System zarządzania lotem - Flight management system

Przykład wyświetlacza kontrolnego FMS używanego w Boeing 737-300

System zarządzania lotem ( FMS ) jest podstawowym elementem awioniki współczesnego samolotu . FMS to wyspecjalizowany system komputerowy, który automatyzuje różnorodne zadania podczas lotu, zmniejszając obciążenie załogi lotniczej do tego stopnia, że ​​współczesne cywilne statki powietrzne nie mają już inżynierów ani nawigatorów . Podstawową funkcją jest zarządzanie planem lotu w trakcie lotu. Korzystając z różnych czujników (takich jak GPS i INS, często wspomaganych radionawigacją ) w celu określenia pozycji statku powietrznego, FMS może prowadzić samolot wzdłuż planu lotu. Z kokpitu FMS jest zwykle sterowany za pomocą wyświetlacza kontrolnego (CDU), który zawiera mały ekran i klawiaturę lub ekran dotykowy. FMS przesyła plan lotu do wyświetlenia do elektronicznego systemu przyrządów pokładowych (EFIS), wyświetlacza nawigacyjnego (ND) lub wyświetlacza wielofunkcyjnego (MFD). FMS można podsumować jako podwójny system składający się z komputera zarządzania lotem (FMC) , CDU i magistrali cross-talk.

Nowoczesny FMS został wprowadzony na Boeing 767 , chociaż istniały wcześniejsze komputery nawigacyjne. Obecnie systemy podobne do FMS istnieją w samolotach tak małych jak Cessna 182 . W swojej ewolucji FMS miał wiele różnych rozmiarów, możliwości i kontroli. Jednak pewne cechy są wspólne dla wszystkich FMS.

Baza danych nawigacji

Wszystkie FMS zawierają nawigacyjną bazę danych. Baza danych nawigacji zawiera elementy, z których zbudowany jest plan lotu. Są one zdefiniowane w standardzie ARINC 424 . Baza danych nawigacji (NDB) jest zwykle aktualizowana co 28 dni w celu zapewnienia aktualności jej zawartości. Każdy FMS zawiera tylko podzbiór danych ARINC / AIRAC , odpowiednich do możliwości FMS.

NDB zawiera wszystkie informacje potrzebne do stworzenia planu lotu, w tym:

Punkty trasy mogą być również definiowane przez pilota (-ów) na trasie lub przez odniesienie do innych punktów na drodze z wprowadzeniem miejsca w postaci punktu trasy (np. VOR, NDB, ILS, lotnisko lub punkt / skrzyżowanie).

Plan lotu

Plan lotu jest zazwyczaj określany na ziemi, przed odlotem albo przez pilota mniejszych statków powietrznych, albo przez profesjonalnego dyspozytora dla samolotów. Jest wprowadzany do FMS albo poprzez wpisanie go, wybranie z zapisanej biblioteki wspólnych tras (Trasy Firmowe), albo poprzez łącze danych ACARS z centrum dyspozytorskim linii lotniczych.

Podczas lotu przed lotem wprowadzane są inne informacje związane z zarządzaniem planem lotu. Może to obejmować informacje o osiągach, takie jak masa całkowita, waga paliwa i środek ciężkości. Będzie zawierał wysokości, w tym początkową wysokość przelotową. W przypadku statków powietrznych bez GPS wymagana jest również pozycja początkowa.

Pilot używa FMS do modyfikacji planu lotu w locie z różnych powodów. Znaczący projekt inżynieryjny minimalizuje naciskanie klawiszy, aby zminimalizować obciążenie pilota podczas lotu i wyeliminować wszelkie mylące informacje (informacje wprowadzające w błąd). FMS wysyła również informacje z planu lotu do wyświetlenia na wyświetlaczu nawigacyjnym (ND) przyrządów pokładowych elektronicznego systemu przyrządów lotu ( EFIS ). Plan lotu jest generalnie wyświetlany w postaci karmazynowej linii, a inne lotniska, pomoce radiowe i punkty trasy są wyświetlane.

Specjalne plany lotów, często spełniające wymagania taktyczne, w tym wzorce poszukiwań, spotkania, orbity tankowców do tankowania w locie, obliczone punkty zrzutu powietrza (CARP) dla dokładnych skoków ze spadochronem to tylko niektóre ze specjalnych planów lotu, które niektóre FMS mogą obliczyć.

