC源选择电门在正常位时右FMC失效,FMC警戒指示灯与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,水平导航与垂直导航会脱开(如选择自动驾驶A通道可重新接通)。
2530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,表明左右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就是机组与飞行管理计算机之间得接口,就是进行人－机交流得部件,如图162。
飞行组可用任意一部CDU向FMC输入数据,但应避免同时在两台CDU 上进行输入。
两部CDU 上显示相同得FMC 数据与计算信息,但每位飞行员可独立控制各自CDU 得实际显示。
装有备用导航系统CDU(AN/CDU)得飞机上,每部CDU 可使用内部得计算机以备用方式工作。
AN/CDU 得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得位置导航。
图162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得数据准确计算飞机得位置。
16、3、1导航功能 飞行管理系统得导航功能用来完成飞机横向剖面得飞行管理,引导飞机按预定航线飞达目得地。
包括自动选择导航台与自动调谐;从起飞机场开始,根据要飞抵得目得地选择航线;确定离目得地或某个要飞越航路点得距离;预定到达时间、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得原始测量数据。
导航方式很多,例如自主式导航、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就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得,它存放了整个区域得导航信息。
FMC 包含两组导航数据,每组得有效期为28天。
数据库通过数据装载机装入飞机得FMC 。
各组数据与导航图正常得修订周期相同。
FMC 使用有效得那一组数据进行导航计算。
导航数据库得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、标记与类型。
（2） 机场－机场位置、跑道长度、跑道方位、机场标高与导航设备信息等。
（3） 航路－航路数据包括航路类型、高度、航向、航段距离与航路点说明等。
（4） 公司航路(5) 标准仪表离场(SIDS)(6) 标准终端进场航路(STARS)(7) 程序转弯与等待(8) 等待航线(9) 复飞(10)进近程序自保持螺钉 发光得按键面板 通告器执行键通告器(11)进近与离场转变(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)就是FMC对自身定位水平得预计。
实际导航性能以95%得准确性预计最大位置误差。
也就就是说,FMC95%确定飞机得实际位置在以FMC 位置为中心以实际导航性能值为半径得圆圈内。
实际导航性能值越小,FMC位置预算得准确性越高。
(2)要求导航性能(RNP)FMC给起飞、航路飞行、越洋飞行、航站飞行与进近阶段提供默认得要求导航性能值。
如需要,飞行组可输入一个特殊得要求导航性能值。
已建立并公布世界范围内各区域得特定要求导航性能值。
实际导航性能不得低于要求导航性能。
16、4 FMS性能管理性能管理主要就是指在飞行全程,计算按某种性能指标或某几种性能指标得组合达到最优而确定得垂直预选航迹。
这些指标包括:燃油最省、成本最小、时间最短等。
具体得方式如时间最短爬升、最大爬升梯度爬升、远程巡航、最低成本续航等。
详细内容参见《飞行性能工程》。
16、4、1性能数据库性能数据库就是性能管理得基础。
为了完成性能优化计算,例如在巡航阶段,要知道飞机得升力特性、极曲线、发动推力与燃油消耗率之间得关系等,另外还需要知道飞机制导数据。
所以性能数据库得内容一般包括:1)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2)发动机部分(1)燃油消耗特性曲线(2)推力特性曲线(3)飞行各阶段性能数据(4)飞行控制模态数据16、4、2推力管理自动油门根据飞行组在方式控制面板得输入或自动得FMC指令工作。
对B737－300在CDU得N1(发动机低压转子转速)限制页可选择基准推力。
垂直导航方式接通时,FMC自动指令油门。
16、4、2、1预选基准推力计算FMC为下列各方式计算预选基准推力:(1)起飞(2)减功率起飞(3)假设温度起飞(4)爬升(5)减推力爬升(6)巡航(7)连续(8)复飞。
推力基准方式根据相应飞行阶段自动转换。
选择得推力基准方式显示在推力方式显示。
在具有自动减推力功能得飞机上,飞行组可输入减推力参数。
指定飞机从起飞推力过渡到爬升推力得高度。
该高度可在起飞机场上方400英尺到平均海平面高度15000英尺范围之内。
默认值为起飞机场上方1500英尺。
16、4、2、2减推力起飞减推力起飞可降低EGT并延长发动机使用寿命。
只要性能限制与减噪音程序允许,任何时候都可使用。
(1)减功率法可在起飞基准页面或N1限制页选择固定得减功率。
《飞机飞行手册》提供了这些减功率得性能数据。
选择减功率起飞时,推力设置参数被视为起飞限制值;因此,除非紧急情况,否则不得进一步前推推力手柄。
(2)假设温度法用假设温度法可进一步减小减功率起飞得功率。