民用飛機自動飛行控制系統(tǒng)：第6章飛行管理系統(tǒng)

1、第6章 飛行管理系統(tǒng) 6.1 概述飛行管理系統(tǒng)（FMS）是一個協(xié)助駕駛員完成從起飛到著陸各項任務(wù)的系統(tǒng)。 可管理、監(jiān)控和自動操縱飛機，實現(xiàn)全航程的自動飛行，是當(dāng)代民航先進(jìn)飛機上所采用的一種集導(dǎo)航、制導(dǎo)、控制及座艙顯示于一體的新型機載設(shè)備。6.1.1發(fā)展 早期高級區(qū)域?qū)Ш?，裝有一臺計算機實現(xiàn)橫向及垂直導(dǎo)航。 70年代中石油危機，性能管理計算機開始應(yīng)用。但并未與自動駕駛儀交聯(lián)。 進(jìn)一步發(fā)展飛機性能管理系統(tǒng)，并與自動控制系統(tǒng)交聯(lián)，計算飛行垂直剖面，并引導(dǎo)飛機按此剖面飛行。 現(xiàn)代飛行管理系統(tǒng)則是高級區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)和性能管理系統(tǒng)的組合。在正常飛行范圍內(nèi)可提供閉環(huán)橫向制導(dǎo)能力；提供經(jīng)濟(jì)的垂直導(dǎo)航能力。 6.

2、1.2 功能 性能管理、制導(dǎo)和導(dǎo)航計算，包括能量管理, 水平和垂直導(dǎo)航以及圖形和數(shù)據(jù)顯示； 自動飛行控制，包括自動駕駛儀/飛行指引的運行，推力管理等；6.1.3 定義 飛行管理系統(tǒng)是將飛機上的慣導(dǎo)系統(tǒng)、大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)、自動飛行控制系統(tǒng)以及推進(jìn)控制系統(tǒng)、電子儀表顯示系統(tǒng)綜合管理起來，實現(xiàn)以最優(yōu)方式管理飛機飛行，并極大地減輕駕駛員工作負(fù)擔(dān)的新型機載設(shè)備 ?，F(xiàn)代飛行管理系統(tǒng)（FMS）是由許多計算機、傳感器、無線電導(dǎo)航系統(tǒng)、控制組件、電子顯示儀表，以及警告系統(tǒng)構(gòu)成的大系統(tǒng)。飛行管理系統(tǒng)是由下述四大分系統(tǒng)構(gòu)成的。其中飛行管理計算機系統(tǒng)是系統(tǒng)的中樞。 6.2飛行管理系統(tǒng)的基本組成 -飛行管理計算機系統(tǒng)及控制

3、顯示裝置；-信息測量系統(tǒng)（測量部件），主要有慣導(dǎo)部件（IRS）、大氣數(shù)據(jù)計算系統(tǒng)（ADS），以及儀表著陸系統(tǒng)（ILS）、無線電導(dǎo)航系統(tǒng)；-自動駕駛儀/飛行指引系統(tǒng)；-自動油門控制系統(tǒng)等（推進(jìn)系統(tǒng)）。 四大分系統(tǒng)形成了一個大的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 分系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)利用公共數(shù)據(jù)總線進(jìn)行傳輸。各分系統(tǒng)又是可以獨立工作的，分別執(zhí)行各自獨立的功能。這樣就保證系統(tǒng)中任一分系統(tǒng)的故障不會引起FMS全部失效。飛行管理系統(tǒng)的基本組成1飛行管理計算機系統(tǒng)(FMCS) 各子系統(tǒng)介紹 FMCS是由飛行管理計算機(FMC)和控制顯示單元(CDU)組成。有的飛機上安裝一臺，有的飛機裝兩臺，一臺主用，一臺備用。CDU為便于操作使

4、用，都安裝在中央操縱臺的前方。一般，CDU在飛機上安裝兩臺，供正、副駕駛員操縱使用。飛行管理計算機硬件是多微機系統(tǒng)，主要由三臺微處理機、電源組件和電池組件組成。三臺微處理機分別是導(dǎo)航、性能、輸入/輸出處理機。這三臺微處理機在工作中是相互獨立的，各自執(zhí)行自己的功能。2. 飛行管理計算機系統(tǒng)的傳感器慣性參考系統(tǒng)（IRS） 一般有3套，輸出經(jīng)緯度、真、磁航向，各種 速度，姿態(tài)角等；大氣數(shù)據(jù)計算機（ADC） 向FMS提供飛機高度、空速、馬赫數(shù)和溫度信 息。 一般裝兩臺ADC；甚高頻全向信標(biāo)（VOR）/測距設(shè)備（DME）： 向FMC提供方位和航道偏離信號；儀表著陸系統(tǒng)（ILS） 向FMS提供航道及下滑道

