自動飛行控制系統(tǒng)：4性能功能

1、第四節(jié)性能計算功能與軌跡優(yōu)化飛機的飛行縱向（垂直）剖面管理，亦即飛機飛行的高度、速度、爬升、下降、爬升和下降的速率等，飛行管理工作則是由FMC的性能管理功能實現(xiàn)的。性能管理是飛行管理系統(tǒng)中的一個重要功能，根據(jù)駕駛員的需要及飛機飛行狀況，F(xiàn)MC能給出性能管理的目標(biāo)值，如：應(yīng)飛速度、高度，所需推力及它的限制值，為飛行航線自動管理的實現(xiàn)，為制導(dǎo)功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)提供基準(zhǔn)值。機組若在DFCS-MCP按壓”V NAV”電門后,飛機的垂直剖面就可由FMC控制.FMCS性能管理與計算一、性能管理功能概述 飛機沿著預(yù)定航線飛行，飛行的垂直剖面參數(shù)，如：飛行速度和高度等是決定飛機飛行經(jīng)濟成本的重要參數(shù)。 因為:飛機起

2、飛后飛機爬高速率；以多長時間爬到預(yù)定的高度；飛機的巡航高度；飛行的速度；能否分段爬到更高的巡航高度；什么時候開始下降；下降速率為多少等.關(guān)系到飛機飛這一段預(yù)定航線所需飛行時間，需耗用多少燃油的問題。而這些飛機縱向剖面上的參數(shù)是決定民航飛機經(jīng)濟成本的重要參數(shù)。因此如何操縱縱向平面上的這些參數(shù)變得至關(guān)重要。而這一工作在飛行管理中則由性能管理功能塊予以實現(xiàn)，以給出最經(jīng)濟、最合理的縱向剖面參數(shù)。 “性能管理”主要完成 :用來按成本指標(biāo)最小優(yōu)化飛行剖面，例如:計算最優(yōu)速度V,最優(yōu)推力參數(shù),最優(yōu)高度,進場速度等,給出期望的目標(biāo)值:T、V、H等目標(biāo)值，這是性能管理中最為重要的工作。監(jiān)控飛機的燃油消耗和飛機重

3、量。這是從安全考慮，確保飛行安全。預(yù)測飛行途中，不斷計算到達某一點的距離、飛行時間、燃油消耗，為駕駛員提供咨詢。為其它功能如EFIS和CDU顯示提供必要參數(shù)，.以上計算的一些參數(shù)還輸送到FMC導(dǎo)航微處理機的制導(dǎo)電路部分，該產(chǎn)生制導(dǎo)指令輸?shù)阶詣玉{駛系統(tǒng)和自動油門系統(tǒng)，操縱飛機沿計算的垂直剖面飛行。輸送到性能功能的傳感器燃油系統(tǒng):燃油加法器來的飛機當(dāng)時的燃油量以及燃油流量;ADC：提供飛機高度、飛行空速和馬赫數(shù)、空氣靜穩(wěn)等；A/T計算機(或TMC):提供發(fā)動機N1或壓力比EPR;發(fā)動機引氣狀態(tài)、N1（或EPR）參數(shù)的降低推力值;位置傳感電子系統(tǒng)：飛機在“空中”以及襟翼位置的數(shù)據(jù)。輸送到性能功能的其

4、它功能塊的輸入 導(dǎo)航功能塊：當(dāng)時、預(yù)報飛行前方、爬高頂點的風(fēng)速和風(fēng)向；飛行計劃；目的地機場。 制導(dǎo)功能塊： 離港機場和目的地機場的標(biāo)高以及到目的地機場的待飛距離。機組從CDU上向性能功能塊輸入的參數(shù):飛機無燃油全重或飛機起飛全重：加上（減去）燃油加法器來的燃油重量數(shù)據(jù)得到飛機全重或無燃油全重；巡航高度以及風(fēng)向、風(fēng)速；假設(shè)溫度；（以下數(shù)據(jù)在工程部門的指令下輸入）成本指數(shù)；阻力系數(shù)；燃油流量系數(shù)機組從CDU上向性能功能塊輸入的參數(shù):成本系數(shù)成本系數(shù)（COAST INDEX）：是航空公司根據(jù)本身的經(jīng)濟政策制定的。 （總運營成本-燃油成本）/分鐘成本系數(shù)= 燃油成本/千克總運營成本包括：燃油成本、飛機

