飛行管理系統(tǒng)

1、第16章飛行管理系統(tǒng)16.1飛行管理系統(tǒng)概述隨著飛機性能的不斷提高，要求飛行控制系統(tǒng)實現(xiàn)越來越多的功能，系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，從而迫使系統(tǒng)設(shè)計人員在現(xiàn)有技術(shù)條件、任務(wù)和用戶要求、飛機可用空間和功率、飛機氣動特性和規(guī)格要求的約束下，集成許多子系統(tǒng)，實現(xiàn)有效的統(tǒng)一控制和管理。因此，新一代數(shù)字化、智能化、集成化的電子系統(tǒng)飛行管理系統(tǒng)應(yīng)運而生。1981年12月，飛行管理系統(tǒng)首次安裝在B767飛機上。自那時起，飛行管理系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于大中型飛機。16.2飛行管理系統(tǒng)的組成和功能16.2.1飛行管理系統(tǒng)的組成飛行管理系統(tǒng)由幾個獨立的系統(tǒng)組成。典型的飛行管理系統(tǒng)通常由四個子系統(tǒng)組成，如圖16-1所示，包括：(

2、1)處理子系統(tǒng)飛行管理計算機系統(tǒng)(FMCS)是整個系統(tǒng)的核心；(2)執(zhí)行子系統(tǒng)自動飛行制導(dǎo)系統(tǒng)和自動油門，參見自動飛行控制系統(tǒng)；(3)顯示子系統(tǒng)-電子飛行儀表系統(tǒng)(EFIS)，參見儀表系統(tǒng)；(4)傳感器子系統(tǒng)慣性參考系統(tǒng)(IRS)、數(shù)字空中數(shù)據(jù)計算機(DADC)和無線電導(dǎo)航設(shè)備。駕駛艙中的主要控制部件是自動飛行導(dǎo)航系統(tǒng)(AFDS MCP)的模式控制面板、兩個控制顯示模塊(CDU)和兩個電子飛行儀表系統(tǒng)(EFIS)控制面板。主要顯示設(shè)備有CDU、歐洲宇航防務(wù)集團、EHSI和推力模式顯示器。每個部分都是一個獨立的系統(tǒng)，可以單獨使用，也可以多種組合使用。飛行管理系統(tǒng)的概念是將這些獨立的部分組合成一個

3、集成系統(tǒng)，它可以提供連續(xù)的自動導(dǎo)航、制導(dǎo)和性能管理。圖16-1飛行管理系統(tǒng)16.2.2飛行管理系統(tǒng)的功能飛行管理系統(tǒng)的主要功能包括導(dǎo)航/制導(dǎo)、自動飛行控制、性能管理和咨詢/報警功能。FMS實現(xiàn)了全自動導(dǎo)航，大大減輕了駕駛員的工作量。此外，在飛行管理系統(tǒng)的控制下，飛機能夠以最佳的飛行軌跡、最佳的飛行剖面和最省油的飛行方式完成從起飛到進近和著陸的整個飛行過程。飛行管理系統(tǒng)在各飛行階段的性能管理功能；(1)起飛前通過飛行管理系統(tǒng)控制顯示模塊，手動將飛行計劃、飛機總重量和外部溫度輸入飛行管理系統(tǒng)。如果飛行計劃已經(jīng)存儲在飛行管理中心的導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫中，可以直接調(diào)用。飛行計劃包括出發(fā)機場的緯度、經(jīng)度和高度，沿

4、途的航點和目的地機場。(2)起飛根據(jù)飛機的總重量和飛行員輸入的外部溫度，飛行控制中心計算出最佳起飛目標推力。(3)攀爬根據(jù)駕駛員的選擇，F(xiàn)MC計算出最佳爬升剖面。FMC還提供爬梯和爬梯位置的建議供司機選擇，以進一步節(jié)省燃料。(4)巡航FMC根據(jù)航線長度和航線條件等因素選擇最佳巡航高度和速度。結(jié)合導(dǎo)航設(shè)施，確定從出發(fā)機場到目的地機場的大圓路線，以縮短飛行距離。(5)下降飛行控制中心根據(jù)駕駛員輸入或存儲的導(dǎo)航數(shù)據(jù)確定飛機下降的頂點。在下降階段，飛行控制中心確定下降速度，最大限度地利用飛機的勢能，節(jié)省燃油。(6)方法飛行管理系統(tǒng)引導(dǎo)飛機以最佳速度到達跑道入口和著陸點。16.2.3飛行管理計算機系統(tǒng)它

