1、中國民航大學(xué) 空管學(xué)院,第十七章 飛行管理系統(tǒng),一、概述,飛行管理系統(tǒng)（FMS-Flight Management System）是一個綜合了多個機(jī)載電子系統(tǒng)的計算機(jī)系統(tǒng)，提供飛行的時間、距離、速度、經(jīng)濟(jì)剖面和高度的預(yù)測,可減小駕駛艙工作量，提高效率，省掉許多以前通常由駕駛員執(zhí)行的日常操作，使飛機(jī)既安全又經(jīng)濟(jì)地飛行。 飛機(jī)在FMS的控制下，可以實現(xiàn)全自動導(dǎo)航，可以以最佳的飛行路徑、最佳的飛行剖面和最省油的飛行方式完成從起飛到進(jìn)近著陸的整個飛行過程。,1.功能,具有強大的導(dǎo)航計算，性能計算、制導(dǎo)和顯示功能； 實行飛機(jī)的全自動導(dǎo)航； 提供從起飛到進(jìn)近著陸的最優(yōu)水平飛行軌跡和垂直飛行剖面； 大大減輕

2、飛行員的工作負(fù)擔(dān)； 提高飛機(jī)操作的自動化程度,飛行管理系統(tǒng)功用：,飛機(jī)的飛行管理系統(tǒng),FMS在飛機(jī)飛行過程中，以最佳飛行路徑和飛行剖面操縱飛機(jī)，不但安全、可靠，而且使飛機(jī)節(jié)省了燃油，縮短了飛行時間，大大降低了飛行成本。,FMS在各個飛行階段的功用,（1）起飛階段,駕駛員在起飛準(zhǔn)備時，通過飛行管理計算機(jī)（FMCS）的控制顯示組件（CDU）所輸入的飛行計劃（起飛/目的地機(jī)場、航路點、進(jìn)離場程序），F(xiàn)MC計算飛行路徑。 根據(jù)CDU上輸入的飛機(jī)的全重、巡航高度、儲備油量、外界溫度等性能數(shù)據(jù)，F(xiàn)MC計算飛機(jī)的最佳起飛目標(biāo)推力以及飛機(jī)飛行的垂直剖面。,（2）爬升階段,飛機(jī)起飛高度400ft，駕駛員接通橫向

3、導(dǎo)航（L-NAV）和垂直導(dǎo)航（V-NAV）后，根據(jù)飛行路線對飛機(jī)進(jìn)行橫向和垂直導(dǎo)航和制導(dǎo)。 FMC根據(jù)駕駛員的選擇確定目標(biāo)推力和目標(biāo)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頂點高度的建議。,（3）巡航階段,FMS根據(jù)航線的長短和航路情況選定最佳巡航速度和最佳巡航高度。在兩機(jī)場間采用大圓航線路徑飛行。,（4）下降階段,FMS根據(jù)駕駛員輸入的和導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫中存儲的數(shù)據(jù)確定飛機(jī)開始下降的頂點，并在下降過程中確定下降速度，最大限度地利用飛機(jī)的位能，以節(jié)省燃油。,（5）進(jìn)近階段,飛機(jī)在下降終點時，F(xiàn)MS以優(yōu)化速度引導(dǎo)飛機(jī)到跑道入口和著陸點,飛機(jī)在下降終點時，F(xiàn)MS以優(yōu)化速度引

4、導(dǎo)飛機(jī)到跑道入口和著陸點,2.FMS的組成,（1）傳感器分系統(tǒng)慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)（IRS）、大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)（DADC）及無線電導(dǎo)航、發(fā)動機(jī)控制等系統(tǒng) （2）處理分系統(tǒng)飛行管理計算機(jī)系統(tǒng)（FMCS） FMCS包括FMC和CDU （3）執(zhí)行分系統(tǒng)自動飛行系統(tǒng)（AFS） AFS包括AP、FD、A/T （4）顯示分系統(tǒng)電子飛行儀表系統(tǒng)（EFIS）和電子集成飛機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（ECAM）,傳感器分系統(tǒng),處理分系統(tǒng),執(zhí)行分系統(tǒng),顯示分系統(tǒng),3.FMS的工作原理,FMS的FMC內(nèi)建立了導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫和性能數(shù)據(jù)庫。駕駛員使用CDU（控制顯示組件）直接可檢索出儲存的各種信息數(shù)據(jù)，并能把飛行全過程的導(dǎo)航、制導(dǎo)、飛行計劃和各種性能數(shù)

