01 什么是 “飛行管理系統(tǒng)”？飛行管理系統(tǒng)（FMS, Flight Management System），中文簡稱 “飛管”，是飛機航電系統(tǒng)的重要一員。
FMS 自 20 世紀 70 年代誕生以來，目前已有了跨越式發(fā)展。它作為航電關鍵系統(tǒng)，在現(xiàn)代民用飛機上均有配備。 現(xiàn)代民機飛行管理系統(tǒng)，可對飛行計劃進行管理，對飛行時間、飛行距離、飛行速度、飛行高度、經(jīng)濟剖面、飛行航跡等進行預測，使飛機實現(xiàn)全自動導航，并以最佳飛行路徑、最佳飛行剖面和最省油的方式飛行。 因此，F(xiàn)MS 在整個飛行過程中，可以協(xié)助飛行員完成從起飛到著陸的各項任務，從而大大減輕飛行機組負擔，提升飛機操縱的自動化程度，縮短飛行時間，提高飛機的安全性和經(jīng)濟性。 FMS 機上接口眾多，與顯示系統(tǒng)、無線電導航系統(tǒng)、大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)（ADS，Air Data System）、慣性參考系統(tǒng)（IRS，Inertial Reference System）、飛控系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)、發(fā)動機控制系統(tǒng)等均有交聯(lián)關系。 FMS 的概念有廣義和狹義之分。廣義的 FMS，涵蓋了慣性參考、大氣數(shù)據(jù)、自動飛行、顯示等關鍵交聯(lián)系統(tǒng)的部分功能和設備；而狹義的 FMS，則特指飛管計算機、人機接口及相關核心功能等。 02 FMS 的主要功能根據(jù)美國航空無線電公司發(fā)布的 ARINC702 A-3，飛管計算機系統(tǒng)的功能包括了綜合導航、飛行計劃、水平與垂直導引、性能計算、軌跡預測、航線運營通信(AOC，Airline Operational Communication)、機場導引、導航數(shù)據(jù)庫等。 這里挑選了飛行計劃管理、導航、水平和垂直導引、性能計算和軌跡預測等核心功能，進行簡要介紹。 根據(jù)空客 A380、中國商飛 C919 等主流機型的實踐經(jīng)驗，F(xiàn)MS 相關功能失效，一般不會導致災難級影響，因此其功能研制保證等級FDAL（Functional Development Assurance Level）通常定義為 B。 A. 飛行計劃管理 機組人員可以通過 FMS 創(chuàng)建、編輯、保存多個飛行計劃，包括當前飛行計劃、備用飛行計劃等。 FMS 可以從本地導航數(shù)據(jù)庫中，提取導航數(shù)據(jù)信息，建立從起飛機場到目的地機場的完整航路（包括機場、航路點、航路、標準離場和進場程序），計算航段距離、時間、速度以及油耗等飛行計劃參數(shù)，從而實現(xiàn)飛行計劃管理功能。 B. 飛機導航 包括飛機實時位置計算、無線電調諧等。 FMS 可利用慣性參考傳感器、大氣數(shù)據(jù)傳感器等信息，計算飛機的水平位置、垂直位置、空速、地速、飛行軌跡、偏航角等，以支持飛機導航。 FMS 可以針對儀表著陸系統(tǒng) (ILS，Instrument Landing System)、全球導航衛(wèi)星著陸系統(tǒng) (GLS，GNSS Landing System)、甚高頻全向信標 (VOR，VHF Omnidirectional Range) 等導航無線電設備，進行管理和調諧。以支持飛機位置計算，自動設置 ILS/GLS 進近等。 C. 水平和垂直導引 FMS 可計算用于導引當前水平飛行計劃的滾轉角目標值，計算用于導引當前垂直飛行計劃的高度目標、速度目標、發(fā)動機推力目標等。 FMS 通過與自動飛行系統(tǒng)交聯(lián)，在飛機飛行過程中實施水平和垂直導引，引導飛機按照預定的高度、航向和速度飛行。 D. 