飞行控制系统课件：FMCS概述

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飞行管理与自动飞行控制系统FMCS概述23飞行管理计算机系统概述FMS的组成及各部分功用各分系统之间的信号交联关系飞行管理计算机（FMC）系统FMC导航计算的基本原理FMC的数据库控制显示组件(CDU)4第一节概述

对飞机飞行过程的综合管理与控制一直是航空界的一个重要研究课题。六十年代以来，相继出现了电传操纵系统，主动控制、多模态飞行控制及余度管理等技术。进入八十年代，现代科学技术的发展使飞行控制和航空电子技术在以下几方面进展迅速：综合化数字化智能化5飞行管理

“飞行管理”这一名词实际上并不是一个新的概念，只不过在过去的飞机上，都由驾驶员来承担而已。在过去的几十年来，为了适应飞机的尺寸、速度、高度和复杂性的日益增加，以便驾驶员能对飞机实行更好的管理，在飞机上：增加了许多各种各样的仪表显示，以扩大驾驶员的视野；附加了操纵助力器以扩大驾驶员的有限体力；安装了自动驾驶仪以减轻驾驶员在途中的操作负担。随着飞机的发展，飞机上不断增设新的系统或设备，以扩大驾驶员的管理能力，确保驾驶员能对飞机实现期望的飞行管理—人工的飞行管理。6飞行管理系统的演变过程六十年代末和七十年代初-日趋成熟的高级区域导航系统七十年代中期—性能设计计算机系统（PDCS）性能管理系统（PMS）七十年代中期—飞行管理系统（FMS）飞行管理系统是高级区域导航系统和性能管理系统的组合。它具有大容量的导航数据库，在飞机正常飞行区域内，计算机能提供从起飞到降落的闭环水平制导的功能；同样它具有大容量的性能数据库，能根据待飞航线、巡航高度、飞机总重、成本指数和阻力系数等提供节约燃油、降低直接运行成本的垂直制导能力。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，大大减轻了驾驶员的操作负担，并且获得很好的经济效益。7飞行管理系统的使用情况

飞行管理系统首次安装在1981年12月试飞的波音767型飞机上。后来，在1982年2月试飞的波音757型飞机以及其后的其它各型现代飞机上，也都安装了飞行管理系统。如：美国的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；英国的SMITHS公司(2007年被GE收购)的A300—600、A310等；前苏联的TU—204。8第二节FMCS在个飞行阶段的性能功能

9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。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。10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。下降进近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。

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。11FMS组成及各部分的功用

飞行管理系统（FMS）由五个子系统组成，他们是：飞行管理计算机系统（FMCS）惯性基准系统（IRS）；电子飞行仪表系统（EFIS）；数字式飞行控制系统（DFCS）；自动油门（A/T）。12FMS组成及各部分的功用

FMCS-包括FMC和CDU，各机型FMC和CDU数不一样。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。EFIS-是FMC的显示器：FMC计算导航和性能目标值及其它一些在EFIS上显示的供飞行员使用的信息；AFCS-A/T：是FMC的执行机构。FMC的导航和性能功能与数字式飞行控制系统及自动油门相耦合提供飞机的全自动控制。这称为飞行管理计算机的制导功能。13第三节飞行管理计算机系统的传感器

FMS为完成上述各功能，需要有各种参数传感器，通过许多综合运算，得出结论，输出指令到执行机构。任何一个自动控制系统要有许多传感器来传递外部各种信号，就像人要有眼、耳、鼻、舌、身来感受外部世界，需要看、听、嗅、尝、触到各种事物才能正常生活。FMS中有IRS作为整个系统的传感器，IRS向FMS、FCC、A／T计算机输送飞机位置、飞机姿态、速度等数据，FMC利用这些数据确定水平和垂直的飞机位置。对FMS的各分系统来说，FMC、IRS、FCC、A／T计算机等本身又有许多传感器。在此我们专门叙述与FMCS有关的传感设备。它们是IRS、大气数据计算机（ADC）、全向信标接收机（VOR）、测距机（DME）、仪表着陆接收机（ILS）、燃油总和器和航空时钟等，

