完成飞机横向剖面的飞行管理
航空领域飞行管理系统简介
飞行管理系统飞行管理系统（FMS，Flight Management System）是现代客机航空电子设备的基本组成部分，FMS是专业电脑系统，可以实现各种飞行任务的自动化，减少人工工作负载，现代民用飞机机组人员不再携带飞行工程师或导航器。
飞行管理系统的主要功能是空中飞行计划的管理，经常使用各种传感器（如GPS和INS 支持无线电导航）来确定飞机的位置，FMS可以引导飞机的飞行计划。
驾驶舱内的FMS控制通常是小屏幕、键盘或触摸屏。
1.飞行管理系统的组成飞行管理系统是以计算机为核心的高级区域导航、制导系统和性能管理系统，由飞行管理计算机系统、惯性基准系统、自动飞行控制系统和自动油门系统等独立系统组成。
1.1.飞行管理计算机系统飞行管理计算机系统（FMCS，Flight Management Computer System）是飞行管理系统的核心，包括飞行管理计算机（FMC，Flight Management Computer）和控制显示组件（CDU，Control Display Unit）1.2.惯性基准系统惯性基准系统（IRS，Inertial Reference System）是飞行管理系统的一个特殊的、连接机上其它系统的、输出多种飞行参数的传感器a)IRS的要求a.1.有导航的功能和精度；a.2.满足飞行控制需要；a.3.满足武器投放要求的速度精度（军机）。
b)IRS的组成b.1.两到三台惯性基准组件（IRU，Inertial Reference Unit）;b.2.方式选择组件（MSU，Mode Select Unit）；b.3.惯性系统显示组件（ISDU，Inertial System Display Unit）。
c)IRS的工作方式：导航、姿态、校准、关闭1.3.自动油门系统自动油门系统（A/T，Autothrottle）的工作方式为：自动油门计算机接受来自各传感器和方式控制板上的工作方式和性能选择数据，经运算处理输出指令，操纵油门机构。
飞行管理系统
第16章飞行管理系统16。
1飞行管理系统概述随着飞机性能的不断提高，要求飞行控制系统实现的功能越来越多，系统变得越来越复杂，从而迫使系统系统设计师们在可用的技术条件、任务和用户要求,飞机可用空间和动力，飞机的气动力特性及规范要求等诸因素的限制下，把许多分系统综合起来，实施有效的统一控制和管理。
于是便出现了新一代数字化、智能化、综合化的电子系统－飞行管理系统（FMS-Flight Management System）。
在1981年12月，飞行管理系统首次安装在B767型飞机上。
此后生产的大中型飞机广泛采用飞行管理系统。
16。
2飞行管理系统的组成和功能16。
2.1飞行管理系统的组成飞行管理系统由几个独立的系统组成。
典型的飞行管理系统一般由四个分系统组成,如图16-1，包括:（1）处理分系统－飞行管理计算机系统（FMCS)，是整个系统的核心；（2）执行分系统－自动飞行指引系统和自动油门，见自动飞行控制系统；（3）显示分系统－电子飞行仪表系统(EFIS）,见仪表系统；（4）传感器分系统－惯性基准系统(IRS)、数字大气数据计算机（DADC）和无线电导航设备.驾驶舱主要控制组件是自动飞行指引系统的方式控制面板(AFDS MCP）、两部控制显示组件(CDU）、两部电子飞行仪表系统（EFIS）控制面板。
主要显示装置是CDU、电子姿态指引仪（EADI）、电子水平状态指示器(EHSI）和推力方式显示。
各部分都是一个独立的系统,既可以单独使用，又可以有多种组合形式。
飞行管理系统一词的概念是将这些独立的部分组成一个综合系统,它可提供连续的自动导航、指引和性能管理.图16-1飞行管理系统16。
2。
2飞行管理系统的功能FMS的主要功能包括导航／制导、自动飞行控制、性能管理和咨询／报警功能。
FMS实现了全自动导航，大大减轻了驾驶员的工作负担。
另外，飞机可以在FMS的控制下，以最佳的飞行路径、最佳的飞行剖面和最省油的飞行方式完成从起飞直到进近着陆的整个飞行过程。
2飞机横航向平衡和静稳定性和操操纵
翼端的作用
直端翼：： C y 0 C l 0 , C n 0
— 机翼翼端增加横向静稳定性。