性能計算和軌跡預測 FMS 可結合當前和備用飛行計劃，使用性能數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，來計算飛機性能參數(shù)。包括最優(yōu)高度、爬升/巡航/下降最優(yōu)速度、起飛和著陸參考速度等。 FMS 可以根據(jù)飛行計劃提供的基本航路信息，在水平方向上進行軌跡計算。計算飛行計劃每個航路點的實際軌跡數(shù)據(jù)，主要包括航段間過渡、轉彎速度、轉彎半徑、完整水平軌跡的建立等。 在飛行計劃和水平軌跡的基礎上，利用性能數(shù)據(jù)庫中的性能數(shù)據(jù)，對起飛、爬升、巡航、下降、進近等階段，進行垂直方向上的軌跡計算，優(yōu)化垂直飛行剖面。主要包括各航段的最優(yōu)高度、最優(yōu)速度、爬升/下降頂點等。 03 傳統(tǒng) FMS的主要組成傳統(tǒng)的飛行管理系統(tǒng)，包括飛管計算機 FMC（Flight Management Computer）和控制顯示組件 CDU（Control & Display Unit）。 FMS 通常為兩余度設計，其 CDU 安裝在中央操縱臺上，分別提供給主駕和副駕使用。下圖是空客 A320 駕駛艙安裝示意。
A. 飛管計算機 FMC FMC 中運行著飛管軟件，以實現(xiàn)飛行管理的各項功能。同時 FMC 也包含了導航數(shù)據(jù)庫和性能數(shù)據(jù)庫。
導航數(shù)據(jù)庫，是 FMS 所特有的一個數(shù)據(jù)庫，是實現(xiàn)導航功能的關鍵。 導航數(shù)據(jù)庫包含了飛機從起飛到著陸，整個區(qū)域的導航信息。包括飛行區(qū)域的機場信息（機場位置/標高、跑道方位/長度等）、航路信息（航路類型、高度、航向、航段距離、航路點說明等）、導航臺（位置、頻率、標高等）、終端區(qū)域程序（轉彎、等待、復飛、進近）等。 導航數(shù)據(jù)庫中的信息，可用于確定飛機位置，進行導航計算及導航臺自動調諧管理，從而正確完成從出發(fā)機場到目的機場的導航任務。 性能數(shù)據(jù)庫，是用于飛機垂直導航進行性能優(yōu)化計算，所需的數(shù)據(jù)，一般與飛機氣動外形和發(fā)動機有關。 性能數(shù)據(jù)庫主要包括飛機氣動模型信息（機翼面積、發(fā)動機數(shù)量、飛行包線、升力特性曲線、飛機極曲線、各類重量信息等）、發(fā)動機信息（燃油消耗特性曲線、各狀態(tài)點推力曲線等）、大氣和風等環(huán)境數(shù)據(jù)。 在輸入的飛行計劃和這兩個數(shù)據(jù)庫的基礎上，F(xiàn)MC 接收來自大氣數(shù)據(jù)、慣性參考等系統(tǒng)發(fā)來的信息進行位置計算，接收襟縫翼位置、起落架輪載、燃油量、發(fā)動機狀態(tài)等信息完成性能計算和軌跡預測。 B. 控制顯示組件 CDU CDU 提供了飛行員與飛管計算機之間交互的接口，不同飛機制造商對其叫法不同。 例如空客 A320 飛機就稱其為 MCDU （多功能控制顯示組件，Multi-functional Control & Display Unit）。 CDU 面板主要包括顯示屏、行選鍵、功能方式鍵、字母數(shù)字鍵等。飛行員可以通過操作 CDU，進入飛行計劃、無線電導航等頁面，輸入飛行計劃和基本性能參數(shù)。 下圖是空客 A320 的 MCDU。
下圖是波音 777 的 CDU。1 是 CDU 顯示頁面；2 是行選鍵；3-6是指示燈及明亮度控制鍵。
04 現(xiàn)代 FMS的主要組成與傳統(tǒng)的飛管系統(tǒng)相比，現(xiàn)代民機飛管系統(tǒng)，雖然實現(xiàn)的功能大同小異，但隨著綜合模塊化航空電子（IMA，Integrated Modular Avionics）的快速發(fā)展，出于飛機集成與綜合的考慮，F(xiàn)MS 的物理組成也有所不同。 特點一：操作顯示，集成在顯示系統(tǒng) A. 空客 A380 A380 不再使用傳統(tǒng)的 MCDU，而是采用 CDS（Control and Display System，控制和顯示系統(tǒng)）、KCCU（Keyboard and Cursor Control Unit，鍵盤鼠標控制單元），作為人機交互的接口。
