飛行管理計(jì)算機(jī)水平導(dǎo)航功能的研究

趙東偉（中國(guó)國(guó)際航空股份有限公司運(yùn)行控制中心運(yùn)行業(yè)務(wù)室，北京 100621）

飛行管理計(jì)算機(jī)水平導(dǎo)航功能的研究

趙東偉
（中國(guó)國(guó)際航空股份有限公司運(yùn)行控制中心運(yùn)行業(yè)務(wù)室，北京 100621）

隨著航空事業(yè)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化航空科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，計(jì)算機(jī)在飛行管理中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，飛機(jī)管理工作的質(zhì)量和效率都在不斷提升。飛行管理系統(tǒng)于上世紀(jì)八十年代被廣泛應(yīng)用于航空管制當(dāng)中，為航空飛行管理水平的提升做出了巨大的貢獻(xiàn)。在飛行管理系統(tǒng)的幫助下，不但能夠降低機(jī)組所承擔(dān)的負(fù)荷，完成全程自動(dòng)飛行管理，還可以優(yōu)化飛機(jī)駕駛艙的資源分配，促進(jìn)飛行的優(yōu)化升級(jí)。本文就飛行管理計(jì)算機(jī)水平導(dǎo)航功能開(kāi)展初步研究。

飛行管理；計(jì)算機(jī)；水平導(dǎo)航；功能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.118

由于飛行員訓(xùn)練需要理論與實(shí)際相結(jié)合，而采用真實(shí)飛機(jī)飛行就會(huì)增加訓(xùn)練的風(fēng)險(xiǎn)和消耗，因此，采取飛行模擬器開(kāi)展飛行員的日常訓(xùn)練是最合理的方式。飛行模擬器在自動(dòng)飛行時(shí)所用的導(dǎo)航裝置為飛行管理系統(tǒng)，其具備航跡規(guī)劃、航路管理、水平制導(dǎo)以及飛機(jī)位置的實(shí)時(shí)計(jì)算等功能。針對(duì)飛行管理計(jì)算機(jī)所具備的水平導(dǎo)航功能，本文對(duì)導(dǎo)航功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行了深入的剖析，研究其在建模、計(jì)算機(jī)語(yǔ)言表述的情況下如何與飛行模擬器系統(tǒng)的其他部分實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)工作。

1　飛行管理系統(tǒng)初步介紹

飛行管理系統(tǒng)主要包括四大主系統(tǒng)：飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛指引系統(tǒng)、自動(dòng)油門、傳感器系統(tǒng)。以上四個(gè)主系統(tǒng)之間既是相互獨(dú)立的，又能夠以多種形式組合成不同的工作模式，其中，飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)飛行管理系統(tǒng)的核心部分。當(dāng)在飛行管理計(jì)算機(jī)中輸入相關(guān)航班的航線、起飛機(jī)場(chǎng)、目的機(jī)場(chǎng)等信息時(shí)，管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所具備的慣性導(dǎo)航和無(wú)線電導(dǎo)航功能就能夠即刻找到相關(guān)的航班信息，準(zhǔn)確指出飛機(jī)的即時(shí)位置，向目的飛機(jī)發(fā)送相關(guān)指令，引導(dǎo)其到達(dá)目的機(jī)場(chǎng)。飛行管理系統(tǒng)能夠根據(jù)飛機(jī)的所在位置、目的地、性能參數(shù)、導(dǎo)航臺(tái)位置、航線等信息確定飛機(jī)合理的航向、速度、升降速度以及階梯爬高和下降等指令，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)導(dǎo)航，幫助飛機(jī)達(dá)到最好的飛行和降落狀態(tài)。

2　飛行管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

（1）飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是飛行管理系統(tǒng)的核心部分，主要由飛行管理計(jì)算機(jī)和控制顯示組件構(gòu)成，承擔(dān)著協(xié)調(diào)、處理和控制其他系統(tǒng)工作的任務(wù)?，F(xiàn)階段，很多民航使用的飛機(jī)中為了確保飛行管理系統(tǒng)的可靠性，一般都是裝有兩臺(tái)飛行管理計(jì)算機(jī)，一臺(tái)用于主要管理控制工作，另一臺(tái)備用以防意外情況的發(fā)生。為了便于操作，控制顯示組件被安置在駕駛艙靠近正、副駕駛的中央操縱臺(tái)的前方。

（2）自動(dòng)駕駛指引系統(tǒng)。自動(dòng)駕駛指引系統(tǒng)也叫自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)，是飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，能夠綜合操控自動(dòng)駕駛等系統(tǒng)。其構(gòu)成主要是兩臺(tái)或者三臺(tái)飛行控制計(jì)算機(jī)、一個(gè)方式控制面板和其他的部分。飛行控制計(jì)算機(jī)能夠接收來(lái)自飛機(jī)發(fā)出的各種信號(hào)，根據(jù)實(shí)際的要求對(duì)其作出信息處理，產(chǎn)生輸出指令，操縱飛機(jī)的機(jī)翼、安定面、升降艙等。