5、折舊費用、維護費用、飛行員工資、經(jīng)營管理費用。燃油成本(每千克燃油價格)：根據(jù)當(dāng)時燃油價格而定。成本系數(shù)可從0-200（或0-999）之間取值。B（200）A（0）C（35）燃油消耗F時間成本CFC當(dāng)選取成本系數(shù)為0時，F(xiàn)MC就以給定航程下耗油最少為依據(jù)而計算。因為：成本系數(shù)為0，說明總運營成本中主要是燃油成本，也說明此時燃油價格最高，節(jié)省燃油消耗即可減少成本。當(dāng)選取成本系數(shù)為最高值200時，F(xiàn)MC以給定距離航程下飛行時間最短為依據(jù)計算。此時燃油消耗只占總運營成本中很少比例，縮短飛行時間即可減少成本。該曲線斜率k即為成本系數(shù)。機組從CDU上向性能功能塊輸入的參數(shù): 成本系數(shù)0C=0：雖然燃油消

6、耗最少，但飛行時間長（在燃油成本曲線的A點），但在這一點上總的成本不是最低。C=200飛機飛得最快，飛行時間最短（在燃油成本曲線的B點），時間成本最少，但燃油消耗最多，總成本也比較高。各航空公司根據(jù)當(dāng)時燃油價格和本公司經(jīng)營情況，在燃油成本曲線上找到一點（如C點）的曲線斜率作為成本系數(shù)值，以得到最低成本。機組從CDU上向性能功能塊輸入的參數(shù):成本系數(shù)機組從CDU上向性能功能塊輸入的參數(shù): 阻力系數(shù)和燃油流量系數(shù)阻力系數(shù)和燃油流量系數(shù)在CDU的“識別頁”上顯示，在維護頁面的“性能系數(shù)頁”上輸入。數(shù)據(jù)范圍是: -9.9(或-5.0) - +9.9。阻力系數(shù):與飛機飛行阻力有關(guān)的平均每海里飛行所消耗燃

7、油的百分比率值。其與飛機的新舊程度（飛機表面光滑狀態(tài)有關(guān)）。新飛機表面光滑，流線狀態(tài)好，飛行阻力小，飛行1海里所耗燃油少，阻力系數(shù)的值應(yīng)取小些，否則取大值。燃油流量系數(shù):是與發(fā)動機燃油流量有關(guān)的平均每海里飛行所消耗燃油的百分比率。其與發(fā)動機的新舊程度有關(guān)。機組從CDU上向性能功能塊輸入的參數(shù):巡航高度、風(fēng)值、溫度值巡航高度:是每次飛行必須由飛行員在性能起始頁上輸入的。FMC根據(jù)這個要求的巡航高度來計算許多飛行垂直剖面性能數(shù)據(jù)。風(fēng)值、溫度值:不是FMC計算性能參數(shù)的必要數(shù)據(jù)。飛行員即使不輸入航路上的風(fēng)和溫度的數(shù)值，F(xiàn)MC也能提供更加精確的結(jié)果。 風(fēng)值、航路溫度（可用國際標(biāo)準(zhǔn)大氣偏差溫度值）根據(jù)塔

