自動飛行控制系統(tǒng)：第七章 飛行管理計算機系統(tǒng)

1、CAUC-AMAEC Flight Management and Auto-Flight1第六章 飛行管理與自動飛行控制系統(tǒng)23第七章 飛行管理計算機系統(tǒng)第一章 飛行管理系統(tǒng)概述第二節(jié) 飛行管理計算機系統(tǒng)（FMC）第三節(jié) 控制顯示組件 （CDU）第四節(jié) 飛行管理計算機系統(tǒng)(FMCS)維護自檢一、飛行管理系統(tǒng)(FMS)引言12附加了操縱助力器以擴大駕駛員的有限體力；3安裝了自動駕駛儀以減輕駕駛員在途中的操作負擔。增加了許多各種各樣的儀表顯示，以擴大駕駛員的視野；人工的飛行管理“飛行管理”這一名詞實際上并不是一個新的概念，只不過在過去的飛機上，都由駕駛員來承擔而已。在過去的幾十年來，為了適應飛機的

2、尺寸、速度、高度和復雜性的日益增加，以便駕駛員能對飛機實行更好的管理，在飛機上 ：第一節(jié) 飛行管理系統(tǒng)概述一、飛行管理系統(tǒng)(FMS)引言 六十年代中期，美國波音公司開始了超音速運輸機（SST）的研究計劃。研究表明：機上座艙將越來越復雜，駕駛員的操作負擔將越來越重，而且在有限的空域環(huán)境下，機場也越來越擁擠。 為了減輕駕駛員的操作負擔，提高飛機的飛行安全性，提高飛機和機場在未來民用航空環(huán)境下的使用率，美國波音公司的DM彼特里, 在1967年提出了“自動飛行管理”的設想。飛行管理智能化？第一節(jié) 飛行管理系統(tǒng)概述一、飛行管理系統(tǒng)(FMS)引言添加標題大幅增長6070800自1973年開始的, 中東石油

3、危機和世界性能源短缺造成石油價格的暴漲,在民用航空運輸中, 燃油消耗已成為方向成本中的主要成分。由燃油影響航空公司直接操作成本的百分比從2025, 增加到：引起機組人員的成本和其它非燃料的公司操作成本：航空公司為燃油支付的平均價格，到83年上升約：第一節(jié) 飛行管理系統(tǒng)概述一、飛行管理系統(tǒng)(FMS)引言面對石油危機的沖擊：航空公司采取措施 采用燃油守恒計劃，較低的飛行速度剖面； 編制更為詳細的飛行計劃； 降低飛行重量； 節(jié)省燃油的消耗，降低飛行成本, 在競爭中求生存。第一節(jié) 飛行管理系統(tǒng)概述一、飛行管理系統(tǒng)(FMS)引言由于航空公司的不景氣，飛機銷售量也大幅度下降： 飛機制造廠更換低耗油率的發(fā)動

4、機和研制超高涵道比的發(fā)動機 ；設計具有先進的飛機 ；采用區(qū)域導航和飛行管理系統(tǒng)，加強對飛行與燃油的管理 ；充分挖掘飛機的潛力，降低飛行成本，打開飛機銷路 。第一節(jié) 飛行管理系統(tǒng)概述二、飛行管理系統(tǒng)(FMS)演變過程高級區(qū)域導航系統(tǒng)飛直接的航線性能數(shù)據計算機4D飛行管理系統(tǒng)適應ATC的快速發(fā)展60年代末70年代初70年代末80年代初70年代中期性能管理系統(tǒng)飛行管理系統(tǒng)第一節(jié) 飛行管理系統(tǒng)概述飛行管理系統(tǒng)能對飛機進行綜合管理，可實現(xiàn)飛機的自動飛行與最佳性能管理，大大減輕了駕駛員的操作負擔，并且獲得很好的經濟效益。高級區(qū)域導航系統(tǒng)和性能管理系統(tǒng)的組合。具有大容量的性能數(shù)據庫，能根據待飛航線、巡航高度

5、、飛機總重、成本指數(shù)和阻力系數(shù)等提供節(jié)約燃油、降低直接運行成本的垂直制導能力。飛行管理系統(tǒng)具有大容量的導航數(shù)據庫，在飛機正常飛行區(qū)域內，計算機能提供從起飛到降落的閉環(huán)水平制導的功能；第一節(jié) 飛行管理系統(tǒng)概述11二、飛行管理系統(tǒng)的演變過程六十年代末和七十年代初-日趨成熟的高級區(qū)域導航系統(tǒng)七十年代中期性能設計計算機系統(tǒng)（PDCS）性能管理系統(tǒng)（PMS）七十年代中期飛行管理系統(tǒng)（FMS） 飛行管理系統(tǒng)是高級區(qū)域導航系統(tǒng)和性能管理系統(tǒng)的組合。它具有大容量的導航數(shù)據庫，在飛機正常飛行區(qū)域內，計算機能提供從起飛到降落的閉環(huán)水平制導的功能；同樣它具有大容量的性能數(shù)據庫，能根據待飛航線、巡航高度、飛機總重、成