5、由飛行管理計算機(FMC)和控制顯示單元(CDU)組成。16.2.3.1飛行管理計算機FMC是系統(tǒng)的核心，它執(zhí)行導(dǎo)航和性能計算，并提供控制和制導(dǎo)指令。它由三個微處理器、電源組件和電池組件組成。這三個微處理器相互獨立，有自己的存儲器，稱為導(dǎo)航、性能和輸入/輸出處理器。除了各種操作程序之外，飛行管理計算機的存儲器還包含大量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是手動或自動飛行所必需的。根據(jù)數(shù)據(jù)類型，它們分別存儲在導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫和性能數(shù)據(jù)庫中。飛行控制中心使用機組人員輸入的飛行計劃信息、飛機系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及飛行控制中心導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫和性能數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)來計算飛機的當前位置以及獲得最佳飛行剖面所需的俯仰、滾轉(zhuǎn)和推力指令。飛行控制中心將這些

6、指令發(fā)送給自動油門、自動駕駛儀和飛行指引儀。地圖和路線信息被發(fā)送到飛行員各自的電子水平狀態(tài)指示器。飛行員使用電子飛行儀表系統(tǒng)控制面板選擇導(dǎo)航顯示所需的信息。使用模式控制面板選擇自動油門、自動駕駛和飛行導(dǎo)航的工作模式。1)FMC斷電FMC需要持續(xù)供電才能工作。當電源中斷少于10秒時；水平導(dǎo)航和垂直導(dǎo)航斷開；FMC保存所有輸入數(shù)據(jù)；當電源恢復(fù)時，F(xiàn)MC恢復(fù)正常運行當?shù)孛鏀嚯娺_10秒或更長時間時，必須在恢復(fù)供電后重新輸入所有的飛行前程序和輸入值。如果在空中斷電超過10秒，水平導(dǎo)航和垂直導(dǎo)航將斷開；FMC保存所有輸入數(shù)據(jù)，當電源恢復(fù)時，航段頁面會顯示“選擇活動WPT/航段”信息。在進行水平導(dǎo)航之前，必

7、須指示FMC如何返回路線。選擇所需的有效航路點，通過直接飛行或切入航道飛向該航路點。2)FMC故障如果飛機上安裝了飛行監(jiān)控系統(tǒng)，當飛行監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，飛行監(jiān)控系統(tǒng)警告指示燈會亮起。配備有菜單頁面的CDU顯示菜單頁面，以選擇其他可用的子系統(tǒng)。兩個電子水平狀態(tài)指示器都顯示“VTK”。水平導(dǎo)航和垂直導(dǎo)航分離。25至30秒后，兩個水平狀態(tài)指示器圖將顯示故障信息。如果安裝了兩個FMC，例如，當FMC源選擇開關(guān)處于正常位置時，如果右側(cè)FMC出現(xiàn)故障，F(xiàn)MC警告指示燈和FMC信息指示燈將會亮起。兩個草稿欄中都顯示“單個FMC操作”信息。如果使用自動駕駛頻道B，水平導(dǎo)航和垂直導(dǎo)航將被斷開(如果選擇自動駕駛

8、頻道A，可以再次打開)。25-30秒后，右側(cè)電子水平狀態(tài)指示器圖將顯示故障信息。將FMC源選擇開關(guān)設(shè)置為“開”和“關(guān)”，右側(cè)電子水平狀態(tài)指示器顯示恢復(fù)。當上述指示出現(xiàn)時，如果右側(cè)電子水平狀態(tài)指示器上未顯示“VTK”，則表明左側(cè)和右側(cè)FMC數(shù)據(jù)不一致。將故障模式控制源選擇開關(guān)設(shè)置為“開”和“關(guān)”，以重新同步兩個故障模式控制。當兩個草稿欄中都顯示“雙FMC操作恢復(fù)”信息時，開關(guān)可以轉(zhuǎn)回到正常位置。16.2.3.2控制顯示組件控制和顯示組件是飛行機組和飛行管理計算機之間的接口，是人機通信的組件，如圖16-2所示。機組人員可以用任何CDU向飛行管理中心輸入數(shù)據(jù)，但應(yīng)避免同時在兩個中央控制單元上輸入數(shù)據(jù)

9、。相同的飛行管理控制數(shù)據(jù)和計算信息顯示在兩個控制單元上，但是每個飛行員可以獨立控制他的CDU的實際顯示。在裝備有備用導(dǎo)航系統(tǒng)CDU(AN/CDU)的飛機上，每個CDU都可以通過使用內(nèi)部計算機在備用模式下工作。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)/CDU的能力類似于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，可以獨立于柔性制造中心并行工作，或者在柔性制造中心出現(xiàn)故障時作為備用。安/CDU僅提供水平導(dǎo)航能力。安/CDU通常只根據(jù)慣性參考系統(tǒng)的位置導(dǎo)航。自保持螺釘發(fā)光按鍵面板通知人執(zhí)行鍵通知人圖16-2控制顯示組件16.3 FMS導(dǎo)航功能飛行管理計算機使用導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來精確計算飛機的位置。16.3.1導(dǎo)航功能飛行管理系統(tǒng)的導(dǎo)航功能用于完成飛機橫向剖面