8、臺航管員所提供的數(shù)值輸入。FMC計算的縱向剖面各階段的性能參數(shù)-總重,剩余燃油量FMC性能功能塊根據(jù)前面輸入的數(shù)據(jù)計算飛機飛行垂直剖面各階段的各種性能參數(shù)。如：飛機全重： 開始時等于機組輸入的起飛全重，飛行中使用無燃油全重加上燃油加法器輸來當(dāng)時燃油總量；剩余燃油總量： 由燃油總量減去耗用的燃油量得到。（耗用的燃油量是由燃油系統(tǒng)來的燃油流量積分計算得到的。）這個計算得到的剩余燃油量與燃油加法器來的燃油總量進行比較，若它們之間差值大于3000磅，就會在CDU上顯示信息。這時要求機組根據(jù)當(dāng)時情況，選擇其中之一作為準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，供FMC計算用。FMC計算的縱向剖面各階段的性能參數(shù)-高度最佳高度： 根據(jù)航路

9、距離、飛機全重、當(dāng)時外界溫度、爬升剖面和下降剖面情況以及航路風(fēng)向、風(fēng)速來進行計算。按照計算所得的最佳高度飛行，可以得到最低的巡航飛行成本。（可以用最少的油量爬到巡航高度，可以避開航路逆風(fēng)，或在最大順風(fēng)高度層飛行。在飛機下降階段最大限度利用飛機的位能）最大高度： 是飛機飛行的高度極限值，受飛機允許飛行的最高高度、飛機爬升能力和飛機特技能力的限制。其計算根據(jù)飛機重量、發(fā)動機推力、大氣溫度、風(fēng)速和飛行方式等數(shù)據(jù)進行的。FMC不但連續(xù)計算正常工作時的最大高度，它還連續(xù)計算單發(fā)停車時的飛機極限飛行高度。FMC計算的縱向剖面各階段的性能參數(shù)-速度最大,最小速度： 根據(jù)飛機飛行高度，發(fā)動機的最小推力和可以達

10、到的最大推力，飛機全重和飛機工作極限來計算的。該計算所得的速度曲線為指令速度建立限制，對CDU輸入數(shù)據(jù)進行限制控制。速度極限包絡(luò)特性曲線： 由最大使用空速/最大使用馬赫數(shù)，低速抖動極限，高速抖動極限，低和高速工作的最大巡航推力4條曲線中給定的最小和最大速度確定的。當(dāng)飛機沒有遇到失速或高速沖擊時，飛機不允許在該速度極限包絡(luò)線以外以1.3g的加速度飛行。遠航程巡航速度： 是最大航程速度數(shù)值的99%；最大航程速度： 是給定燃油和飛機全重情況下所能達到的飛機最大航程。FMC計算的縱向剖面各階段的性能參數(shù)-速度目標(biāo)速度（最佳速度）: FMC連續(xù)計算飛機在爬升、巡航、等待、下降和單發(fā)停車時的最佳速度，其根

11、據(jù)飛機總重、高度、飛機速度極限特性和推力極限、大氣溫度、成本系數(shù)以及風(fēng)速、風(fēng)向等數(shù)據(jù)計算的。該數(shù)據(jù)既作為個飛行階段的速度預(yù)告，也作為制導(dǎo)部分的目標(biāo)速度值。襟翼放下情況下的速度計算： 計算襟翼放下時飛機飛行的最小空速和允許的最大空速。FMC計算的縱向剖面各階段的性能參數(shù)-階梯爬升咨詢高度階梯爬升咨詢高度： 是FMC基于對巡航航段很多點進行在更高高度降低成本的綜合評估，是考慮了成本系數(shù)、飛機重量、航程、風(fēng)速、風(fēng)向等因素確定的。經(jīng)濟爬升剖面： FMC根據(jù)成本系數(shù)值來計算以獲得最佳經(jīng)濟效果。爬升：升降速度是9000英尺/分鐘，飛機的空速是下一階段飛機飛行的巡航速度；下降：遵守一些限制數(shù)據(jù)：馬赫/空速限

