FMCS飞行管理计算机系统

1第一章飞行管理系统（FMS）概述2FMCSFMSASWHATTOLEARN?是现代飞机上的飞行管理设备;是最先进的机载电子设备的代表;在飞机上是一个完整、独立的系统;执行自动飞行管理的功能。3未安装FMCS飞行时飞行员必须参考地图,飞机性能手册,航图,各种图表和计算器,以此获得导航和性能的信息数据.领航员4装上FMCS后现在这些数据都存储在FMC内.FMC内存储的与杰普逊航图一样的数据,称为导航数据库.飞行员使用CDU与FMC通信,可以很容易地调用计算机内所储存的各种信息数据,用于飞行的各种性能数据在CDU上显示出来,还能在水平状态指示器(HSI)上显示.实现了全自动导航,不但大大减轻了飞行员的工作负担,提高了飞机操作的自动化程度,更主要的是FMC能提供从起飞到进近着陆的最优侧向飞行轨迹和垂直飞行剖面.5飞行管理系统（FMS）是大型飞机数字化电子系统的核心，它通过组织、协调和综合机上多个电子和机电子系统的功能与作用，生成飞行计划，并在整个飞行进程中全程保证该飞行计划的实施，实现飞行任务的自动控制。现代飞机上广泛采用的飞行管理系统是综合化的自动飞行控制系统（AFCS），它集导航、制导、控制、显示、性能优化与管理功能为一体，实现飞机在整个飞行过程中的自动管理与控制。装备了飞行管理系统的飞机，不仅可以大量节省燃油，提高机场的吞吐能力，保证飞机的飞行安全和飞行品质，而且可以大大提高驾驶舱的综合化、自动化程度，减轻驾驶员的工作负担，带来巨大的无可估量的经济效益。目前，一个典型的飞行管理系统不仅能够根据飞机、发动机性能、起飞着陆机场、航路设施能力、航路气象条件及其装载情况，生成具体的全剖面飞行计划，而且能够实现多种功能。6飞行航路起飞机场,目的地机场起飞全重以及性能要求最经济速度巡航高度计算推力限期值定位飞行时间精度最佳飞行Timemoney7FMS发展史-飞行管理的概念最早可以追溯到20世纪20年代。自从1929年杜立特上尉历史性的盲目飞行后，人们感到借助一个系统摆脱完全依靠飞行员的感官进行飞行的重要性。但飞行管理系统直到20世纪60年代才真正开始发展起来，并大致经历以下5个发展阶段：区域导航系统、性能管理系统PMS、飞行管理系统FMS、四维导航和新一代飞行管理系统。1.1FMS引言8一、发展历程早期（60年代），装有一台数字计算机和一个专用控制显示组件的高级区域导航系统：横向和垂直导航。（70年代中期）为了对付石油短缺和价格的飞涨，引进性能数据计算机：（增加）开环最优功率、巡航高度和当时飞行条件下的空速指引。该系统仅计算一些原来可在《飞行手册》上查得到的性能数据，尚未与自动驾驶仪耦合，也不提供导航功能。9飞机性能管理系统（PMS）：耦合自动驾驶仪（巡航）、自动油门（纵向剖面）（80年代）根据存储的数据计算爬高、巡航和下降剖面制导按此剖面飞行飞行员负责导航工作，以及起飞爬高和下降操纵高级区域导航系统+飞机性能管理系统（现在）：导航数据库（提供从起飞到降落的闭环横向制导功能），性能数据库（提供节约燃油、降低直接运行成本的垂直制导能力）该系统将自动飞行控制、发动机推力控制、先进电子仪表和显示系统结合在一起，减轻负担，最优性能的飞行。•首次安装：1981年12月试飞的Boeing767•1982年2月试飞的Boeing757及其后的各型现代飞机上10二、作用系统各组件、传感器和显示部分由ARINC-429数字数据联系起来。FMC&FMS的组件一起执行如下操作：飞行计划：制定、执行飞行计划（横向、纵向）性能管理：计算爬高、巡航和下降最低成本飞行剖面（依据待飞航线、巡航高度、飞机总重、成本指数、阻力因素等）自动飞行，或飞行指引显示信息增多：新型电子飞行仪表取代机械式仪表导航、制导：–导航：大圆航线–制导：FCC(FlightControlComputer)，TMC(ThrustManagementComputer)数据管理：DME,VOR,IRS输入数据决定飞机位置自检（BITE）：快速诊断故障并向维护人员显示11根据飞行员输入的待飞航线、巡航高度、飞机总重、成本指数、阻力因素等数据计算最低成本飞行剖面。