6、本指數(shù)和阻力系數(shù)等提供節(jié)約燃油、降低直接運行成本的垂直制導能力。 飛行管理系統(tǒng)能對飛機進行綜合管理，可實現(xiàn)飛機的自動飛行與最佳性能管理，大大減輕了駕駛員的操作負擔，并且獲得很好的經濟效益。第一節(jié) 飛行管理系統(tǒng)概述第一節(jié) 概述三、FMS功能 把駕駛艙系統(tǒng)的綜合化和自動化提高到一個新水平飛行管理系統(tǒng)的功能自動飛行控制咨詢 報警顯示人工 操作性能管理/制導/導航將制導、控制與導航綜合為一體，把區(qū)域導航和性能管理綜合在一起使之更為有效地操縱飛行，節(jié)省燃料和減輕機組人員的負擔。 13第一節(jié) 概述FMCS在個飛行階段的性能功能 14提供最佳的起飛目標推力 FMS提供最佳爬高剖面（在規(guī)定的爬高速度和規(guī)定的發(fā)

7、動機推力下，以最佳爬高角度到達規(guī)定的高度）；向飛行員提供分段（階梯）爬高和爬高頂點的建議。 根據航線長短、航路情況等選定最佳巡航高度和巡航速度。 確定飛機開始下降的頂點 在下降結束點，在既定高度、確定航距上，以優(yōu)化速度引導飛機到跑道入口和著陸點。 具備飛機全自動著陸第B級著陸能力。 第一節(jié) 概述FMCS在個飛行階段的性能功能 15性能管理 制導 導航數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)實現(xiàn)飛行指引儀和自動駕駛儀功能. FMCF/D和或A/P導航LNAV（水平制導）方式這樣，在LNAV和VNAV的兩種方式銜接情況下，飛行管理計算機的制導功能通過自動駕駛儀控制副翼和升降舵偏轉，通過自動油門控制油門位置。性能VNAV

8、（垂直導航）方式FMCDFCSA/T16性能管理 制導 導航1性能管理性能管理是對飛機飛行的垂直剖面而言的。它根據飛機的飛行計劃或空中交通管制限定的范圍，以及飛機自身的性能限制范圍，對飛機的垂直軸（高度）和速度 推力軸的全部飛行階段予以管理。根據空中交通管制和飛行計劃的限定，計算按成本指標最小的各飛行階段的最佳高度、最佳飛行速度或推力大小，提供相應的空速 推力指令和推力限制，以及為生成垂直飛行軌跡提供依據，并可作相應的預測，為性能咨詢提供數(shù)據。根據原型機和自動性能系統(tǒng)的實際飛行試驗，使用FMS以后，可以達到節(jié)省原耗燃油25的預期目標，燃油節(jié)約的多少還要由航程距離等其它因素決定。17性能管理 制

9、導 導航2.導航導航在飛行管理系統(tǒng)中用以實現(xiàn)對導航設備的導航管理（選擇的導航定位方式和導航設備;在飛行途中對導航設備實行自動調諧）;根據導航設備測得的原始數(shù)據，計算與估計:飛機當前的位置飛行速度和方向風速值。18性能管理 制導 導航3.制導制導又分為水平制導與垂直制導二部分。飛行管理系統(tǒng)能為各飛行階段，按飛行計劃和性能管理給出的垂直剖面，計算和生成相應的水平和垂直飛行軌跡。由導航測得并經計算的飛機當前位置和速度值，與生成的基準軌跡比較產生誤差信號，根據此誤差信號和相應的制導率，計算側向與垂直制導指令，并送到數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)（自動駕駛儀）和自動油門系統(tǒng)（自動油門桿），從而操縱飛機按飛行管理系統(tǒng)