12、制、飛行高度限制、座艙增壓速率限制和進近標(biāo)準(zhǔn)程序的限制。計算的數(shù)據(jù)包括：下降頂點、下降航段速度、下降航段的推力、加速度、減速度航路及座艙增壓速率等。沿飛行縱向剖面各點的高度、空速、地速、至航段終點的距離和預(yù)計到達時間、飛機全重等數(shù)據(jù)都由FMC的性能部分計算得到。特別是其最基本的性能數(shù)據(jù)：速度和推力，在各航段的各選用方式中都能提供。速度目標(biāo)值和推力限制：用于確保發(fā)動機不被燒壞。推力限制與目標(biāo)速度一樣，也通過FMC的制導(dǎo)功能部分發(fā)送到自動駕駛儀和自動油門系統(tǒng)，以產(chǎn)生指令對飛機的飛行航路進行自動控制。在計劃飛行的航路中，若在兩個航路點之間沒有事先規(guī)定縱向剖面的性能要求，那么，F(xiàn)MC就規(guī)定兩航路點之間

13、按照大圓弧航線巡航飛行。性能數(shù)據(jù)的計算重復(fù)率根據(jù)各參數(shù)的性質(zhì)而有所不同，F(xiàn)MC區(qū)分他們的輕重緩急進行分別處理。當(dāng)時正在飛行的航段以及下一個即將飛行的航段：5秒鐘；其它航段：5分鐘；爬升飛機在到達AFCS-MCP上所選定高度以前、在下降階段，飛機降到AFCS-MCP所選定的高度以前：5秒鐘；其它性能計算、性能預(yù)告信息：5分鐘。二、“非優(yōu)化”飛行剖面的建立“非優(yōu)化”的飛行剖面，是指：爬高極端在最大角；發(fā)動機停車或最大速率；巡航階段在LRC或發(fā)動機停車；下降階段在經(jīng)濟速度。H（英尺）10000HCMd=MCM=CASd=CAS=250節(jié)250節(jié)R下降段巡航段爬高段250節(jié)飛機的高度剖面飛機的高度剖面

14、這些飛行剖面是依據(jù)飛機性能數(shù)據(jù)庫提供的各方式的速度排定,及提供的飛機性能和發(fā)動機數(shù)據(jù),考慮到各種約束(如ATC對高度,速度的限制),通過求解飛機質(zhì)點運動微分方程來建立的。從起飛到進場著陸前的飛行階段，大致可劃分為：爬高：飛機起飛后爬高到10000英尺，速度到250節(jié)后離場轉(zhuǎn)入爬高段；在爬高段上，飛機以等CAS爬高，至某一高度轉(zhuǎn)入等M數(shù)爬高，直到巡航高度。巡航：飛機一般以等MC數(shù)作等高度HC飛行，直到下降開始點，飛機作下降飛行；下降：飛機以空油門，等Md下降，到某一高度后（CAS=CASd），以等CASd下降到10000英尺，再轉(zhuǎn)入平飛減速到250節(jié)，再以等250節(jié)空速下降。然后轉(zhuǎn)入進場著陸。從

15、整個飛行各階段來看，飛機在垂直平面上的運動可劃分為：水平飛行；爬高/下降。因此建立飛行剖面，可以按平飛段，爬高/下降分別計算，使計算更為方便。飛機在垂直平面的運動由下列一組微分方程給予描述：水平飛行階段對于水平飛行階段來說，飛機可能作等速平飛，也可能作加速（或減速）平飛；飛行高度一般有機組給定，如HC；巡航段的飛機起始重量為飛機爬高結(jié)束點（爬高到巡航高度HC的點）時的重量。假設(shè)平飛段時飛機的升力（L）等于重力，如等速飛行時，阻力D等于推力T。則：計算以x為步長，直到給定距離。（如下降起點）水平等速飛行段方程：已知：V水平飛行階段:加速/減速平飛階段運動方程：T給定，已知V0，Vf 計算以x為步