AFCS和A/T控制飞机沿着最佳剖面飞行飞行员参考飞行指引仪进行人工驾驶显示功能制导自检功能性能管理导航功能新型电子飞行仪表与FMS结合起来：显示范围更广的信息，且有更大的灵活性以适应客户的需要及将来进一步的发展。飞行管理计算机（FMC）发送操纵指令到飞行控制计算机（FCC）和推理管理计算机（TMC）来完成制导功能。飞机的准确位置：由测距机（DME）、全向信标（VOR）和惯性基准系统（IRS）的输入数据综合决定的。FMS有内装自检设备-BITE，快速诊断故障并向维护人员显示，更换失效部件。保证FMS具有99.9%可靠度的签派能力。每一飞行小时需一个维护人工小时。12效果：实现了全自动导航降低耗油全自动着陆：不受气候限制减轻飞行员工作负担减轻维护员工作负担13国外民用飞机飞行管理系统发展现状目前，美国是世界上飞行管理系统的产品的主要供应方，核心技术主要掌握在美国霍尼韦尔公司等少数公司手中。•为保障欧洲电子核心产品逐渐进入民用飞机的装备领域，从上世纪80年代起，在航空电子系统承包时，欧洲空中客车公司就十分强调以欧洲公司为主，扶植研发欧洲自己的飞行管理系统，以凭借飞机平台的发展机会，为欧洲航空电子厂家创造掌握核心知识产权的机会和条件。14同时对于飞机的市场销售采取了灵活的应用方式，即由飞机买主决定装备欧洲还是美国的飞行管理系统产品。这样既削弱了美国供应商一家独大的局面，降低机载设备的装备成本，增强了市场竞争力，又在后继型号发展中不断深入消化、逐步吸纳霍尼韦尔的先进技术，提高欧洲的自研能力，保障其飞机及航空电子系统的核心技术和知识产权效益不断增长。（欧洲）15轨迹生成制导率计算A/PA/T飞机IRS和无线电导航设备导航数据1.2FMS简介（说明）16FMS工作过程原始参数根据飞机所在的位置、飞机性能参数、目的地机场的经纬度和可用跑道、各航路点、无线电导航台、等待航线、进近程序等信号或数据进行综合分析运算。导航数据库：在FMC内存储杰普逊航图的数据；性能数据库：在FMC内存储飞机性能手册的数据；计算信息确定飞机的航向、速度以及爬高、下降角度和升降速度、阶梯爬高和下降指令。从而确定飞机飞行的水平和垂直剖面。17输出飞行员使用CDU与FMC通信，可以调出信息（导航、引导、飞行计划和性能数据），并显示在CDU或水平状态指示器HSI。马赫空速表（MASI）显示速度发动机指示及机组警告系统（EICAS）显示推力限制值。18优点：自动化程度提高飞行员操纵飞机简单、方便减少飞行员负荷，便于安全管理飞行轨迹生成修正航路起飞机场、目的机场及规定的航路飞机位置点、飞机性能参数、目的机场的位置、航路点、无线电导航台、进近程序概念导航：着重于利用导航系统（IRS和无线电导航系统）信号准确地确定飞机当时的位置。制导：是计算航迹偏差，并产生操纵指令，使飞机沿着所选定的飞行剖面飞行。191.3FMS的组成（图1-1）主要四大部分：FMCS、IRS、AFCS、A/TFMCS-包括FMC和CDU，各机型FMC和CDU台数不同。IRS-是FMC基本传感器，向FMC提供2/3台IRU输出的导航数据，FMC进行加权平均，主要参数有PPOS、GS、TRK、WIND等。AFCS是操作系统：自动驾驶、飞行指引、高度警戒、速度配平、安定面配平、马赫配平综合控制A/T：伺服电动机、油门杆独立工作，独立功能，故障互不干扰！！！20FMS结构框图FMS是几个独立系统组成的联合体21还包括其他系统：通过主飞行显示系统显示和指示有关飞行信息；通过无线电通信与导航系统获得通信、空中交通和无线电导航数据；通过飞行操纵系统控制飞机的姿态；通过自动油门系统调节发动机功率；通过中央数据采集系统收集、记录和综合处理数据；通过空地数据链系统收发航行数据；通过机上告警系统提供系统监控和告警等功能。