5、據(jù)在CDU的屏幕上顯示出來。 駕駛員只要向FMC輸入飛機(jī)當(dāng)前起飛機(jī)場、目的地機(jī)場，并輸入待飛航線，F(xiàn)MC系統(tǒng)就能根據(jù)IRS和無線電導(dǎo)航設(shè)備的信號，準(zhǔn)確地計算出飛機(jī)在飛行中的即時位置，并能發(fā)出指令到自動飛行控制系統(tǒng)，引導(dǎo)飛機(jī)到達(dá)目的地機(jī)場。,二、飛行管理計算機(jī)系統(tǒng)（FMCS）,飛行管理計算機(jī)系統(tǒng)包括飛行管理計算機(jī)（FMC）和控制顯示組件（CDU）兩部分。,1.飛行管理計算機(jī)（FMC）,FMC是多微機(jī)系統(tǒng)，由導(dǎo)航、性能、輸入/輸出三臺微處理機(jī)、電源組件和電池組件等組成。 FMC接收來自ADS、IRS以及無線電導(dǎo)航等系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)，再檢查和利用飛機(jī)機(jī)組輸入的飛行計劃信息、飛機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及FMC導(dǎo)航數(shù)

6、據(jù)庫和性能數(shù)據(jù)庫來計算飛機(jī)的導(dǎo)航和性能目標(biāo)值，對飛行計劃進(jìn)行管理，提供在EFIS上顯示的供駕駛員使用的信息數(shù)據(jù)。,1.導(dǎo)航處理機(jī)部分 導(dǎo)航處理機(jī)由導(dǎo)航微處理器和存儲器組成。它承擔(dān)導(dǎo)航計算、側(cè)向和縱向操作指令計算和CDU管理等有關(guān)功能。 2.性能處理機(jī)部分 性能處理機(jī)部分由性能處理器和存儲器構(gòu)成。完成大部分與性能計算有關(guān)的功能，即垂直操縱引導(dǎo)（跟蹤目標(biāo)速度）和飛行包絡(luò)保護(hù)。 3.輸入/輸出處理機(jī)部分 輸入輸出處理機(jī)部分除有處理器、各種存儲器外，還有混合輸入輸出裝置、ARINC控制器、ARINC接口、離散信號接口等組件。在計算機(jī)和飛機(jī)各設(shè)備之間傳輸信息。,導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫是為了飛機(jī)從起飛到著陸整個過程都

7、具備自動導(dǎo)航能力而設(shè)計的，它存放了整個區(qū)域的導(dǎo)航信息。包括飛機(jī)飛行區(qū)域的機(jī)場、航路點、導(dǎo)航臺的地理位置、頻率以及航路組成結(jié)構(gòu)等。 這些數(shù)據(jù)可以分成兩大類： 一類是對各航空公司都適用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，一般都與美國杰普遜(Jeppeson)航圖發(fā)行公司簽訂合同，由杰普遜公司定期提供。 另一類是僅與航空公司飛行航線的航路結(jié)構(gòu)有關(guān)的數(shù)據(jù)。,（1）導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫,導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容,導(dǎo)航設(shè)備 導(dǎo)航臺的標(biāo)識、位置、頻率、標(biāo)高等。 機(jī)場 機(jī)場的位置、機(jī)場標(biāo)高、跑道長度、跑道方位等。 航路 航路類型、高度、航向、航段距離和航路點說明等。 公司航路 由飛機(jī)用戶規(guī)定，是航空公司負(fù)責(zé)飛行的固定航線數(shù)據(jù)。 終端區(qū)域程序 SID、