5、的偏離信號。一般 裝兩臺ILS，其中左ILS接收機是主用，右ILS 是備用。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?cè)加土?，并把該信號輸給FMC。3. 飛行管理系統(tǒng)的執(zhí)行部件 自動飛行控制系統(tǒng)（AFCS）：FMC向AFCS輸入各種航跡操縱指令。自動油門系統(tǒng)（A/T）：FMC向A/T計算機輸入推力、轉(zhuǎn)速限制值及飛機全重，要求的高度、大氣溫度等信號，A/T依此產(chǎn)生油門控制指示。慣性基準(zhǔn)裝置（IRU）：FMC輸入對準(zhǔn)信息。 4 . 顯示裝置顯示裝置接收FMC信號，通過綜合運算后所得到的結(jié)果，并將其按不同的方式顯示出來。主要的顯示裝置有如下幾種： 飛行管理計算機系統(tǒng)的顯示設(shè)備 -

6、CDU：各種性能數(shù)據(jù)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、飛行計劃參數(shù)、故障狀態(tài)等； -電子飛行儀表(EFIS) ：電子姿態(tài)指引儀(EADI)及電子水平狀態(tài)指示器(EHSI) 。 輸出航線、航路點、導(dǎo)航臺、風(fēng)速風(fēng)向等信息。-馬赫/空速表-發(fā)動機轉(zhuǎn)速表-發(fā)動機顯示和機組告警系統(tǒng)：發(fā)動機壓縮比；外界溫度；故障信息等。-飛行方式告示牌，維護(hù)顯示。5. 控制組件 -CDU：通過CDU對FMS進(jìn)行控制，輸入有關(guān) 信息。 -MPC：AP/FD的方式控制； -VOR控制板：設(shè)置自動或人工調(diào)諧選擇電門； -EFIS控制板。FMS自動化程度高、功能全，可以完成駕駛員的大部分工作。其功能可分為如下四類： 性能管理、制導(dǎo)和導(dǎo)航計算 包括能量

7、管理, 水平和垂直導(dǎo)航以及圖形和數(shù)據(jù)顯示； 自動飛行控制 包括自動駕駛儀/飛行指引的運 行，推力管理等； 機組操作 包括飛行計劃數(shù)據(jù)輸入，F(xiàn)MS工作 方式選擇，顯示選擇等； 報警 包括氣象雷達(dá)報警，發(fā)動機狀態(tài)指示以 及空中交通管制的支持。 6.3飛行管理系統(tǒng)的功能 6.3.1 導(dǎo)航功能導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫管理；位置計算：確定當(dāng)前飛機精確位置。利用無線電信號與IRS信號綜合使用。優(yōu)選DME/DME信號，當(dāng)僅有一個DME時，再使用同一臺的VOR信號。當(dāng)在空中收不到無線電信號時，才單獨使IRS信號。速度計算：使用IRS速度分量計算地速及風(fēng)速計算(與ADC空速)。高度計算：IRS的高度信號，并用ADC的氣壓高度

8、進(jìn)行修正。6.3.2 性能管理功能 選擇飛機縱向剖面 （高度、速度、爬升下降速度等。） 要完成如下計算： 最大高度 最佳高度 得到最低巡航成本，以最少油量爬升巡航高度，避開逆風(fēng)，最大利用順風(fēng)高度飛行，在下降階段最大利用位能等。最大速度或最小速度不同方式下最佳速度經(jīng)濟(jì)爬升剖面：依成本系數(shù)計算。 成本系數(shù)=(總運營成本-燃油成本)/ 燃油成本依當(dāng)前飛行條件確定最好飛行路線：爬升下降頂點，階梯爬升起點等。6.3.3 制導(dǎo)指令計算功能 飛行計劃管理：路徑計算及剖面預(yù)告 橫向制導(dǎo)指令生成 (水平導(dǎo)航) 縱向制導(dǎo)指令生成 (垂直導(dǎo)航) 1 輸入飛行計劃和性能數(shù)據(jù)；2 實行水平及垂直導(dǎo)航；3 計算省油的速度推力指今；4 計算爬升頂點；5 以最經(jīng)濟(jì)