2223飞行管理系统FMSFMCSFMCEFISCDUAFCSFCCMCPA/TIRSIRUISDUMSU24敏感部分——惯性基准系统（IRS）组成部分：IRU装有激光陀螺的部件，安装在电气电子设备舱里；MSU和ISDU连在一起装在驾驶舱头顶设备板上；功能：导航参数计算：位置（Φ、λ）、地速、姿态、航向、航迹、风向、风速等工作方式选择：飞行员通过MSU选择IRS的导航、姿态、校准和关闭四种工作方式。起始校准：输入起始点位置飞行员可在ISDU上选择显示飞机的位置经纬度、航向、风向、风速等数据，对IRS进行起始校准。25核心部分——飞行管理计算机系统（FMCS）26执行部分——自动飞行控制系统AFCS组成部分：FCC-MCP-做动筒-舵面（翼面）等FCC安装在飞机电气电子设备舱的设备架上，MCP安装在正、副驾驶员正前方的驾驶舱遮光板上。功能：对自动驾驶仪、飞行指引系统、高度警戒、速度配平、马赫配平等进行综合控制。FCC接收来自飞机各传感器的信号、飞行方式，处理信息、数据，输出指令给操纵副翼、安定面、升降舵等控制翼面，从而操纵飞机进行横向和垂直制导。27执行部分——自动油门A/T组成部分：ATC油门机构：装在电气电子设备舱里；功能：接收各传感器的数据和MCP送来的工作方式和性能选择数据进行计算，从而操纵油门杆置于恰当位置。合并到FMCS中，由FCC取代ATCBoeing747-400的A/T由FMC完成，添加了推力管理功能。281.4FMS主要性能、功能具有强大的导航、性能计算、制导和显示功能；实现飞机的全自动导航，大大减轻飞行员的工作负担；提高飞机操作的自动化程度，实现整个航路400ft以上的全自动飞行控制实现对第四维——时间的管理，达到节油和节省时间的目的。提供从起飞到进近着陆的最优横向飞行轨迹和垂直飞行剖面。总之：飞行管理系统能对飞机进行综合管理，可实现飞机的自动飞行与最佳性能管理。即：以最佳的飞行路径从起飞机场飞到目的地机场以最佳的飞行剖面、最省燃油的方式飞行，这不但大大减轻了驾驶员的操作负担，并且获得很好的经济效益。29FMS在起飞、爬高、巡航、下降、进近阶段的性能功能说明（阶段说明）30飞行阶段的性能功能-起飞飞行员通过FMCS的CDU输入飞机全重和外界温度，FMC进行计算，为飞机提供最佳起飞目标推力。这个起飞目标推力使飞机在规定时间内达到起飞速度，不会损伤飞机发动机。31飞行阶段的性能功能-爬高根据飞行员的选择和FMC确定的目标推力和目标速度，FMS提供最佳爬高剖面，（在规定的爬高速度和规定的发动机推力下，以最佳爬高角度到达规定的高度）。FMC还根据情况向飞行员提供分段（阶梯）爬高和爬高顶点高度的建议，供飞行员选用。这些建议一旦实施可使飞行进一步节省燃油。32飞行阶段的性能功能-巡航FMS根据航线长短、航路情况等选定最佳巡航高度和最佳巡航速度。在飞行的两机场之间采用大圆弧路径，结合无线电甚高频导航获得最优巡航飞行。采用大圆弧路径使两点之间的飞行距离最短33飞行阶段的性能功能–下降/进近下降FMS根据飞行员输入或储存的导航数据确定飞机开始下降的顶点。飞机在下降阶段时，由FMS确定下降速度，最大限度地利用飞机的位能，节省燃油消耗。进近FMS在下降结束点，在既定高度、确定航距上，以优化速度引导飞机到跑道上的着陆点。341.5FMCS及其外围1.5.1FMCS的传感器1.5.2FMCS的执行部件1.5.3FMCS的控制部件35航空电子系统导航通信仪表大气数据与惯性导航系统卫星导航系统(全球导航定位系统)无线电导航系统无线电通信系统卫星通信系统DMEVORILSLRRAATCTCASGPWSWXR飞行管理与自动飞行控制系统EFIS备用仪表ECAM/EICASHFVHF