完成飛機(jī)橫向剖面的飛行管理

1、中國民航大學(xué)空管學(xué)院,第十五章 飛行管理系統(tǒng),一、概述,飛行管理系統(tǒng)（FMS）提供飛行的時(shí)間、距離、速度、經(jīng)濟(jì)剖面和高度的預(yù)測(cè),可減小駕駛艙工作量，提高效率，省掉許多以前通常由飛行員執(zhí)行的日常操作。,1.基本原理,飛機(jī)在FMS的控制下，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)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(gè)飛行過程。,2.組成,（1）處理分系統(tǒng)——飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（FMCS） FMCS包括FM

2、C和CDU（2）執(zhí)行分系統(tǒng)——自動(dòng)飛行系統(tǒng)（AFS） AFS包括AP、FD、A/T（3）顯示分析統(tǒng)——電子飛行儀表系統(tǒng)（EFIS） EFIS包括PFD、ND（4）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)航系統(tǒng),3.功能,FMS的主要功能包括：（1）導(dǎo)航與制導(dǎo)功能（2）自動(dòng)飛行功能（3）性能管理功能（4）咨詢和報(bào)警功能,二、飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（FMCS）,FMCS由FMC

3、和CDU組成。,1.飛行管理計(jì)算機(jī)（FMC）,FMC接收來自大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)、慣導(dǎo)系統(tǒng)以及無線電導(dǎo)航系統(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(jì)劃信息、飛機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及FMC導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫和性能數(shù)據(jù)庫來計(jì)算飛機(jī)的導(dǎo)航和性能目標(biāo)值，對(duì)飛行計(jì)劃進(jìn)行管理，以及提供在EFIS上顯示的供飛行員使用的信息數(shù)據(jù)。,FMC包含性能數(shù)據(jù)庫和導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫,CDU是機(jī)組與FMC之間交互的接口，飛行員可以通過任意一部CDU向FMC輸入數(shù)據(jù)。,CDU包括：顯示屏功

4、能方式鍵字母數(shù)字鍵發(fā)光通告器等。,三、FMS的功能實(shí)現(xiàn),1. FMS導(dǎo)航功能,用來確定飛機(jī)當(dāng)時(shí)位置，進(jìn)行導(dǎo)航計(jì)算，以及導(dǎo)航臺(tái)自動(dòng)調(diào)諧管理等，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(dòng)選擇導(dǎo)航臺(tái)和自動(dòng)調(diào)諧；從起飛機(jī)場(chǎng)開始，根據(jù)要飛抵的目的地機(jī)場(chǎng)選擇航線；確定距離目的地或飛越航路點(diǎn)的距離；預(yù)定到達(dá)的時(shí)間和速度等。,導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫分成兩大類：標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)-對(duì)各航空公司都適用。特定數(shù)據(jù)-僅與航空公司飛行航線

5、的航路結(jié)構(gòu)有關(guān)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)每隔28天進(jìn)行更新。,（1）導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫,導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫是為了飛機(jī)從起飛到著陸整個(gè)過程都具備自動(dòng)導(dǎo)航能力而設(shè)計(jì)的，它存放了整個(gè)區(qū)域的導(dǎo)航信息。,導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容,導(dǎo)航設(shè)備 導(dǎo)航臺(tái)的標(biāo)識(shí)、位置、頻率、標(biāo)高等。機(jī)場(chǎng) 機(jī)場(chǎng)的位置、機(jī)場(chǎng)標(biāo)高、跑道長(zhǎng)度、跑道方位等。航路 航路類型、高度、航向、航段距離和航路點(diǎn)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

6、SID、STAR、程序轉(zhuǎn)彎、等待、復(fù)飛、進(jìn)近程序等。,（1）實(shí)際導(dǎo)航性能（ANP）FMC對(duì)自身定位水平的預(yù)計(jì)，以95％的準(zhǔn)確性預(yù)計(jì)最大位置誤差。（2）所需導(dǎo)航性能（RNP）FMC給起飛、航路飛行、越洋飛行、航站飛行和進(jìn)近階段提供默認(rèn)的所需導(dǎo)航性能。實(shí)際導(dǎo)航性能（ANP）不得低于所需導(dǎo)航性能（RNP）,（2）導(dǎo)航性能,2.FMS制導(dǎo)功能,制導(dǎo)是飛機(jī)沿預(yù)選航跡飛行時(shí)，受到擾動(dòng)或?qū)Ш讲淮_定性引起偏離預(yù)選航跡后作出的一種決策。,制導(dǎo)分為