10、的飛行管理，引導(dǎo)飛機按照預(yù)定路線到達目的地。包括自動導(dǎo)航站選擇和自動調(diào)諧；從出發(fā)機場，根據(jù)目的地選擇航線；確定距離目的地或要飛行的航路點的距離；預(yù)定到達時間、速度等。飛行管理系統(tǒng)依靠導(dǎo)航設(shè)備為導(dǎo)航功能提供飛機當前位置的原始測量數(shù)據(jù)。導(dǎo)航方法有很多，如自主導(dǎo)航、推測導(dǎo)航、無線電導(dǎo)航等。這可能是導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫是為使飛機在從起飛到著陸的整個過程中具有自動導(dǎo)航能力而設(shè)計的，它存儲了整個區(qū)域的導(dǎo)航信息。FMC包含兩組導(dǎo)航數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)的有效期為28天。數(shù)據(jù)庫通過數(shù)據(jù)加載器加載到飛機的飛行管理控制系統(tǒng)中。每組數(shù)據(jù)與導(dǎo)航圖的正常修訂周期相同。FMC使用有效的數(shù)據(jù)集進行導(dǎo)航計算。導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容會定期更新，并在當

11、前數(shù)據(jù)無效之前傳輸?shù)紽MC。主要信息包括：(1)導(dǎo)航站-導(dǎo)航站的標識、位置、頻率、高度、標志和類型。(2)機場-機場位置、跑道長度、跑道方向、機場標高和導(dǎo)航設(shè)備信息等。(3)路線-路線數(shù)據(jù)包括路線類型、高度、航向、航段距離和航路點描述等。(4)公司路線(5)標準儀表偏離(6)標準終端進場路線(7)程序轉(zhuǎn)向和等待(8)等待路線(9)四處走走(10)進場程序(11)進近和離場過渡(12)航站樓登機門16.3.3導(dǎo)航性能(1)實際導(dǎo)航性能實際導(dǎo)航性能(ANP)是FMC對自身定位水平的預(yù)測。實際導(dǎo)航性能以95%的精度預(yù)測最大位置誤差。也就是說，F(xiàn)MC95%確定飛機的實際位置是以FMC位置為中心，以實際

12、導(dǎo)航性能值為半徑的圓。實際導(dǎo)航性能值越小，F(xiàn)MC位置預(yù)算的準確性越高。(2)要求的導(dǎo)航性能(RNP)FMC為起飛、航路飛行、越洋飛行、終端飛行和進近階段提供默認的所需導(dǎo)航性能值。如有必要，飛行機組可以輸入特殊要求的導(dǎo)航性能值。已經(jīng)建立并公布了世界各地特定要求的導(dǎo)航性能值。實際導(dǎo)航性能不得低于要求的導(dǎo)航性能。16.4財務(wù)管理系統(tǒng)績效管理性能管理主要是指對整個飛行過程中某一性能指標或某幾個性能指標的組合所確定的垂直預(yù)選航跡的計算。這些指標包括：最少的燃料消耗，最少的成本和最短的時間。具體方法如最短時間爬升、最大爬升梯度爬升、遠程巡航、最低成本續(xù)航等。詳見飛行性能工程。16.4.1性能數(shù)據(jù)庫績效數(shù)據(jù)

13、庫是績效管理的基礎(chǔ)。例如，為了完成性能優(yōu)化計算，在巡航階段，有必要知道升力特性、極曲線、發(fā)射推力和燃料消耗率之間的關(guān)系，并且還需要知道飛機的制導(dǎo)數(shù)據(jù)。因此，性能數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容通常包括：1)飛機部件(1)機翼面積(2)發(fā)動機數(shù)量(3)飛行包線(4)升力特性曲線(5)飛機的極曲線(6)飛機的各種重量2)發(fā)動機零件(1)油耗特性曲線(2)推力特性曲線(3)各飛行階段的性能數(shù)據(jù)(4)飛行控制模態(tài)數(shù)據(jù)16.4.2推力管理自動油門根據(jù)飛行機組在模式控制面板上的輸入或自動飛行控制命令進行操作。對于B737-300，可以在CDU的N1(發(fā)動機低壓轉(zhuǎn)子速度)限制頁面上選擇參考推力。當垂直導(dǎo)航模式啟用時，F(xiàn)MC自動