但翼端形状一般由升阻要求决定。
机翼上反作用
机翼上反： C y 0 C l 0 , C n 0
— 机翼上反产生横向和航向静稳定作用。
一般通过调节上反角改变 C l
垂尾作用
左偏航 侧滑增大 不稳定
Cn
>0
右偏航
侧滑减小 稳定
结论
•Cl 随β变化曲线的斜率称为横向静稳定导数， Cn 随β变化曲
线的斜率称为航向静稳定导数。
•静稳定判据
导数
静稳定时的 符号
纵向静稳定导数
横向静稳定导数 航向静稳定导数
CmCL 或Cm
—
Cl
—
Cn
＋
定直侧滑引起的侧力与横航向力矩 机身 机翼 垂尾 翼身干扰 机翼后掠 机翼上反 翼端
定常直线侧滑的横侧向操纵力矩
• 横侧向操纵机构主要有副翼、方向舵和推 力矢量等。 • 由副翼偏转引起的横向力矩称为滚转操纵 力矩。 • 由方向舵偏转引起的偏航力矩称为偏航操 纵力矩。
滚转操纵力矩
•副翼对称地安装在机翼外段后缘的 两个活动操纵面 •驾驶员左右压驾驶杆可使左右副翼 反向等角度，即反对称偏转。
右滚 左滚
不稳定 稳定
Clβ<0
航向静稳定性
航向静稳定性：飞机受到扰动偏离 原方向平衡状态产生侧滑角，在扰 动消失瞬间飞机自动恢复原平衡状 态的趋势。
Δ β=0 ,ΔN=0
飞机能自动改变机头指向消除 侧滑,称为航向静稳定性
航向静稳定性判据
航向静稳定导数： Cn
右侧滑扰动β>0
0
第六章航空电子系统电子教案FMCAFCS 民航大学航电课件
CI = 0 => CI = 999 =>
Minimum consumption, maximum range Minimum flight time, maximum speeds
16 2020/7/4
17 2020/7/4
制导功能
FMCS的制导部分是FMC对飞机的自动飞行进 行控制的关键部分，它和飞机的A/P、A/T系 统通过控制关系联系在一起。 FMC的制导功 能 是计算航迹偏差并产生操纵指令，送到 DFCS的A/P、A/T、F/D系统；再由DFCS内部 的FCC和A/T计算机产生实际的操纵面控制指 令和自动油门推力指令。
DME/DME DME/VOR 仅用IRS
19 2020/7/4
FMC的自动调谐控制
• 导航台管理
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3、性能处理器：实现“飞行纵向剖面” 的计算和管理，主要包括飞行高度、速 度、爬升/下降速度等达到经济飞行剖面。
起飞前：引入全重、巡航高度、成本指数。 飞行中：传感器输入与性能相关的数据。
10 2020/7/4
FMC数据库
一、导航数据库(书160页) 1、功用 2、使用周期 3、导航数据库的内容（6方面） 二、性能数据库(书163页) 1、功用 2、性能数据库的内容
15 2020/7/4
Minimum cost computation
Total cost : C = Cf . Qf + Ct . T + Ce
• Cf :
Fuel cost rate ($/Kg)
• Qf :
Fuel consumption for the flight (Kg)
• Ct :
Flight time cost rate ($/mn) : maintenance, peoples
国外民用飞机飞行管理系统发展现状与趋势
国外民用飞机飞行管理系统发展现状与趋势飞行管理系统（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，包括：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。
1 飞行管理系统的发展历程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、飞行管理系统、四维导航和新一代飞行管理系统.2 飞行管理系统的基本构成和功能飞行管理系统通常由一个飞行管理计算机系统（FMCS）和所需的相关接口设备组成，如电子飞行仪表系统(EFIS)和自动飞行系统等设备。
