CAUC-AMAECFlightManagementandAuto-Flight1

飛行管理與自動飛行控制系統FMCS概述23飛行管理計算機系統概述FMS的組成及各部分功用各分系統之間的信號交聯關系飛行管理計算機（FMC）系統FMC導航計算的基本原理FMC的數據庫控制顯示組件(CDU)4第一節概述

對飛機飛行過程的綜合管理與控制一直是航空界的一個重要研究課題。六十年代以來，相繼出現了電傳操縱系統，主動控制、多模態飛行控制及余度管理等技術。進入八十年代，現代科學技術的發展使飛行控制和航空電子技術在以下幾方面進展迅速：綜合化數字化智能化5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：增加了許多各種各樣的儀表顯示，以擴大駕駛員的視野；附加了操縱助力器以擴大駕駛員的有限體力；安裝了自動駕駛儀以減輕駕駛員在途中的操作負擔。隨著飛機的發展，飛機上不斷增設新的系統或設備，以擴大駕駛員的管理能力，確保駕駛員能對飛機實現期望的飛行管理—人工的飛行管理。6飛行管理系統的演變過程六十年代末和七十年代初-日趨成熟的高級區域導航系統七十年代中期—性能設計計算機系統（PDCS）性能管理系統（PMS）七十年代中期—飛行管理系統（FMS）飛行管理系統是高級區域導航系統和性能管理系統的組合。它具有大容量的導航數據庫，在飛機正常飛行區域內，計算機能提供從起飛到降落的閉環水平制導的功能；同樣它具有大容量的性能數據庫，能根據待飛航線、巡航高度、飛機總重、成本指數和阻力系數等提供節約燃油、降低直接運行成本的垂直制導能力。飛行管理系統能對飛機進行綜合管理，可實現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。7飛行管理系統的使用情況

飛行管理系統首次安裝在1981年12月試飛的波音767型飛機上。后來，在1982年2月試飛的波音757型飛機以及其后的其它各型現代飛機上，也都安裝了飛行管理系統。如：美國的SPERRY公司的波音747—400、DC—10、A310、A320、A340、L—1011、B747、波音777和波音737—300、500、700等；英國的SMITHS公司(2007年被GE收購)的A300—600、A310等；前蘇聯的TU—204。8第二節FMCS在個飛行階段的性能功能

9飛行階段的性能功能

-起飛

飛行員通過FMCS的CDU輸入飛機全重和外界溫度，FMC進行計算，為飛機提供最佳起飛目標推力。這個起飛目標推力使飛機在規定時間內達到起飛速度，不會損傷飛機發動機。爬高根據飛行員的選擇和FMC確定的目標推力和目標速度，FMS提供最佳爬高剖面，（在規定的爬高速度和規定的發動機推力下，以最佳爬高角度到達規定的高度）。FMC還根據情況向飛行員提供分段（階梯）爬高和爬高頂點高度的建議，供飛行員選用。這些建議一旦實施可使飛行進一步節省燃油。10巡航

FMS根據航線長短、航路情況等選定最佳巡航高度和最佳巡航速度。在飛行的兩機場之間采用大圓弧路徑，結合無線電甚高頻導航獲得最優巡航飛行。采用大圓弧路徑使兩點之間的飛行距離最短。下降進近FMS在下降結束點，在既定高度、確定航距上，以優化速度引導飛機到跑道上的著陸點。

FMS根據飛行員輸入或儲存的導航數據確定飛機開始下降的頂點。飛機在下降階段時，由FMS確定下降速度，最大限度地利用飛機的位能，節省燃油消耗。11FMS組成及各部分的功用

飛行管理系統（FMS）由五個子系統組成，他們是：飛行管理計算機系統（FMCS）慣性基準系統（IRS）；電子飛行儀表系統（EFIS）；數字式飛行控制系統（DFCS）；自動油門（A/T）。12FMS組成及各部分的功用

FMCS-包括FMC和CDU，各機型FMC和CDU數不一樣。IRS-是FMC基本傳感器，向FMC提供2/3臺IRU輸出的導航數據，FMC進行加權平均，主要參數有PPOS、GS、TRK、WIND等。EFIS-是FMC的顯示器：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的執行機構。FMC的導航和性能功能與數字式飛行控制系統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。13第三節飛行管理計算機系統的傳感器

FMS為完成上述各功能，需要有各種參數傳感器，通過許多綜合運算，得出結論，輸出指令到執行機構。任何一個自動控制系統要有許多傳感器來傳遞外部各種信號，就像人要有眼、耳、鼻、舌、身來感受外部世界，需要看、聽、嗅、嘗、觸到各種事物才能正常生活。FMS中有IRS作為整個系統的傳感器，IRS向FMS、FCC、A／T計算機輸送飛機位置、飛機姿態、速度等數據，FMC利用這些數據確定水平和垂直的飛機位置。對FMS的各分系統來說，FMC、IRS、FCC、A／T計算機等本身又有許多傳感器。在此我們專門敘述與FMCS有關的傳感設備。它們是IRS、大氣數據計算機（ADC）、全向信標接收機（VOR）、測距機（DME）、儀表著陸接收機（ILS）、燃油總和器和航空時鐘等，

14第三節飛行管理計算機系統的傳感器

燃油油量總和器燃油油量總和器組件把各燃油油箱油量表的油量相加起來，得到飛機總燃油量，通過數模轉換器（DAA）轉變為數字式信號輸向向FMC。FMS需要用這個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，若現有燃油不夠飛到目的地機場時，FMS會向飛行員發出警告信號。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。其它傳感器飛機發動機防冰、機翼防冰和發動機引氣系統內的一些傳感元件也向FMC輸送這些系統工作情況的離散信號。飛機空氣系統從發動機壓縮器后引出增壓的熱空氣供給客艙空調、機翼防冰、發動機防冰等系統的用氣。發動機被引氣以后，其推力要下降。FMC使用這些系統工作情況的離散信號對發動機目標推力、發動機推力限制或N1轉速的限制等數據進行修正計算。15第四節飛行管理計算機系統的執行部件