（3）自動(dòng)油門。自動(dòng)油門系統(tǒng)由自動(dòng)油門計(jì)算機(jī)和自動(dòng)油門伺服機(jī)構(gòu)構(gòu)成，自動(dòng)油門計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)接收傳感器和方式控制面板傳上來(lái)的數(shù)據(jù)，并對(duì)其根據(jù)要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，一切?shù)據(jù)處理結(jié)束后，再將輸出的指令傳輸?shù)接烷T機(jī)構(gòu)中去。

（4）傳感器系統(tǒng)。傳感器系統(tǒng)主要包括慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)、大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)、測(cè)距儀、全向信標(biāo)、全球定位系統(tǒng)、儀表著陸系統(tǒng)以及燃油總和器和飛行時(shí)鐘等。有了這些系統(tǒng)的支持，將實(shí)際測(cè)量的飛行相關(guān)數(shù)據(jù)與導(dǎo)航的大氣數(shù)據(jù)傳向飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

3　飛行管理系統(tǒng)的水平導(dǎo)航功能

（1）位置計(jì)算。飛機(jī)在飛行過(guò)程中的實(shí)時(shí)位置對(duì)指令的發(fā)布和操縱意義重大，計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序能夠針對(duì)飛機(jī)的飛行位置進(jìn)行精確定位，計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序?qū)︼w機(jī)上無(wú)線電導(dǎo)航接收機(jī)所接收到的地面無(wú)線電信號(hào)和慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)帶來(lái)的信號(hào)進(jìn)行綜合計(jì)算，以達(dá)到最高的精確性和準(zhǔn)確性。無(wú)線電導(dǎo)航接收機(jī)主要由兩臺(tái)DME接收機(jī)、兩臺(tái)VOR接收機(jī)和飛機(jī)在著陸時(shí)會(huì)用到的兩至三臺(tái)ILS設(shè)備組成，他們能夠同時(shí)為中央計(jì)算機(jī)提供接收到的信號(hào)。

（2）IRS位置信號(hào)和無(wú)線電導(dǎo)航位置修正。飛行管理計(jì)算機(jī)首先接收慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)發(fā)出的飛機(jī)位置信號(hào)、航向、航速等信息，在這些綜合信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行導(dǎo)航工作。慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)的基本傳感器是由三個(gè)激光陀螺和三個(gè)加速度計(jì)構(gòu)成，這六個(gè)部件與飛機(jī)緊密固定，沒(méi)有相對(duì)位移的影響，這樣對(duì)感受轉(zhuǎn)動(dòng)量來(lái)說(shuō)十分有利。

（3）位置校正。無(wú)線電導(dǎo)航接收機(jī)所接收到的地面無(wú)線電信號(hào)與慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)所產(chǎn)生的信號(hào)要綜合起來(lái)進(jìn)行計(jì)算以達(dá)到最高的信息精準(zhǔn)度。無(wú)線電導(dǎo)航接收機(jī)的構(gòu)成部分同樣是兩臺(tái)DME和兩臺(tái)VOR，他們各自接收地面發(fā)射臺(tái)發(fā)出的無(wú)線電波。兩個(gè)及其以上的導(dǎo)航參數(shù)才可以確定飛機(jī)的實(shí)時(shí)飛行位置，飛行管理系統(tǒng)主要使用兩種無(wú)線電定位手段，一種是測(cè)距定位，另一中是測(cè)距側(cè)向定位。

（4）飛行管理系統(tǒng)導(dǎo)航功能的實(shí)現(xiàn)。飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能包括無(wú)線電位置計(jì)算、導(dǎo)航臺(tái)選擇、合成速度、慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)混合、本地地球半徑計(jì)算以及位置、速度、高度、補(bǔ)償過(guò)濾器等。經(jīng)過(guò)一系列的綜合計(jì)算，將數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果輸送到自動(dòng)駕駛儀與顯示組件中，幫助駕駛員完成一系列全自動(dòng)操控。飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)優(yōu)先選擇的無(wú)線電定位方式是測(cè)距定位，飛機(jī)上的DME詢問(wèn)機(jī)和地面的DME應(yīng)答機(jī)是實(shí)現(xiàn)測(cè)距不可缺少的設(shè)備，各個(gè)部分配合從而實(shí)現(xiàn)飛行管理系統(tǒng)導(dǎo)航功能。

綜上所述，在飛機(jī)飛行的整個(gè)過(guò)程中，每個(gè)階段都由飛行管理系統(tǒng)進(jìn)行全自動(dòng)管理和控制，將飛機(jī)所處的位置、高度、飛機(jī)狀態(tài)相關(guān)信息精確轉(zhuǎn)換成動(dòng)態(tài)數(shù)字顯示給駕駛員，這種全自動(dòng)的操作管理模式不僅安全、可靠，還給駕駛艙資源的配置提供了很大的空間，大大降低了飛行的成本和消耗，飛行管理系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代化航空科技發(fā)展的新潮流，推動(dòng)航空事業(yè)進(jìn)入發(fā)展的新時(shí)期。

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