而一个典型的FMCS通常由飞行管理计算机（FMC）和控制与显示单元（CDU）两种组件构成.一个飞行管理系统通常能完成或辅助飞行员完成的基本功能包括:飞行计划、导航与制导、性能优化与预测、电子飞行仪表系统显示、人/机交互和空地数据链.3 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。
飞行管理系统介绍
飞行管理系统介绍一、飞行管理系统（FMC）组成和基本功用（一）、飞行管理系统（FLIGHT MANAGEMENT SYS）由五个分系统组成：1、飞行控制系统（DFCS）包括自动驾驶（A/P）和飞行指引（F/D），其核心为两台飞行控制计算机，该系统用于自动飞行控制（FCC）和飞行指引。
2、自动油门系统（A/T）其核心是一台自动油门计算机和两台发动机油门操纵的伺服机构，A/T 提供从起飞到着陆全飞行过程的油门控制。
3、飞行管理计算机系统（FMCS）其核心是一台飞行管理计算机FMC和两台控制显示组件CDU，它用于从起飞到进近的几乎全部飞行过程的横向（LATERAL）剖面和纵向（VERTICAL）剖面的飞行管理。
我部的34N型飞机装有两部FMCS，这使飞行管理系统的可靠性更高。
4、惯性基准系统（IRUS）其核心为两台惯导基准组件IRU，其主要功用为提供飞机的姿态基准和定位参数，也可用于飞机自备、远距导航。
5、电子飞行仪表系统（EFIS）33A和34N型飞机装备的是电子飞行仪表系统，3T0型飞机装备的还是旧式的机械式仪表。
由于飞行仪表的电子化，逐渐淘汰老式的机械式仪表，而电子飞行仪表必须有相应的字符，符号等图形信号发生器，以提供阴极射线管CRT或液晶LCD显示。
EFIS就是起这个作用的电子式飞行仪表显示系统，它主要包括两台符号发生器（EFIS SG）和两套姿态指引仪（EADI）、两套水平状态指示器（EHSI）。
（二）、飞行管理系统的基本作用：这套系统技术先进，设备量大，承担的任务多，其中最根本的功用是：1、实现飞行的自动化，大大减轻了飞行员的工作负担，减少人为操作所不可避免的差错和失误。
2、实现飞行全程的优化：（1）起飞阶段（TO）—根据飞机的全重和环境温度提供最佳目标推力。
（2）爬升降段（CLB）—提供最佳爬升剖面：包括爬升点，阶段爬升的设置，目标推力和目标空速的设定。
（3）巡航（CRZ）—提供最佳高度和巡航速度，以及大圆航线和导航系统的选择和自动调谐。
飞行管理系统介绍
飞行管理系统介绍一、飞行管理系统(FMC)组成与基本功用(一)、飞行管理系统(FLIGHT MANAGEMENT SYS)由五个分系统组成:1、飞行控制系统(DFCS)包括自动驾驶(A/P)与飞行指引(F/D),其核心为两台飞行控制计算机,该系统用于自动飞行控制(FCC)与飞行指引。
2、自动油门系统(A/T)其核心就是一台自动油门计算机与两台发动机油门操纵的伺服机构,A/T提供从起飞到着陆全飞行过程的油门控制。
3、飞行管理计算机系统(FMCS)其核心就是一台飞行管理计算机FMC与两台控制显示组件CDU,它用于从起飞到进近的几乎全部飞行过程的横向(LATERAL)剖面与纵向(VERTICAL)剖面的飞行管理。
我部的34N型飞机装有两部FMCS,这使飞行管理系统的可靠性更高。
4、惯性基准系统(IRUS)其核心为两台惯导基准组件IRU,其主要功用为提供飞机的姿态基准与定位参数,也可用于飞机自备、远距导航。
5、电子飞行仪表系统(EFIS)33A与34N型飞机装备的就是电子飞行仪表系统,3T0型飞机装备的还就是旧式的机械式仪表。
由于飞行仪表的电子化,逐渐淘汰老式的机械式仪表,而电子飞行仪表必须有相应的字符,符号等图形信号发生器,以提供阴极射线管CRT或液晶LCD显示。
EFIS就就是起这个作用的电子式飞行仪表显示系统,它主要包括两台符号发生器(EFIS SG)与两套姿态指引仪(EADI)、两套水平状态指示器(EHSI)。
(二)、飞行管理系统的基本作用:这套系统技术先进,设备量大,承担的任务多,其中最根本的功用就是:1、实现飞行的自动化,大大减轻了飞行员的工作负担,减少人为操作所不可避免的差错与失误。
2、实现飞行全程的优化:(1)起飞阶段(TO)—根据飞机的全重与环境温度提供最佳目标推力。
(2)爬升降段(CLB)—提供最佳爬升剖面:包括爬升点,阶段爬升的设置,目标推力与目标空速的设定。
(3)巡航(CRZ)—提供最佳高度与巡航速度,以及大圆航线与导航系统的选择与自动调谐。
