飞行控制课件：第6章飞行管理系统.ppt

1、第六章第六章 飞行管理系统飞行管理系统 6.1 概述飞行飞行管理系统管理系统（FMS）是一个协助驾驶员完成从是一个协助驾驶员完成从起飞到着陆各项任务的系统。起飞到着陆各项任务的系统。 可管理、监控和自动操纵飞机，实现全航程的可管理、监控和自动操纵飞机，实现全航程的自动飞行，是当代民航先进飞机上所采用的一种自动飞行，是当代民航先进飞机上所采用的一种集导航、制导、控制及座舱显示于一体的新型机集导航、制导、控制及座舱显示于一体的新型机载设备。载设备。6.1.1发展发展 早期高级区域导航，装有一台计算机实现横早期高级区域导航，装有一台计算机实现横向及垂直导航。向及垂直导航。 70年代中石油危机，性能管

2、理计算机开始应年代中石油危机，性能管理计算机开始应用。但并未与自动驾驶仪交联。用。但并未与自动驾驶仪交联。 进一步发展飞机性能管理系统，并与自动控进一步发展飞机性能管理系统，并与自动控制系统交联，计算飞行垂直剖面，并制导飞机按制系统交联，计算飞行垂直剖面，并制导飞机按此剖面飞行。此剖面飞行。 现代飞行管理系统则是高级区域导航系统和现代飞行管理系统则是高级区域导航系统和性能管理系统的组合。在正常飞行范围内可提供性能管理系统的组合。在正常飞行范围内可提供闭环横向制导能力；提供经济的垂直导航能力。闭环横向制导能力；提供经济的垂直导航能力。 6.1.2 功能功能 性能管理、制导和导航计算性能管理、制导

3、和导航计算，包括能量管理，包括能量管理, 水平和垂直导航以及图形和数据显示；水平和垂直导航以及图形和数据显示； 自动飞行控制自动飞行控制，包括自动驾驶仪，包括自动驾驶仪/飞行指引的运飞行指引的运行，行，推力管理推力管理等；等；6.1.3 定义定义 飞行管理系统是将飞机上的惯导系统、大气数飞行管理系统是将飞机上的惯导系统、大气数据系统、自动飞行控制系统以及推进控制系统、据系统、自动飞行控制系统以及推进控制系统、电子仪表显示系统综合管理起来，实现以最优电子仪表显示系统综合管理起来，实现以最优方式管理飞机飞行，并极大地减轻驾驶员工作方式管理飞机飞行，并极大地减轻驾驶员工作负担的新型机载设备负担的新型

4、机载设备 。 现代飞行管理系统（现代飞行管理系统（FMS）是由许多计算机、传）是由许多计算机、传感器、无线电导航系统、控制组件、电子显示仪感器、无线电导航系统、控制组件、电子显示仪表，以及警告系统构成的大系统。飞行管理系统表，以及警告系统构成的大系统。飞行管理系统是由下述四大分系统构成的。是由下述四大分系统构成的。 其中飞行管理计算机系统是系统的中枢。其中飞行管理计算机系统是系统的中枢。 6.2飞行管理系统的基本组成飞行管理系统的基本组成 -飞行管理计算机系统及控制显示装置飞行管理计算机系统及控制显示装置；-信息测量系统（测量部件）信息测量系统（测量部件），主要有惯导部件，主要有惯导部件（IR

5、S）、大气数据计算系统（）、大气数据计算系统（ADS），以及仪），以及仪表着陆系统（表着陆系统（ILS）、无线电导航系统；）、无线电导航系统；-自动驾驶仪自动驾驶仪/飞行指引系统飞行指引系统；-自动油门控制系统等（推进系统）自动油门控制系统等（推进系统）。 四大分系统形成了四大分系统形成了一个大的闭环控制系统一个大的闭环控制系统。 分系统之间的数据利用公共数据总线进行传输。分系统之间的数据利用公共数据总线进行传输。各分系统又是可以独立工作的，分别执行各自独各分系统又是可以独立工作的，分别执行各自独立的功能。这样就保证系统中任一分系统的故障立的功能。这样就保证系统中任一分系统的故障不会引起不会引