14、指令油門。16.4.2.1預(yù)選基準推力的計算FMC通過以下方式計算預(yù)選的參考推力：(1)起飛(2)起飛時功率降低(3)在假定溫度下起飛(4)攀爬(5)減小推力和爬升(6)巡航(7)連續(xù)(8)四處走走。推力參考模式根據(jù)相應(yīng)的飛行階段自動切換。選定的推力參考模式顯示在推力模式顯示屏上。在具有自動減推力功能的飛機上，機組人員可以輸入減推力參數(shù)。指定飛機從起飛推力轉(zhuǎn)換到爬升推力的高度。海拔范圍從出發(fā)機場以上400英尺到平均海平面以上15000英尺。默認值是起飛機場上方1500英尺。16.4.2.2起飛時推力減小了減少推力起飛可以減少EGT，延長發(fā)動機使用壽命。只要性能限制和降噪程序允許，它可以隨時使用

15、。(1)功率降低方法固定功率降低可以在低功率起飛時，推力設(shè)定參數(shù)被視為起飛極限值；因此，除非在緊急情況下，不要進一步向前推動推力手柄。(2)假設(shè)溫度法假設(shè)溫度法可以進一步降低降低起飛功率的功率。假設(shè)溫度降低推力起飛是通過使用高于實際溫度的假設(shè)溫度獲得小于全額定推力的起飛推力。在起飛頁1或2或N1極限頁或起飛參考頁2輸入選定的溫度，以獲得所需的起飛推力。批準的最大推力降低比額定功率低25%。當存在影響制動的條件時，如跑道上的半融化的雪、雪或冰或潛在的風(fēng)切變，不應(yīng)使用假設(shè)溫度來降低推力。假設(shè)溫度降低推力設(shè)置不應(yīng)被視為極限值。假設(shè)的溫度推力減小可以取消。如果需要增加推力，機組可以手動使用全推力。16

16、.4.2.3減小推力爬升在CDU的N1極限頁面上可以選擇兩個固定的爬升推力減小值。CLB1(爬升1)使用爬升極限降低3%(推力降低約10%)。CLB2(爬升2)將爬升極限降低6%(推力降低約20%)。在15000英尺處，爬升推力減小值逐漸增加到爬升全推力。巡航時，推力基準自動變?yōu)檠埠酵屏?。您可以在N1極限頁面手動選擇推力參考。爬升推力減小值的自動選擇將受到假設(shè)溫度推力減小起飛或功率減小起飛的影響。在爬升過程中使用推力減小可以降低發(fā)動機維護成本，但會增加總航程燃油。16.4.3燃料監(jiān)控如果發(fā)動機起動后，燃油流量數(shù)據(jù)無效，CDU將顯示驗證全球升溫潛能值和燃油，燃油值由虛線代替。即使燃油數(shù)據(jù)丟失，垂

17、直導(dǎo)航仍能繼續(xù)工作。FMC使用最后的有效燃油量進行性能預(yù)測。駕駛員應(yīng)將預(yù)測的燃油重量輸入性能開始頁面，并定期更新剩余飛行段的燃油重量，以保持總重量值為最新值。燃料管理委員會監(jiān)測船上的總?cè)剂?。如果FMC預(yù)測到達目的地時燃油總量將低于2000磅(900千克)，CDU將收到燃油不足的信息。如果到達目的地時，剩余燃油低于性能開始頁面上輸入的備用燃油量，將顯示信息“使用RSV燃油”。在爬升、巡航和下降過程中，飛行控制中心根據(jù)起落架和襟翼關(guān)閉狀態(tài)計算預(yù)測燃油值。起落架和/或襟翼展開的任何延長飛行都需要增加燃油，并且不會正確顯示在FMC燃油預(yù)測頁面上。16.5 FMS指南制導(dǎo)是在飛機沿預(yù)選軌跡飛行時，由于干擾或?qū)Ш讲淮_定性而偏離預(yù)選軌跡后作出的決定。制導(dǎo)過程：計算航跡偏轉(zhuǎn)角，生成控制指令，并發(fā)送給飛行控制系統(tǒng)的自動駕駛儀、飛行制導(dǎo)和自動油門系統(tǒng)；內(nèi)部飛行控制和自動油門計算機產(chǎn)生實際的操縱面控制指令和自動油門推力指令，并控制飛機保持在預(yù)選的飛行剖面上，從而實現(xiàn)對飛機飛行軌跡的自動控制。制導(dǎo)分為橫向制導(dǎo)(也稱為水平或橫向制導(dǎo))和垂直制導(dǎo)。16