7、：水平制導(dǎo)和垂直制導(dǎo)兩種。,（1）水平制導(dǎo),水平制導(dǎo)是按照一定的控制律對(duì)水平面內(nèi)實(shí)際航跡相對(duì)預(yù)選航跡偏差進(jìn)行控制。 當(dāng)水平制導(dǎo)功能接通時(shí)，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(jì)算機(jī)的導(dǎo)航功能與飛行指引儀（FD）和自動(dòng)駕駛儀（AP）相耦合,（2）垂直制導(dǎo),垂直制導(dǎo)是按照一定的控制律對(duì)垂直面內(nèi)實(shí)際航跡相對(duì)預(yù)選航跡偏差進(jìn)行控制。 當(dāng)垂直制導(dǎo)功能接通時(shí)，F(xiàn)MC提供速度和

8、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的性能與飛行控制系統(tǒng)（FCS）及自動(dòng)油門（A/T）相耦合。,3.FMS性能管理功能,在飛行過程中，計(jì)算飛機(jī)的相關(guān)性能指標(biāo)以達(dá)到最佳的垂直預(yù)選航跡。（燃油最省、成本最小、時(shí)間最短）,性能數(shù)據(jù)庫是性能管理的基礎(chǔ)，用于完成性能優(yōu)化計(jì)算，包含對(duì)飛機(jī)垂直導(dǎo)航進(jìn)行性能計(jì)算所需的有關(guān)數(shù)據(jù)。它們是與飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)的參數(shù)。,（1）性能數(shù)據(jù)庫,性能數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容,

9、飛機(jī)部分：（1）機(jī)翼面積（2）發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)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(dòng)機(jī)部分：（1）燃油消耗特性曲線（2）特性曲線（3）飛行各階段性能數(shù)據(jù)（4）飛行控制模態(tài)數(shù)據(jù),（2）推力管理,自動(dòng)油門根據(jù)FMC的指令進(jìn)行工作。FMC為下列各方式計(jì)算預(yù)選基準(zhǔn)推力：起飛減推力起飛爬升減推力爬升巡航復(fù)飛,4.FMS飛行計(jì)劃管理,航路是由一系列的航段組成。每個(gè)航段是兩個(gè)航路點(diǎn)之間的過

10、渡路徑。每個(gè)航路點(diǎn)位置用緯度、經(jīng)度和高度給出。航路點(diǎn)來自于導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫或由飛行機(jī)組輸入。每一航路點(diǎn)需要計(jì)算的數(shù)據(jù)有：預(yù)計(jì)高度 到達(dá)時(shí)間速度 剩余燃油航路點(diǎn)間的距離 航路點(diǎn)之間的飛行路徑航道,5.咨詢和報(bào)警,飛行員可以通過CDU獲取很多咨詢信息，如與飛行剖面有關(guān)的信息，與性能有關(guān)的信息，系統(tǒng)故障信息等。 同時(shí)，F(xiàn)MS還可以提供自動(dòng)報(bào)警功能，如風(fēng)切變警告、近地警

11、告、TCAS警告等。,FMS在各個(gè)飛行階段的功用,（1）起飛階段,駕駛員在起飛準(zhǔn)備時(shí)，通過FMCS的CDU所輸入的飛行計(jì)劃（起飛/目的地機(jī)場(chǎng)、航路點(diǎn)、進(jìn)離場(chǎng)程序等），F(xiàn)MC計(jì)算飛行路徑。 同樣，根據(jù)CDU上輸入的飛機(jī)的全重、巡航高度、儲(chǔ)備有兩、外界溫度等性能數(shù)據(jù)，F(xiàn)MC計(jì)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?qū)Ш剑↙ NAV）和垂直導(dǎo)航（V NAV）后，根據(jù)飛行路

12、線對(duì)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（即最佳爬升角度和速度），分段爬升和爬升頂點(diǎn)高度的建議。,（3）巡航階段,FMS根據(jù)航線的長(zhǎng)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(chǎng)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(chǔ)的數(shù)據(jù)確定飛機(jī)開始下降的頂點(diǎn)，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