Określenie pozycji

Podczas lotu głównym zadaniem FMS jest określenie pozycji statku powietrznego i dokładności tej pozycji. Prosty FMS wykorzystuje pojedynczy czujnik, zazwyczaj GPS do określenia pozycji. Jednak nowoczesne FMS wykorzystują jak najwięcej czujników, takich jak VOR, w celu określenia i potwierdzenia ich dokładnej pozycji. Niektóre FMS wykorzystują filtr Kalmana, aby zintegrować pozycje z różnych czujników w jednej pozycji. Typowe czujniki obejmują:

  • Odbiorniki GPS o jakości lotniczej działają jako główny czujnik, ponieważ mają najwyższą dokładność i integralność.
  • Pomoce radiowe przeznaczone do nawigacji lotniczej są drugimi czujnikami najwyższej jakości. Obejmują one;
  • Inercyjne systemy odniesienia (IRS) wykorzystują żyroskopy laserowe pierścieniowe i akcelerometry do obliczania pozycji statku powietrznego. Są bardzo dokładne i niezależne od zewnętrznych źródeł. Linie lotnicze wykorzystują średnią ważoną trzech niezależnych IRS do określenia pozycji „triple mixed IRS”.

FMS stale sprawdza krzyżowo różne czujniki i określa pojedynczą pozycję i dokładność samolotu. Dokładność jest opisana jako rzeczywiste osiągi nawigacyjne (ANP) - okrąg, w którym statek powietrzny może znajdować się w dowolnym miejscu, mierzony jako średnica w milach morskich. Nowoczesna przestrzeń powietrzna ma określoną wymaganą wydajność nawigacyjną (RNP). Statek powietrzny musi mieć mniejszy ANP niż jego RNP, aby mógł działać w określonej przestrzeni powietrznej wysokiego poziomu.

Poradnictwo

Biorąc pod uwagę plan lotu i pozycję statku powietrznego, FMS oblicza kurs do naśladowania. Pilot może podążać tym kursem ręcznie (podobnie jak podążając radialnym VOR) lub autopilota można ustawić tak, aby podążał za kursem.

Tryb FMS jest zwykle nazywany LNAV lub nawigacją boczną dla bocznego planu lotu i VNAV lub nawigacją pionową dla pionowego planu lotu. VNAV zapewnia docelowe prędkości i nachylenia lub wysokość, a LNAV zapewnia autopilotowi polecenie sterowania przechyłem.

VNAV

Wyrafinowane samoloty, głównie samoloty, takie jak Airbus A320 lub Boeing 737 i inne samoloty napędzane turbowentylatorami, mają pełną wydajność nawigacji pionowej (VNAV). Celem VNAV jest przewidywanie i optymalizacja ścieżki pionowej. Wytyczne obejmują sterowanie osią skoku i sterowanie przepustnicą.

Aby mieć niezbędne do tego informacje, FMS musi posiadać szczegółowy model lotu i silnika. Dzięki tym informacjom funkcja może zbudować przewidywaną ścieżkę pionową wzdłuż bocznego planu lotu. Ten szczegółowy model lotu jest zazwyczaj dostępny tylko u producenta samolotu.

Podczas przedlotu FMS buduje profil pionowy. Wykorzystuje początkową masę własną samolotu, wagę paliwa, środek ciężkości i początkową wysokość przelotową, a także boczny plan lotu. Pionowa ścieżka zaczyna się od wspinaczki na wysokość rejsową. Niektóre punkty trasy SID mają ograniczenia w pionie, takie jak „Na lub POWYŻEJ 8 000”. Podczas wznoszenia można zastosować zmniejszony ciąg lub wznoszenie „FLEX”, aby zaoszczędzić nacisk na silniki. Każdy z nich należy wziąć pod uwagę przy prognozowaniu profilu pionowego.

Wdrożenie dokładnego VNAV jest trudne i kosztowne, ale opłaca się oszczędzać paliwo przede wszystkim podczas rejsu i zniżania. Podczas rejsu, gdzie większość paliwa jest spalana, istnieje wiele metod oszczędzania paliwa.

Gdy samolot spala paliwo, staje się lżejszy i może lecieć wyżej, gdzie jest mniejszy opór. Ułatwiają to wspinaczki po schodach lub rejsy wycieczkowe. VNAV może określić, gdzie powinien wystąpić stopień lub wznoszenie podczas przelotu (w którym samolot wznosi się w sposób ciągły), aby zminimalizować zużycie paliwa.

Optymalizacja wydajności pozwala FMS określić najlepszą lub najbardziej ekonomiczną prędkość do lotu poziomego. Nazywa się to często prędkością ECON. Jest to oparte na wskaźniku kosztów, który jest wprowadzany w celu wyważenia prędkości i zużycia paliwa. Wskaźnik kosztów obliczany jest poprzez podzielenie godzinowego kosztu eksploatacji samolotu przez koszt paliwa. Ogólnie indeks kosztów 999 daje prędkości ECON tak szybkie, jak to możliwe bez uwzględnienia paliwa, a indeks kosztów równy zero daje maksymalną wydajność. Tryb ECON to prędkość VNAV używana przez większość samolotów rejsowych.

