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。

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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。为保障欧洲电子核心产品逐渐进入民用飞机的装备领域，从上世纪80年代起，在航空电子系统承包时，欧洲空中客车公司就十分强调以欧洲公司为主，扶植研发欧洲自己的飞行管理系统，以凭借飞机平台的发展机会，为欧洲航空电子厂家创造掌握核心知识产权的机会和条件。同时对于飞机的市场销售采取了灵活的应用方式，即由飞机买主决定装备欧洲还是美国的飞行管理系统产品。这样既削弱了美国供应商一家独大的局面，降低机载设备的装备成本，增强了市场竞争力，又在后继型号发展中不断深入消化、逐步吸纳霍尼韦尔的先进技术，提高欧洲的自研能力，保障其飞机及航空电子系统的核心技术和知识产权效益不断增长。

4 世界主要的FMS生产商及其FMS系统

从当前世界上飞行管理系统的应用情况来看，目前生产飞行管理系统产品的公司主要有美国的霍尼韦尔有限公司、罗克韦尔·柯林斯公司和通用航空电子系统集团，英国的史密斯航空航天公司，法国的泰莱斯航空电子公司和加拿大的CMC电子组件有限公司。具体情况如表1所示。

表1 飞行管理系统产品应用情况

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5 飞行管理系统的种类及其在各类民用飞机上的应用

不同用途、不同航程的飞机所采用的飞行管理系统也各不相同，例如罗克韦尔·柯林斯公司的FMS系列中，FMS-3000是用于短程公务机的FMS，FMS-5000是用于中程公务机的FMS，FMS-6000是用于远程公务喷气机的FMS，FMS-4200是用于支线客气的FMS。目前国外不仅大型民用客机均采用了新一代FMS，公务机、军用运输机以及无人机也采用了FMS。各航空公司可根据自己的需要选装某一公司的FMS产品，同一型号的飞机不同国家、不同公司甚至同一公司不同批次的飞机都可能选装不同的公司的FMS系统。

表2 世界主要公务机采用的FMS系统

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表3 运输机采用的飞行管理系统;.

6 国外最新一代干线客机FMS的特点

·全面的基于性能的导航功能。可在规定的时刻把飞机引导到三维空间的某一个点上，它将使飞机按空中交通管制系统的要求准时进场着陆，既保证飞行安全，又降低油耗。把惯导/卫星导航/无线电导航系统提供的数据加以处理，用于远程途中导航和提高精确着陆导引能力，与飞行控制系统、推力控制系统和飞行仪表系统等配合，实现飞行全过程的自动导航，有效地提高飞行的安全性，改善经济性和大大降低飞行员的工作负担。

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·具有全面的性能计算功能，可计算如：所需燃油和估计的到达时间（ETA）等参数，能基于最大效率或速度设计飞行计划；可以设计航线更远、更复杂的飞行计划，包含的航路点最多可达150个。使用不同的性能选项对主目的地和备用目的地进行精确的飞行剖面预测，包括所需到达时间（RTA）模式，其控制飞行到达时间误差仅为±6秒；在一些拥挤的空域能实现以规定的所需导航性能(RNP)精度飞行。

·数据库存储量增长迅速，存储内容也更加丰富。目前的存储量为20-32M字节（导航数据库实际使用的仅为4-5M字节），可存储多达3000个航空公司飞行航路。借助世界范围的导航数据库，具有远程、大圆途中、进近和垂直导航功能。如：A320系列飞机（A318/A319/A320/A321）的FMS不仅包含窄体飞机FMS所有的最新特征，而且还含有远程飞机所具有的全球导航特性。

·更注重系统的通用性。各种型号的FMS的多功能控制显示单元（MCDU）最大程度上保持互用性，界面布局基本一致；A320系列飞机的FMS硬件平台与A330/A340的相同，采用了部分远程飞机的功能以减少不同型号飞机培训的差异。

·图形式人机接口。多功能控制显示单元（MCDU）采用彩色液晶显示器（LCD），具图形显示功能，可显示气象雷达输出的气象图和TAWS/EGPWS产生的彩色地形图，重量更轻、功耗更小、可靠性更高。现有的MCDU的MTBF为9000小时，新的MCDU将达到11000小时以上。

·更强的管理功能。为更好地对飞机进行性能管理和监控，将发动机有关的信息输入飞行管理计算机，并将推力管理系统融入飞行管理系统；同时增强无线电管理功能，可根据信号强弱和导航台位置自动选择最佳VOR和DME基站。

·能满足未来航空导航系统（FANS）的功能增长要求。通信、导航、监视/空中交通管理(CNS/ATM)应用新技术和程序处理不断增加的空中交通流量，提高飞行安全性。新一代FMS增加新功能使飞行员能利用日益兴起的CNS/ATM提供的优化环境飞行直接航线，并基于效率和飞行速度选择最佳高度，使飞机更有效地飞行。

7 新一代民用运输机FMS的关键技术

系统顶层设计和开发

·系统功能需求分析。系统功能分析是电子系统解决方案的关键设计环节之一。这包括对飞机运行环境的透彻分析和评估，确定电子系统功能如何满足飞机总体需求，并需要;.