8、STAR、程序轉(zhuǎn)彎、等待、復(fù)飛、進(jìn)近程序等。,性能數(shù)據(jù)庫是飛機(jī)性能管理的基礎(chǔ)，用于完成性能優(yōu)化計算，包含對飛機(jī)垂直導(dǎo)航進(jìn)行性能計算所需的有關(guān)數(shù)據(jù)。 它們是與飛機(jī)和發(fā)動機(jī)有關(guān)的參數(shù)。 性能數(shù)據(jù)庫可分為兩方面的數(shù)據(jù)： 一類是詳細(xì)的該型飛機(jī)空氣動力模型； 另一類是裝在飛機(jī)上的發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)模型。,2.性能數(shù)據(jù)庫,性能數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容,飛機(jī)部分： （1）機(jī)翼面積 （2）發(fā)動機(jī)臺數(shù) （3）飛行包線 （4）升力特性曲線 （5）飛機(jī)極曲線 （6）飛機(jī)各種重量,發(fā)動機(jī)部分： （1）燃油消耗特性曲線 （2）飛行各階段性能數(shù)據(jù) （3）飛行控制模態(tài)數(shù)據(jù),2.控制顯示組件（CDU）,CDU是機(jī)組與FMC之間交互的接口，駕駛員

9、可以通過任意一部CDU向FMC輸入數(shù)據(jù)。,CDU包括： 顯示屏 行選鍵 功能方式鍵 字母數(shù)字鍵 發(fā)光通告器等。,DIR：進(jìn)入 DIR TO(直飛)頁面。 PROG：進(jìn)入相應(yīng)于現(xiàn)用飛行計劃正在進(jìn)行階段的進(jìn)程頁面。 PREF：進(jìn)入PERF(性能)頁面。 INIT：進(jìn)入飛行計劃頁面。 DATA：進(jìn)入數(shù)據(jù)索引頁面。 F-PLN：進(jìn)入飛行計劃頁面。 RAD NAV：進(jìn)入無線電導(dǎo)航頁面。 FUEL PRED：可顯示燃油預(yù)測頁面。 SEC F-PLN：進(jìn)入第二飛行計劃索引頁面。,功能方式鍵,初始頁面 （INIT）,三、FMS的功能實現(xiàn),1.導(dǎo)航功能,用來確定飛機(jī)當(dāng)時位置，進(jìn)行導(dǎo)航計算，以及導(dǎo)航臺自動調(diào)諧管理

10、等，完成飛機(jī)橫向剖面的飛行管理，引導(dǎo)飛機(jī)按照預(yù)定航線飛達(dá)目的地。包括： 自動選擇導(dǎo)航臺、自動調(diào)諧以及IRS的校準(zhǔn)； 從起飛機(jī)場開始，根據(jù)要飛抵的目的地機(jī)場選擇航線； 確定位置，距離目的地或飛越航路點的距離； 預(yù)定到達(dá)的時間和速度等。, 導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫管理：導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫由用戶數(shù)據(jù)庫裝載入計算機(jī)的存儲器。 位置計算：計算機(jī)把飛機(jī)上無線電導(dǎo)航接收機(jī)接收到的地面無線電信號和IRS的信號進(jìn)行綜合計算，獲得高精度的飛機(jī)即時位置。 速度計算：計算機(jī)使用IRS提供的速度進(jìn)行地速計算；合成速度再與ADC的空速合起來計算風(fēng)速、風(fēng)向。 高度計算：對IRS垂直加速度計輸出進(jìn)行兩次積分獲得高度，這個數(shù)據(jù)與ADC輸出的氣壓高度