RTA lub wymagany czas przybycia pozwalają systemowi VNAV namierzyć przybycie do określonego punktu trasy w określonym czasie. Jest to często przydatne do planowania przylotów na lotnisko. W takim przypadku VNAV reguluje prędkość przelotową lub indeks kosztów, aby zapewnić dotrzymanie RTA.

Pierwszą rzeczą, którą VNAV oblicza dla zniżania, jest punkt szczytowy zejścia (TOD). To jest punkt, w którym zaczyna się wydajne i komfortowe zejście. Zwykle będzie to wymagało zniżania na biegu jałowym, ale w przypadku niektórych statków powietrznych zniżanie na biegu jałowym jest zbyt strome i niewygodne. FMS oblicza TOD „lecąc” w dół, od przyziemienia przez podejście do przelotu. Odbywa się to na podstawie planu lotu, modelu lotu samolotu i wiatrów opadających. W przypadku FMS linii lotniczych jest to bardzo wyrafinowana i dokładna prognoza, w przypadku prostego FMS (w mniejszych samolotach) można ją określić na podstawie „praktycznej reguły”, takiej jak ścieżka zniżania o 3 stopniach.

Na podstawie TOD VNAV określa czterowymiarową przewidywaną ścieżkę. Gdy VNAV nakazuje przepustnicom pracę na biegu jałowym, statek powietrzny rozpoczyna zniżanie wzdłuż ścieżki VNAV. Jeśli przewidywana ścieżka jest nieprawidłowa lub wiatry spadające różnią się od przewidywanych, statek powietrzny nie będzie idealnie podążał za ścieżką. Dron zmienia nachylenie w celu utrzymania ścieżki. Ponieważ przepustnice są na biegu jałowym, będzie to modulować prędkość. Zwykle FMS pozwala na zmianę prędkości w małym paśmie. Następnie przepustnice przesuwają się (jeśli statek powietrzny znajduje się poniżej ścieżki) lub FMS żąda hamowania prędkości z komunikatem typu „ADD DRAG” (jeśli statek powietrzny znajduje się nad ścieżką).

Idealny zjazd na biegu jałowym, znany również jako „zielone zejście”, zużywa minimum paliwa, minimalizuje zanieczyszczenie (zarówno na dużych wysokościach, jak i w pobliżu lotniska) oraz minimalizuje lokalny hałas. Podczas gdy większość nowoczesnych FMS dużych samolotów pasażerskich jest w stanie zniżać na biegu jałowym, większość systemów kontroli ruchu lotniczego nie może obecnie obsługiwać wielu statków powietrznych, z których każdy korzysta z własnej optymalnej ścieżki zniżania na lotnisko. W ten sposób kontrola ruchu lotniczego minimalizuje korzystanie z jałowych zjazdów.

Zobacz też

Bibliografia

  1. ^ Sam Miller i in. (2009). „Wkład systemów lotu w nawigację opartą na osiągach” . Magazyn AERO (34, kw. 2) . Źródło 31 grudnia 2012 r .
  2. ^ Spitzer, Carl (2007). „20.2.1”. Awionika, element, oprogramowanie i funkcje . Boca Raton, FL: CRC Press. s. 20–6. ISBN   978-0-8493-8438-7 .
  3. ^ „AERO - Strategie oszczędzania paliwa: wyjaśnienie wskaźnika kosztów” . www.boeing.com . Źródło 2018-12-08 .
  4. ^ Airbus Industrie SE (maj 1998). „Zapoznanie się ze wskaźnikiem kosztów” (PDF) . Cockpitseeker.com . Źródło 8 września 2018 r .

Dalsza lektura

  • ARINC 702A, zaawansowany komputerowy system zarządzania lotem
  • Awionika, element, oprogramowanie i funkcje rozdział 20, Cary R. Spitzer, ISBN   0-8493-8438-9
  • Podręcznik użytkownika FMC B737, rozdział 1, Bill Bulfer, Leading Edge Libraries
  • Casner, SM Przewodnik pilota po nowoczesnym kokpicie linii lotniczych . Newcastle WA, Aviation Supplies and Academics, 2007. ISBN   1-56027-683-5 .
  • Chappell, AR i in. „The VNAV Tutor: Rozwiązywanie problemów ze świadomością trybu dla pilotów samolotów ze szklanym kokpitem”. Transakcje IEEE dotyczące systemów, człowieka i cybernetyki, część A, systemy i ludzie , t. 27, nr 3, maj 1997, s. 372–385.