10、排定的飛行計劃和垂直剖面，從起飛機場飛抵目的地。 19咨詢 報警顯示飛行員可通過選擇CDU的適當顯示格式和在某些情況經CDU輸入一些數(shù)據，使飛行員可以獲得許多有用的性能咨詢，例如：與飛行剖面有關的信息；與飛機性能有關的信息。系統(tǒng)、發(fā)動機等故障或異常遇到惡劣氣候ATC發(fā)出的警告和地面接近。飛行管理系統(tǒng)具有向飛行員自動報警的能力以確保飛行的安全。20人工操作人工操作是指飛行員對飛行管理系統(tǒng)的操作，實現(xiàn)人機對話。飛行員通過對CDU和各方式控制板的操作：選擇或修訂飛行計劃輸入制訂飛行計劃所需的數(shù)據選擇各飛行階段的飛行方式根據飛行員需要，顯示飛行途中飛機有關的信息。FMS內裝自檢設備（BITE），可快速

11、診斷故障并向維護人員顯示，依此更換失效部件。這樣的設計使飛行管理系統(tǒng)具有99.9可靠度的派遣能力。每一飛行小時只需一個維護人工小時。21三、FMS組成及各部分的功用 飛行管理系統(tǒng)（FMS）由五個子系統(tǒng)組成，他們是：飛行管理計算機系統(tǒng)（FMCS）慣性基準系統(tǒng)（IRS）；電子飛行儀表系統(tǒng)（EFIS）；數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)（DFCS）；自動油門（A/T）。22三、FMS組成及各部分的功用 FMCS-包括FMC和CDU，各機型FMC和CDU數(shù)。IRS-是FMC基本傳感器，向FMC提供2/3臺IRU輸出的導航數(shù)據，F(xiàn)MC進行加權平均，主要參數(shù)有PPOS、GS、TRK、WIND等。EFIS-是FMC的顯示器

12、沒FMC計算導航和性能目標值及其它一些在EFIS上顯示的供飛行員使用的信息；AFCS/A/T：是FMC的執(zhí)行機構。FMC的導航和性能功能與數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)及自動油門相耦合提供飛機的全自動控制。 這稱為飛行管理計算機的制導功能。23四、飛行管理計算機系統(tǒng)的傳感器 FMS為完成上述各功能，需要有各種參數(shù)傳感器，通過許多綜合運算，得出結論，輸出指令到執(zhí)行機構。FMS中有IRS作為整個系統(tǒng)的傳感器，IRS向FMS、FCC、AT計算機輸送飛機位置、飛機姿態(tài)、速度等數(shù)據，F(xiàn)MC 利用這些數(shù)據確定水平和垂直的飛機位置。對FMS的各分系統(tǒng)來說，F(xiàn)MC、IRS、FCC、AT計算機等本身又有許多傳感器。此處僅敘

13、述與FMCS有關的傳感設備。慣性基準系統(tǒng)（IRS）大氣數(shù)據計算機（DADC）全向信標接收機（VOR）測距機 （DME）儀表著陸系統(tǒng)（ILS）燃油總和器和 航空時鐘24四、飛行管理計算機系統(tǒng)的傳感器 燃油油量 總和器把各燃油油箱油量表的油量相加起來，得到飛機總燃油量，通過數(shù)模轉換器（DAA）轉變?yōu)閿?shù)字式信號輸向向FMC。FMS需要用飛機總的燃油量信號預報到達各航路點和目的地機場的剩余燃油量。FMC經過計算，減去燃油儲備值后，若現(xiàn)有燃油不夠飛到目的地機場時，F(xiàn)MS會向飛行員發(fā)出警告信號。時鐘機長時鐘為FMC提供格林威治時間（GMT）輸出。FMC用這個時間來預報到達各航路點和目的地機場的時間。其它傳

14、感器飛機發(fā)動機防冰、機翼防冰和發(fā)動機引氣系統(tǒng)內的一些傳感元件也向FMC輸送這些系統(tǒng)工作情況的離散信號。發(fā)動機被引氣以后，其推力要下降。FMC使用這些系統(tǒng)工作情況的離散信號對發(fā)動機目標推力、發(fā)動機推力限制或N1轉速的限制等數(shù)據進行修正計算。25五、飛行管理計算機系統(tǒng)的執(zhí)行部件 一執(zhí)行機構1數(shù)字式分析控制系統(tǒng)（DFCS）FMC向DFCS飛行控制計算機（FCC）輸出各種操縱指令，有目標空速/馬赫數(shù)、目標高度、目標垂直速度和橫滾指令等，若DFCS在VNAV方式，目標空速游標顯示的是從FMC來的目標空速。FCC根據這些輸入數(shù)據進行綜合運算，產生飛機爬高、下降、傾斜轉彎等操縱指令，駕駛飛機按要求的航向和高