14第三节飞行管理计算机系统的传感器

燃油油量总和器燃油油量总和器组件把各燃油油箱油量表的油量相加起来，得到飞机总燃油量，通过数模转换器（DAA）转变为数字式信号输向向FMC。FMS需要用这个飞机总的燃油量信号预报到达各航路点和目的地机场的剩余燃油量。FMC经过计算，减去燃油储备值后，若现有燃油不够飞到目的地机场时，FMS会向飞行员发出警告信号。时钟机长时钟为FMC提供格林威治时间（GMT）输出。FMC用这个时间来预报到达各航路点和目的地机场的时间。其它传感器飞机发动机防冰、机翼防冰和发动机引气系统内的一些传感元件也向FMC输送这些系统工作情况的离散信号。飞机空气系统从发动机压缩器后引出增压的热空气供给客舱空调、机翼防冰、发动机防冰等系统的用气。发动机被引气以后，其推力要下降。FMC使用这些系统工作情况的离散信号对发动机目标推力、发动机推力限制或N1转速的限制等数据进行修正计算。15第四节飞行管理计算机系统的执行部件

FMC接收到来自各传感器部件的信号后，经过各控制部件的控制进行各种形式的分析运算得出精确的结果，在由控制信号去操纵机构执行FMC的各种指令，或输到各种指示仪表、显示屏幕、通告牌等指示各种数据，显示各种数值、信息，见图1-5所示。我们把这些系统或机构统称为执行部件。我们先叙述由FMC输出指令去操纵执行机构工作的情况，然后再介绍显示设备。一．执行机构1．数字式飞行控制系统（DFCS）FMC向DFCS飞行控制计算机（FCC）输出各种操纵指令，有目标空速、马赫数、目标高度、目标垂直速度和横滚指令等，若DFCS在VNAV方式，目标空速游标显示的是从FMC来的目标空速。FCC根据这些输入数据进行综合运算，产生飞机爬高、下降、倾斜转弯等操纵指令，驾驶飞机按要求的航向和高度层飞行。2．自动油门系统（A／T）FMC向A／T计算机输送飞机爬高、巡航和复飞的发动机推力或N1转速限制值、飞机全重、FMC要求高度和假设温度等信号。A／T计算机根据这些数据产生油门位置指令，把油门杆置于正确位置以产生要求的飞机推力。3．惯性基准装置（IRU）16第四节飞行管理计算机系统的执行部件

二．显示装置1·控制显示组件（CDU）2．电子飞行仪表系统（EFIS）提供导航，制导和导航背景数据给EF1S字符发生器，用于在EADI和EHSI上显示。FMC输出有关飞行计划的飞行航路、飞机航向、航路点、导航台、机场、跑道、风值等信息以地图显示的形式出现在EFIS的电子姿态指引仪（EADI）和电子水平状态指示器（EHSI）的显示屏幕上。飞行员可非常直观地通过该显示器了解整个飞机的详细动态情况。对于EADI来说，它主要是IRS的显示器，只显示来自FMC的地速和飞机在各飞行阶段的飞行方式；EHSI显示许多来自FMC的信息。它显示FMC信号的方式有两种。一种是“计划（PLAN）”方式；另一种是“地图（MAP）”方式。两种方式都可以显示飞行航线、航路点、导航台等飞行信息，通过控制板上的“距离”选择电门来决定显示的范围。在这两种方式下，FMC能对无线电导航VOR／DME实现自动调谐。在“地图”方式时，FMC还可向EHSI传输附加数据，根据飞行员的要求，在导航图上显示附加导航点、预计到达时间等额外信息。3·马赫／空速表（MASI）马赫／空速表是ADC的显示仪表，它在上面显示飞机的空速，用指针指示飞机的每小时的海里数，同时也在表盘上用数字显示。有的马赫／空速表上的目标空速游标旋钮只有在压进位置，且FMS正工作在VNAV方式时，马赫／空速表上的目标空速游标才显示FMC的计算目标空速。17第四节飞行管理计算机系统的执行部件