11、數(shù)據(jù)進(jìn)行組合。未經(jīng)組合修正的高度為原始高度，經(jīng)氣壓修正后的高度稱氣壓修正高度。 導(dǎo)航臺的選擇和調(diào)諧：從導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲的導(dǎo)航臺位置信息中，或在EFIS所提供的飛機(jī)當(dāng)時位置附近的20個導(dǎo)航臺清單中，選擇2個最佳導(dǎo)航臺，并對這2個選定的導(dǎo)航臺進(jìn)行自動調(diào)諧，以獲得這2個導(dǎo)航臺的無線電導(dǎo)航位置數(shù)據(jù)。若無法獲得2個合適的導(dǎo)航臺，則選擇飛機(jī)當(dāng)時位置最近的導(dǎo)航臺的距離和方位數(shù)據(jù)。,2.性能管理功能,在飛行過程中，計算飛機(jī)的相關(guān)性能指標(biāo)，即飛機(jī)的飛行高度、速度、爬升、下降、爬升速度和下降速度等，以獲得最佳的垂直預(yù)選航跡，完成飛機(jī)的縱向(垂直)剖面管理。,FMC的性能計算是依據(jù)性能數(shù)據(jù)庫提供的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)、外部傳感

12、器送來的一些信號數(shù)據(jù)、要求駕駛員在CDU上輸入的必要數(shù)據(jù)和參數(shù)限制值等進(jìn)行的。,通過速度優(yōu)化來減小飛行成本。優(yōu)化功能計算下列項目： 起飛、進(jìn)近和復(fù)飛速度，(F，S，綠點，VAPP) 爬升和下降階段的優(yōu)化目標(biāo)速度(ECON CLB/DES SPD) 巡航階段的優(yōu)化目標(biāo)馬赫數(shù)(CRZ MACH) 用于獲取信息的優(yōu)化高度層 從巡航高度層下降到目的地機(jī)場的優(yōu)化下降剖面,3. 制導(dǎo)功能,制導(dǎo)是飛機(jī)沿預(yù)選航跡飛行時，受到擾動或?qū)Ш讲淮_定性引起偏離預(yù)選航跡后作出的一種決策。分為水平（橫向）制導(dǎo)和垂直（縱向）制導(dǎo)兩種。,水平制導(dǎo)是按照一定的控制律對水平面內(nèi)實際航跡相對預(yù)選航跡偏差進(jìn)行控制。當(dāng)水平制導(dǎo)功能接通時

13、，F(xiàn)MC提供航向控制指令，控制飛機(jī)沿預(yù)選航路飛行。 在LNAV（水平制導(dǎo)）方式下，飛行管理計算機(jī)的導(dǎo)航功能與飛行指引儀（FD）和自動駕駛儀（AP）相耦合,（1）水平制導(dǎo),（2）垂直制導(dǎo),垂直制導(dǎo)是按照一定的控制律對垂直面內(nèi)實際航跡相對預(yù)選航跡偏差進(jìn)行控制。 當(dāng)垂直制導(dǎo)功能接通時，F(xiàn)MC提供速度和升降率控制指令，控制飛機(jī)沿預(yù)選的縱向路徑飛行。 在VNAV（垂直制導(dǎo)）方式下，F(xiàn)MC的性能功能與自動油門（A/T）相耦合。,4.飛行計劃管理,飛行計劃通過MCDU輸入到FMS： 將要飛的水平軌跡(水平飛行計劃) 將要飛的垂直軌跡，這是一個速度和高度剖面(垂直飛行計劃)，這個信息是正確進(jìn)行性能計算和引導(dǎo)指令所必需的。,FMC的制導(dǎo)部分儲存有實施航路和縱向航段剖面數(shù)據(jù)，在計算了飛機(jī)應(yīng)處的位置并和飛機(jī)實際的位置進(jìn)行比較后，根據(jù)它們之間的誤差產(chǎn)生輸入飛行控制計算機(jī)和推力管理計算機(jī)的指令，再由飛行控制計算機(jī)和推力管理計算機(jī)產(chǎn)生實際的舵機(jī)指令和自動油門推力指令操縱飛機(jī)，以實現(xiàn)FMC對飛行航路的自動駕駛控制。,離場 起飛跑道 標(biāo)準(zhǔn)儀表離場(SID) 航路 航路點和航路 到場 STARS/VIAS(經(jīng)某一