15、度層飛行。2自動油門系統(tǒng)（AT）FMC向AT計算機輸送飛機爬高、巡航和復飛的發(fā)動機推力或N1轉速限制值、飛機全重、FMC要求高度和假設溫度等信號。AT計算機根據這些產生油門位置指令，把油門桿置于正確位置以產生要求的飛機推力。3慣性基準裝置（IRU）26五、飛行管理計算機系統(tǒng)的執(zhí)行部件 二顯示裝置1控制顯示組件（CDU）2電子飛行儀表系統(tǒng)（EFIS）提供導航，制導和導航背景數(shù)據給EF1S字符發(fā)生器，用于在EAD1和EHS1上顯示。對于EADI來說，它主要是IRS的顯示器，只顯示來自FMC的地速和飛機在各飛行階段的飛行方式；EHSI顯示許多來自FMC的信息。它顯示FMC信號的方式有兩種。一種是“計

16、劃（PLAN）”方式；另一種是“航圖（MAP）”方式。兩種方式都可以顯示飛行航線、航路點、導航臺等飛行信息，通過控制板上的“距離”選擇電門來決定顯示的范圍。在這兩種方式下，F(xiàn)MC能對無線電導航VORDME實現(xiàn)自動調諧。當“航圖”方式時，F(xiàn)MC還可向EHSI傳輸附加數(shù)據，根據飛行員的要求，在導航圖上顯示附加導航點、預計到達時間等額外信息。27五、飛行管理計算機系統(tǒng)的執(zhí)行部件 二顯示裝置3馬赫 空速表（MASI）馬赫空速表是DADC的顯示儀表，它在上面顯示飛機的空速，用指針指示飛機的每小時的海里數(shù)，同時也在表盤上用數(shù)字顯示。4發(fā)動機N1轉速表FMC通過數(shù)模轉換器（DAA）在N1轉速表上顯示計算的N

17、1目標轉速。5自動飛行狀態(tài)警告牌（ASA）ASA給每個飛行員提供自動油門、自動駕駛和飛行管理系統(tǒng)狀態(tài)變化指示，自動飛行狀態(tài)通告牌安裝在每個飛行員容易看到的地方，機長的ASA位于P1板的右上角，副駕駛的ASA位于P3板的左上角。6失速警告計算機（SWC）FMC給失速警告計算機（SWC）提供飛機的總重數(shù)據。28五、飛行管理計算機系統(tǒng)的執(zhí)行部件EICAS不但替代了許多指針式儀表，且還可以顯示大量的信息。FMCS在EICAS上顯示兩個數(shù)值和各種文字信息。當垂直導航（VNAV）已銜接，F(xiàn)MC計算的發(fā)動機目標N1值以紅色數(shù)字在EICAS的顯示屏幕上顯示。飛行員在FMCS的CDU起飛基準頁面上輸入了外界假設

18、溫度后，該溫度數(shù)值也在EICAS的顯示屏幕上顯示。FMC一旦出現(xiàn)故障也會在EICAS的屏幕上出現(xiàn)文字警告信息。二顯示裝置 7發(fā)動機顯示與機組警告系統(tǒng)（EICAS）29五、飛行管理計算機系統(tǒng)的執(zhí)行部件 二顯示裝置7發(fā)動機顯示與機組警告系統(tǒng)（EICAS）在有的飛機上沒有裝有EICAS，而裝有發(fā)動機主顯示器（PED），PED顯示與FMC有關的有兩個功能：（1）N1指示人工設定旋鈕用來選擇N1限制數(shù)據源，當旋鈕拉出來時，Nl限制游標（N1 LIMIT CURSOR）和人工限制N1數(shù)字顯示都可以通過轉動旋鈕來設定，若游標按進去，則由FMC來驅動游標，N1限制數(shù)字不顯示。人工N1限制顯示窗口顯示人工設置N1限制數(shù)字讀數(shù)，使用FMC N限制值時，顯示空白。N1限制指針指示由FMC或人工設定旋鈕所提供的限制N1值。 若PED內部故障，則N1顯示空白，若FMC輸入數(shù)據有誤，則N1限制游標凍結不動。（2）推力方式通告牌（TMA）PED上的推力方式警告牌（TMA）提供當時發(fā)動機所執(zhí)行推力限制或發(fā)動機Nl限制方式，如起飛、復飛、爬高、降低推力或降低N1限制等。TMA顯示實施的FMC推力限制，若FMC或PED故障，TMA空白。若FMC送出無計算數(shù)據則顯示短劃線。 30六、飛行管理計算機系統(tǒng)的控制組件 1.控制顯示組件（CDU）備用導