FMC接收到來自各傳感器部件的信號后，經過各控制部件的控制進行各種形式的分析運算得出精確的結果，在由控制信號去操縱機構執行FMC的各種指令，或輸到各種指示儀表、顯示屏幕、通告牌等指示各種數據，顯示各種數值、信息，見圖1-5所示。我們把這些系統或機構統稱為執行部件。我們先敘述由FMC輸出指令去操縱執行機構工作的情況，然后再介紹顯示設備。一．執行機構1．數字式飛行控制系統（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、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度層飛行。2．自動油門系統（A／T）FMC向A／T計算機輸送飛機爬高、巡航和復飛的發動機推力或N1轉速限制值、飛機全重、FMC要求高度和假設溫度等信號。A／T計算機根據這些數據產生油門位置指令，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）16第四節飛行管理計算機系統的執行部件

二．顯示裝置1·控制顯示組件（CDU）2．電子飛行儀表系統（EFIS）提供導航，制導和導航背景數據給EF1S字符發生器，用于在EADI和EHSI上顯示。FMC輸出有關飛行計劃的飛行航路、飛機航向、航路點、導航臺、機場、跑道、風值等信息以地圖顯示的形式出現在EFIS的電子姿態指引儀（EADI）和電子水平狀態指示器（EHSI）的顯示屏幕上。飛行員可非常直觀地通過該顯示器了解整個飛機的詳細動態情況。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“計劃（PLAN）”方式；另一種是“地圖（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，FMC能對無線電導航VOR／DME實現自動調諧。在“地圖”方式時，FMC還可向EHSI傳輸附加數據，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。3·馬赫／空速表（MASI）馬赫／空速表是ADC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，同時也在表盤上用數字顯示。有的馬赫／空速表上的目標空速游標旋鈕只有在壓進位置，且FMS正工作在VNAV方式時，馬赫／空速表上的目標空速游標才顯示FMC的計算目標空速。17第四節飛行管理計算機系統的執行部件

二．顯示裝置4．發動機N1轉速表FMC通過數模轉換器（DAC）在N1轉速表上顯示計算的N1目標轉速。需要顯示該數值時，N1轉速表上的目標N1選擇鈕必須按下。5．自動飛行狀態警告牌（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狀態變化指示，自動飛行狀態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。ASA由三個具有按壓重置功能的警告燈和一個測試開關組成。FMC向ASA提供離散信號，當在FMCCDU上有警戒信息存在或FMC故障時，琥珀色警告燈亮；當測試開關置1、2位時，它也亮。6．失速警告計算機（SWC）FMC給失速警告計算機（SWC）提供飛機的總重數據。18第四節飛行管理計算機系統的執行部件

二．顯示裝置7．發動機顯示與機組警告系統（EICAS）有些飛機上裝有發動機指示與機組警告系統（EICAS），它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上顯示兩個數值和各種文字信息。當垂直導航（VNAV）已銜接，FMC計算的發動機目標推力以紅色數字在EICAS的顯示屏幕發動機壓力比（EPR）上顯示。飛行員在FMCS的CDU起飛基準頁面上輸入了外界假設溫度后，該溫度數值也在EICAS的顯示屏幕上顯示。FMS根據飛機各系統的狀態所產生的各種信息，有些會在EICAS的顯示屏幕上顯示。FMC一旦出現故障也會在EICAS的屏幕上出現文字警告信息。在有的飛機上沒有裝有EICAS，而裝有發動機主顯示器（EPD），發動機主參數顯示儀位于中央儀表板上。主發動機參數顯示器（EPD）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限制數據源，當旋鈕拉出來時，Nl限制游標（N1LIMITCURSOR）和人工限制N1數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限制數字不顯示。人工N1限制顯示窗口顯示人工設置N1限制數字讀數，使用FMCN１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輸入數據有誤，則N1限制游標凍結不動。（2）推力方式通告牌（TMA）FMC給發動機主參數顯示器（EPD）上的推力方式警告牌（TMA）提供當時發動機所執行推力限制或發動機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EPD故障，TMA空白。若FMC送出無計算數據則顯示短劃線。19第五節飛行管理計算機系統的控制組件

FMS的各傳感器好像是感覺器官，FMS通過它們了解外部世界的情況。FMS眾多的執行顯示組件用來執行FMC的指令，它們就像人的運動器官，執行大腦的指令。FMS同樣需要控制裝置指揮系統進行什么工作方式，接收什么信號，進行什么運算，檢索什么數據，顯示什么信號、信息等，這些要求操作者通過FMS的控制裝置進行操縱。FMS的操縱控制主要在系統主要部件—CDU上進行，此外，駕駛艙內許多其它控制板上也有FMS的控制元件。一.控制顯示組件（CDU）／備用導航控制顯示組件（ANCDU）二．數字式飛行控制系統（DFCS）方式控制板（MCP）三．無線電導航VOR控制板VOR控制板上有一個自動人工調諧選擇電門，可控制無線電導航接收機由FMC自動調諧，還是由飛行員人工調諧。控制板上的頻率顯示窗口顯示所調定的頻率。20第五節飛行管理計算機系統的控制組件

四．電子飛行儀表系統（EFIS）控制板裝有EFIS的飛機上，FMCS通過EFIS控制板屏幕顯示導航圖。EFIS控制板上有三個電門可由飛行員操縱。距離選擇電門選擇發送多大范圍的數據，以用于在EFIS的水平狀態指示器（EHS