飞行管理系统介绍
飞行管理系统介绍一、飞行管理系统(FMC)组成与基本功用(一)、飞行管理系统(FLIGHT MANAGEMENT SYS)由五个分系统组成:1、飞行控制系统(DFCS)包括自动驾驶(A/P)与飞行指引(F/D),其核心为两台飞行控制计算机,该系统用于自动飞行控制(FCC)与飞行指引。
2、自动油门系统(A/T)其核心就是一台自动油门计算机与两台发动机油门操纵得伺服机构,A/T提供从起飞到着陆全飞行过程得油门控制。
3、飞行管理计算机系统(FMCS)其核心就是一台飞行管理计算机FMC与两台控制显示组件CDU,它用于从起飞到进近得几乎全部飞行过程得横向(LATERAL)剖面与纵向(VERTICAL)剖面得飞行管理。
我部得34N型飞机装有两部FMCS,这使飞行管理系统得可靠性更高。
4、惯性基准系统(IRUS)其核心为两台惯导基准组件IRU,其主要功用为提供飞机得姿态基准与定位参数,也可用于飞机自备、远距导航。
5、电子飞行仪表系统(EFIS)33A与34N型飞机装备得就是电子飞行仪表系统,3T0型飞机装备得还就是旧式得机械式仪表。
由于飞行仪表得电子化,逐渐淘汰老式得机械式仪表,而电子飞行仪表必须有相应得字符,符号等图形信号发生器,以提供阴极射线管CRT或液晶LCD显示。
EFIS就就是起这个作用得电子式飞行仪表显示系统,它主要包括两台符号发生器(EFIS SG)与两套姿态指引仪(EADI)、两套水平状态指示器(EHSI)。
(二)、飞行管理系统得基本作用:这套系统技术先进,设备量大,承担得任务多,其中最根本得功用就是:1、实现飞行得自动化,大大减轻了飞行员得工作负担,减少人为操作所不可避免得差错与失误。
2、实现飞行全程得优化:(1)起飞阶段(TO)—根据飞机得全重与环境温度提供最佳目标推力。
(2)爬升降段(CLB)—提供最佳爬升剖面:包括爬升点,阶段爬升得设置,目标推力与目标空速得设定。
(3)巡航(CRZ)—提供最佳高度与巡航速度,以及大圆航线与导航系统得选择与自动调谐。
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标准数据-对各航空公司都适用。 特定数据-仅与航空公司飞行航线的航路结构有关的数据。
数据库中的数据每隔28天进行更新。
第十八章 飞行管理系统
导航数据库的内容
导航设备
导航台的标识、位置、频率、标高等。
机场
机场的位置、机场标高、跑道长度、跑道方位等。
航路
航路类型、高度、航向、航段距离和航路点说明等。
飞机起飞高度400ft，驾驶员接通横向导航（L NAV）和 垂直导航（V NAV）后，根据飞行路线对飞机进行横向和垂直 导航和制导。 FMC根据驾驶员的选择确定目标推力和目标速度，提供最 佳爬升剖面（即最佳爬升角度和速度），分段爬升和爬升顶 点高度的建议。
第十八章 飞行管理系统
（2）垂直制导
垂直制导是按照一定的控制律对垂直面内实际航迹相对 预选航迹偏差进行控制。
当垂直制导功能接通时，FMC提供速度和升降率控制指 令，控制飞机沿预选的纵向路径飞行。 在VNAV（垂直制导）方式下，FMC的性能与飞行控制系 统（FCS）及自动油门（A/T）相耦合。
第十八章 飞行管理系统
第十八章 飞行管理系统
3.功能
FMS的主要功能包括： （1）导航与制导功能 （2）自动飞行功能 （3）性能管理功能
（4）咨询和报警功能
第十八章 飞行管理系统
二、飞行管理计算机系统（FMCS）
FMCS由FMC和CDU组成。
1.飞行管理计算机（FMC）
FMC接收来自大气数据系统、惯导系统以及无线电导航系 统的信息数据，再检查和利用飞机机组输入的飞行计划信息、 飞机系统数据以及FMC导航数据库和性能数据库来计算飞机的 导航和性能目标值，对飞行计划进行管理，以及提供在EFIS 上显示的供飞行员使用的信息数据。 FMC包含性能数据库和导航数据库
剩余燃油
航路点间的距离 航路点之间的飞行路径航道
第十八章 飞行管理系统
5.咨询和报警
飞行员可以通过CDU获取很多咨询信息，如与飞行剖 面有关的信息，与性能有关的信息，系统故障信息等。 同时，FMS还可以提供自动报警功能，如风切变警告、 近地警告、TCAS警告等。