6、起FMS全部失效。全部失效。飞行管理系统的基本组成飞行管理系统的基本组成1飞行管理计飞行管理计算机系统算机系统(FMCS) 各子系统介绍各子系统介绍 FMCS是由是由飞行管理计算机飞行管理计算机(FMC)和和控制显示单控制显示单元元(CDU)组成。组成。 有的飞机上安装一台，有的飞机装两台，一台主有的飞机上安装一台，有的飞机装两台，一台主用，一台备用。用，一台备用。 CDU为便于操作使用，都安装在中央操纵台的前为便于操作使用，都安装在中央操纵台的前方。一般，方。一般，CDU在飞机上安装两台，供正、副驾在飞机上安装两台，供正、副驾驶员操纵使用。驶员操纵使用。 飞行管理计算机硬件是多微机系统，主要

7、由飞行管理计算机硬件是多微机系统，主要由三台三台微处理机、电源组件微处理机、电源组件和和电池电池组件组成。组件组成。 三台微处理机分别是三台微处理机分别是导航、性能、输入导航、性能、输入/输出处理输出处理机机。这三台微处理机在工作中是相互独立的，各。这三台微处理机在工作中是相互独立的，各自执行自己的功能。自执行自己的功能。2. 飞行管理计算机系统的传感器飞行管理计算机系统的传感器惯性参考系统（惯性参考系统（IRS） 一般有一般有3套，输出经纬度、真、磁航向，各种速套，输出经纬度、真、磁航向，各种速度，姿态角等；度，姿态角等；大气数据计算机（大气数据计算机（ADC） 向向FMS提供飞机高度、空速

8、、马赫数和温度信提供飞机高度、空速、马赫数和温度信息。息。 一般装两台一般装两台ADC；甚高频全向信标（甚高频全向信标（VOR）/测距设备（测距设备（DME）： 向向FMC提供方位和航道偏离信号；提供方位和航道偏离信号；仪表着陆系统（仪表着陆系统（ILS） 向向FMS提供航道及下滑道的偏离信号。一般装提供航道及下滑道的偏离信号。一般装 两台两台ILS，其中左，其中左ILS接收机是主用，右接收机是主用，右ILS是备是备 用。用。燃油油量总和器燃油油量总和器 把各燃油油箱油量表的油量相加起来，得到飞机把各燃油油箱油量表的油量相加起来，得到飞机 总燃油量，并把该信号输给总燃油量，并把该信号输给FMC

9、。3. 飞行管理系统的执行部件飞行管理系统的执行部件 自动飞行控制系统（自动飞行控制系统（AFCS）：FMC向向AFCS输输入各种航迹操纵指令。入各种航迹操纵指令。自动油门系统（自动油门系统（A/T）：FMC向向A/T计算机输入推计算机输入推力、转速限制值及飞机全重，要求的高度、大力、转速限制值及飞机全重，要求的高度、大气温度等信号，气温度等信号，A/T依此产生油门控制指示。依此产生油门控制指示。惯性基准装置（惯性基准装置（IRU）：FMC输入对准信息。输入对准信息。 4 . 显示装置显示装置显示装置接收显示装置接收FMC信号，通过综合运算后所得信号，通过综合运算后所得到的结果，并将其按不同的

10、方式显示出来。主到的结果，并将其按不同的方式显示出来。主要的显示装置有如下几种：要的显示装置有如下几种： 飞行管理计算机系统的显示设备飞行管理计算机系统的显示设备 -CDU：各种性能数据、导航数据、飞行计划参数、：各种性能数据、导航数据、飞行计划参数、故障状态等；故障状态等； -电子飞行仪表电子飞行仪表(EFIS) ：电子姿态指引仪：电子姿态指引仪(EADI)及及电子水平状态指示器电子水平状态指示器(EHSI) 。 输出航线、航路点、导航台、风速风向等信息。输出航线、航路点、导航台、风速风向等信息。-马赫马赫/空速表空速表-发动机转速表发动机转速表-发动机显示和机组告警系统发动机显示和机组告警