二．显示装置4．发动机N1转速表FMC通过数模转换器（DAC）在N1转速表上显示计算的N1目标转速。需要显示该数值时，N1转速表上的目标N1选择钮必须按下。5．自动飞行状态警告牌（ASA）ASA给每个飞行员提供自动油门、自动驾驶和飞行管理系统状态变化指示，自动飞行状态通告牌安装在每个飞行员容易看到的地方，机长的ASA位于P1板的右上角，副驾驶的ASA位于P3板的左上角。ASA由三个具有按压重置功能的警告灯和一个测试开关组成。FMC向ASA提供离散信号，当在FMCCDU上有警戒信息存在或FMC故障时，琥珀色警告灯亮；当测试开关置1、2位时，它也亮。6．失速警告计算机（SWC）FMC给失速警告计算机（SWC）提供飞机的总重数据。18第四节飞行管理计算机系统的执行部件

二．显示装置7．发动机显示与机组警告系统（EICAS）有些飞机上装有发动机指示与机组警告系统（EICAS），它不但替代了许多指针式仪表，且还可以显示大量的信息。FMCS在EICAS上显示两个数值和各种文字信息。当垂直导航（VNAV）已衔接，FMC计算的发动机目标推力以红色数字在EICAS的显示屏幕发动机压力比（EPR）上显示。飞行员在FMCS的CDU起飞基准页面上输入了外界假设温度后，该温度数值也在EICAS的显示屏幕上显示。FMS根据飞机各系统的状态所产生的各种信息，有些会在EICAS的显示屏幕上显示。FMC一旦出现故障也会在EICAS的屏幕上出现文字警告信息。在有的飞机上没有装有EICAS，而装有发动机主显示器（EPD），发动机主参数显示仪位于中央仪表板上。主发动机参数显示器（EPD）显示与FMC有关的有两个功能：（1）N1指示人工设定旋钮用来选择N1限制数据源，当旋钮拉出来时，Nl限制游标（N1LIMITCURSOR）和人工限制N1数字显示都可以通过转动旋钮来设定，若游标按进去，则由FMC来驱动游标，N1限制数字不显示。人工N1限制显示窗口显示人工设置N1限制数字读数，使用FMCN１限制值时，显示空白。N1限制指针指示由FMC或人工设定旋钮所提供的限制N1值。若PED内部故障，则N1显示空白，若FMC输入数据有误，则N1限制游标冻结不动。（2）推力方式通告牌（TMA）FMC给发动机主参数显示器（EPD）上的推力方式警告牌（TMA）提供当时发动机所执行推力限制或发动机Nl限制方式，如起飞、复飞、爬高、降低推力或降低N1限制等。TMA显示实施的FMC推力限制，若FMC或EPD故障，TMA空白。若FMC送出无计算数据则显示短划线。19第五节飞行管理计算机系统的控制组件

FMS的各传感器好像是感觉器官，FMS通过它们了解外部世界的情况。FMS众多的执行显示组件用来执行FMC的指令，它们就像人的运动器官，执行大脑的指令。FMS同样需要控制装置指挥系统进行什么工作方式，接收什么信号，进行什么运算，检索什么数据，显示什么信号、信息等，这些要求操作者通过FMS的控制装置进行操纵。FMS的操纵控制主要在系统主要部件—CDU上进行，此外，驾驶舱内许多其它控制板上也有FMS的控制元件。一.控制显示组件（CDU）／备用导航控制显示组件（ANCDU）二．数字式飞行控制系统（DFCS）方式控制板（MCP）三．无线电导航VOR控制板VOR控制板上有一个自动人工调谐选择电门，可控制无线电导航接收机由FMC自动调谐，还是由飞行员人工调谐。控制板上的频率显示窗口显示所调定的频率。20第五节飞行管理计算机系统的控制组件

四．电子飞行仪表系统（EFIS）控制板装有EFIS的飞机上，FMCS通过EFIS控制板屏幕显示导航图。EFIS控制板上有三个电门可由飞行员操纵。距离选择电门选择发送多大范围的数据，以用于在EFIS的水平状态指示器（EHS