第十八章 飞行管理系统
FMS在各个飞行阶段的功用
飞机部分： 发动机部分：
（1）机翼面积
（2）发动机台数 （3）飞行包线
（1）燃油消耗特性曲线
（2）特性曲线 （3）飞行各阶段性能数据
（4）升力特性曲线
（5）飞机极曲线 （6）飞机各种重量
（4）飞行控制模态数据
第十八章 飞行管理系统
（2）推力管理
自动油门根据FMC的指令进行工作。 FMC为下列各方式计算预选基准推力：
第十八章 飞行管理系统
2.组成
（1）处理分系统——飞行管理计算机系统（FMCS） FMCS包括FMC和CDU （2）执行分系统——自动飞行系统（AFS） AFS包括AP、FD、A/T
（3）显示分析统——电子飞行仪表系统（EFIS）
EFIS包括PFD、ND （4）传感器分系统——惯性基准系统（IRS）、大气数 据系统（DADC）及无线电导航系统
（1）起飞阶段
驾驶员在起飞准备时，通过FMCS的CDU所输入的飞行计划 （起飞/目的地机场、航路点、进离场程序等），FMC计算飞 行路径。
同样，根据CDU上输入的飞机的全重、巡航高度、储备有 两、外界温度等性能数据，FMC计算飞机的最佳起飞目标推力 以及飞机飞行的垂直剖面。
第十八章 飞行管理系统
（2）爬升阶段
起飞 减推力起飞
爬升
减推力爬升 巡航 复飞
第十八章 飞行管理系统
4.FMS飞行计划管理
航路是由一系列的航段组成。每个航段是两个航路点 之间的过渡路径。每个航路点位置用纬度、经度和高度给 出。航路点来自于导航数据库或由飞行机组输入。每一航 路点需要能管理功能
在飞行过程中，计算飞机的相关性能指标以达到最 佳的垂直预选航迹。（燃油最省、成本最小、时间最短）
（1）性能数据库
性能数据库是性能管理的基础，用于完成性能优化计算， 包含对飞机垂直导航进行性能计算所需的有关数据。 它们是与飞机和发动机有关的参数。
第十八章 飞行管理系统
性能数据库的内容
自动选择导航台和自动调谐；
从起飞机场开始，根据要飞抵的目的地机场选择航线； 确定距离目的地或飞越航路点的距离；
预定到达的时间和速度等。
第十八章 飞行管理系统
（1）导航数据库
导航数据库是为了飞机从起飞到着陆整个过程都具备 自动导航能力而设计的，它存放了整个区域的导航信息。
导航数据库分成两大类：
第十八章 飞行管理系统
2.控制显示组件（CDU）
CDU是机组与FMC之间交互的 接口，飞行员可以通过任意 一部CDU向FMC输入数据。 CDU包括：
显示屏
功能方式键
字母数字键 发光通告器等。
第十八章 飞行管理系统
三、FMS的功能实现
1. FMS导航功能
用来确定飞机当时位置，进行导航计算，以及导航 台自动调谐管理等，完成飞机横向剖面的飞行管理，引 导飞机按照预定航线飞达目的地。 包括：
实际导航性能（ANP）不得低于所需导航性能（RNP）
第十八章 飞行管理系统
2.FMS制导功能
制导是飞机沿预选航迹飞行时，受到扰动或导航不 确定性引起偏离预选航迹后作出的一种决策。 制导分为：水平制导和垂直制导两种。
（1）水平制导
水平制导是按照一定的控制律对水平面内实际航迹相 对预选航迹偏差进行控制。 当水平制导功能接通时，FMC提供航向控制指令，控制 飞机沿预选航路飞行。 在LNAV（水平制导）方式下，飞行管理计算机的导航 功能与飞行指引仪（FD）和自动驾驶仪（AP）相耦合
公司航路
由飞机用户规定，是航空公司负责飞行的固定航线数据。
终端区域程序
SID、STAR、程序转弯、等待、复飞、进近程序等。
第十八章 飞行管理系统
（2）导航性能
（1）实际导航性能（ANP）
FMC对自身定位水平的预计，以95％的准确性预计最大位 置误差。
（2）所需导航性能（RNP）
FMC给起飞、航路飞行、越洋飞行、航站飞行和进近阶段 提供默认的所需导航性能。
第十五章 飞行管理系统
中国民航大学 空管学院
第十八章 飞行管理系统
一、概述
1.基本原理
飞行管理系统（FMS）提供飞行的时间、距离、速度、 经济剖面和高度的预测,可减小驾驶舱工作量，提高效率， 省掉许多以前通常由飞行员执行的日常操作。 飞机在FMS的控制下，可以实现全自动导航，可以以 最佳的飞行路径、最佳的飞行剖面和最省油的飞行方式完 成从起飞到进近着陆的整个飞行过程。