11、系统：发动机压缩比；外：发动机压缩比；外界温度；故障信息等。界温度；故障信息等。-飞行方式告示牌，维护显示。飞行方式告示牌，维护显示。5. 控制组件控制组件 -CDU：通过：通过CDU对对FMS进行控制，输入有关进行控制，输入有关 信息。信息。 -MPC：AP/FD的方式控制；的方式控制； -VOR控制板控制板：设置自动或人工调谐选择电门；：设置自动或人工调谐选择电门； -EFIS控制板控制板。FMSFMS自动化程度高、功能全，可以完成驾驶员的大自动化程度高、功能全，可以完成驾驶员的大部分工作。其功能可分为如下四类：部分工作。其功能可分为如下四类： 性能管理、制导和导航计算性能管理、制导和导航

12、计算 包括能量管理包括能量管理, , 水平和垂直导航以及图形和数据显示；水平和垂直导航以及图形和数据显示； 自动飞行控制自动飞行控制 包括自动驾驶仪包括自动驾驶仪/ /飞行指引的运飞行指引的运 行，行，推力管理等推力管理等； 机组操作机组操作 包括飞行计划数据输入，包括飞行计划数据输入，FMSFMS工作工作 方式选择，显示选择等；方式选择，显示选择等； 报警报警 包括气象雷达报警，发动机状态指示以包括气象雷达报警，发动机状态指示以 及空中交通管制的支持。及空中交通管制的支持。 6.3飞行管理系统的功能飞行管理系统的功能 6.3.1 导航功能导航功能 导航数据库管理；导航数据库管理； 位置计算：

13、位置计算：确定当前飞机精确位置。利用无线电确定当前飞机精确位置。利用无线电信号与信号与IRS信号综合使用。优选信号综合使用。优选DME/DME信号，信号，当仅有一个当仅有一个DME时，再使用同一台的时，再使用同一台的VOR信号。信号。当在空中收不到无线电信号时，才单独使当在空中收不到无线电信号时，才单独使IRS信信号。号。 速度计算：速度计算：使用使用IRS速度分量计算地速及风速计速度分量计算地速及风速计算算(与与ADC空速空速)。 高度计算高度计算：IRS的高度信号，并用的高度信号，并用ADC的气压高的气压高度进行修正。度进行修正。6.3.2 性能管理功能性能管理功能 选择飞机纵向剖面选择飞

14、机纵向剖面 （高度、速度、爬升下降速度等。）（高度、速度、爬升下降速度等。） 要完成如下计算：要完成如下计算： 最大高度最大高度 最佳高度最佳高度 得到最低巡航成本，以最少油量爬升得到最低巡航成本，以最少油量爬升巡航高度，避开逆风，最大利用顺风高度飞行，巡航高度，避开逆风，最大利用顺风高度飞行，在下降阶段最大利用位能等。在下降阶段最大利用位能等。最大速度或最小速度最大速度或最小速度不同方式下最佳速度不同方式下最佳速度经济爬升剖面经济爬升剖面：依成本系数计算。：依成本系数计算。 成本系数成本系数=(总运营成本总运营成本-燃油成本燃油成本)/ 燃油成本燃油成本依当前飞行条件确定最好飞行路线依当前飞

15、行条件确定最好飞行路线：爬升下降顶：爬升下降顶点，阶梯爬升起点等。点，阶梯爬升起点等。6.3.3 制导指令计算功能制导指令计算功能 飞行计划管理飞行计划管理：路径计算及剖面预告：路径计算及剖面预告 横向制导指令生成横向制导指令生成(水平导航水平导航) 纵向制导指令生成纵向制导指令生成(垂直导航垂直导航) 1 1 输入飞行计划和性能数据；输入飞行计划和性能数据；2 2 实行水平及垂直导航；实行水平及垂直导航；3 3 计算省油的速度推力指今；计算省油的速度推力指今；4 4 计算爬升顶点；计算爬升顶点；5 5 以最经济速度巡航；以最经济速度巡航；6 EFIS6 EFIS上显示导航信息；上显示导航信息；7 7 计算分段爬高；计算分段爬高；8 8 沿计划航路连续制导；沿计划航路连续制导；9 9 评价和预报燃油消耗；评价和预报燃油消耗；10 10 计算下降顶点；计算下降顶点；11 11 自动遵守速度和高度限制；自动遵守速度和高度限制；12 12 计算下降端点；计算下降端点；13 13 转到自动着陆系统。转到自动着陆系统。6.3.4 6.3.4 不同飞行阶段的功能不同飞行阶段的功能FMS在不同飞行阶段的功能在不同飞行阶段的功能