A380 有兩套 FMS，分別給主駕和副駕使用。但 A380 配置了三臺飛管計算機 FMC，掛接在航電全雙工交換式以太網(wǎng) AFDX 上 (Avionics Full-Duplex Switched Ethernet)。 FMS1 連接 FMC-A，F(xiàn)MS2 連接 FMC-B。當 FMC-A 和/或 FMC-B 失效后，F(xiàn)MC-C 可作為這兩臺飛管計算機的備份。
B. 波音 787 與空客 A380 類似，787 的 MFD 可通過圖形化界面，顯示傳統(tǒng) CDU 的內容。同時增加了兩個多功能鍵盤 MFK（Multifunction Keypad），供主副駕駛使用。 下圖是波音 787 與 777 駕駛艙顯示系統(tǒng)和 CDU 的對比。
下圖是波音 787 的 MFK。1 是 CDU 圖形化顯示開關；2 是上一頁/下一頁鍵；3/4 是執(zhí)行燈和執(zhí)行鍵。
C. 中國商飛 C919 與空客 A380 類似，C919 也不采用傳統(tǒng)的 CDU 形式，而是通過鼠標鍵盤提供操作輸入，通過顯示系統(tǒng)提供操作頁面顯示。 特點二：FMS軟件，駐留在公共平臺 現(xiàn)代民機航電核心系統(tǒng)，一種公共處理器可以宿主多個應用軟件，因此可大大減少了航電設計所需要的模塊數(shù)量。 A. 波音 787 787 的飛管軟件，就駐留在公共核心系統(tǒng)CCS（Common Core System）中。CCS 是一個高完整性的公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡（A664 網(wǎng)絡），同時為駐留的其他系統(tǒng)軟件提供了高完整性計算資源。 CCS 通過遠程數(shù)據(jù)集中器 RDC（Remote Data Concentrators），與機上其他 LRU 交聯(lián)。 B. 中國商飛 C919 與波音 787 類似，C919 也不再配備專門的飛管計算機，而是將軟件駐留在航電核心處理平臺中，通過 A664 網(wǎng)絡實現(xiàn)通信和控制。 05 飛行中,FMS扮演什么角色？
A. 起飛前（Before Take Off） 飛行員通過 FMS 接口輸入飛行計劃，包括起飛機場、離場程序、航路點、進場程序、目的機場等，F(xiàn)MS 計算飛行路徑。 飛行員通過 FMS 接口輸入飛機重量、巡航高度、燃油量、環(huán)境溫度等性能數(shù)據(jù)，F(xiàn)MS 計算最佳起飛推力和飛機飛行的垂直剖面。 B. 爬升階段（Climb） 爬升階段一般指從起飛安全高度到巡航高度。當飛行高度 400ft，飛行員接通橫向導航（L-NAV）和垂直導航（V-NAV），F(xiàn)MS 實現(xiàn)飛機的水平和垂直導航。 FMS 根據(jù)飛行員選擇的目標推力和目標速度，計算最佳爬升剖面（爬升角度和爬升速度），并給出分段爬升和爬升頂點高度的建議。 C. 巡航階段（Cruise） FMS 計算最佳巡航速度和高度，兩機場之間采用大圓航線的路徑飛行。
D. 下降階段（Descend） 下降階段一般指從巡航高度到進場高度。FMS 會根據(jù)飛行員輸入和導航數(shù)據(jù)庫，確定飛機開始下降的頂點，并計算下降速度，最大限度地利用飛機高度勢能，從而節(jié)省燃油。 E. 進近階段（Approach） 進近階段一般指從進場高度到著陸安全高度。FMS 會計算最優(yōu)速度，引導飛機到跑道入口和著陸點。 好的，F(xiàn)MS 的介紹就是這樣，如有疑問，歡迎點評、留言~ 相關文章，點擊閱讀：
|