16、長，直到V（或M）到給定值，或到給定距離。因為在巡航階段飛行時，駕駛員通過CDU選定巡航飛行高度，及選擇巡航飛行的方式，當(dāng)有了巡航飛行重量和高度后，即由飛機性能數(shù)據(jù)庫提供期望的巡航馬赫數(shù)或速度值。通過水平段剖面的建立，不僅可提供飛行進程中的時間、燃油狀況和飛行距離，還可以提供期望的推力值，為自動油門計算機提供控制指令。水平飛行階段爬高/下降段的剖面計算-等CAS爬高/下降計算的終值改為h=hc（ 巡航高度）等CAS爬高/下降的運動方程：（一）等（CAS=）起始：V=250節(jié)，h=10000英尺以h為步長，計算到M=Mup下降段的剖面計算 對于下降段剖面的計算與爬高段相仿，只是認為下降段飛行時為

17、空油門，計算則是倒過來進行的，即h（高度）例如從10000英尺作為積分的起始變量，積分終值為h=hc，由低高度積分到高高度。爬高/下降段的剖面計算-等CAS爬高/下降計算的終值改為h=hc（ 巡航高度）等CAS爬高/下降的運動方程：（一）等 （CAS=）起始：V=250節(jié)，h=10000英尺以h為步長，計算到M=Mup爬高/下降段的剖面計算-等CAS爬高/下降計算的終值改為h=hc（ 巡航高度）等CAS爬高/下降的運動方程：（一）經(jīng)濟的（推力給定）起始：V=250節(jié)，h=10000英尺以h為步長，計算到M=Mup爬高/下降段的剖面計算-等M爬高/下降等CAS和等M爬高段計算相仿，只是航跡傾斜角

18、和速度V的方程不同。等M爬高/下降的運動方程:通過上面計算，可以預(yù)測飛行進程中的時間、燃料狀況、距離、爬高結(jié)束點和下降起始點和燃油消耗情況。因此可降低飛機起飛重量和準(zhǔn)確地結(jié)束爬高和開始下降。因為提前或推遲到爬高點，提前或推遲下降，都會增加燃料的消耗。因此，假加入性能管理這一功能，能有效地節(jié)省燃油的消耗，降低飛機飛行的成本。三、優(yōu)化剖面的建立飛行剖面的優(yōu)化，即是飛機飛行狀態(tài)的優(yōu)化，就是在一定飛行條件下，如何選取飛機的最優(yōu)飛行狀態(tài)，如：速度、高度及推力設(shè)置，來使其某項性能指標(biāo)達到最小，這些連續(xù)的最優(yōu)飛行狀態(tài)，便構(gòu)成了飛機的最優(yōu)飛行軌跡，因此，對飛機飛行性能的優(yōu)化就是飛機飛行軌跡的優(yōu)化。將飛機的立體

19、飛行軌跡在水平面和鉛垂面內(nèi)分解，即得到水平軌跡（Ground Track）和垂直飛行剖面（Vertical Flight Propile）。水平航跡主要取決于飛行途中的航路點要求、導(dǎo)航臺位置等。垂直飛行剖面即是沿上述曲線形狀的水平航跡上的高度、速度剖面。飛機的飛行性能主要是由其垂直飛行剖面所決定的，所以，性能優(yōu)化主要就是飛機縱向飛行剖面的優(yōu)化。B737-800飛機性能功能介紹性能功能為最經(jīng)濟的垂直航跡剖面提供空速和發(fā)動機推力值。其使用空氣動力和發(fā)動機模型來完成以下參數(shù)計算：速度目標(biāo)值速度限制N1目標(biāo)值N1限制飛機總重B737-800飛機性能功能介紹速度和推力目標(biāo)在飛行的爬升、巡航和下降階段過程

20、中，性能功能計算最佳的速度和推力目標(biāo)值。經(jīng)濟方式（ECON）是每一飛行階段的缺選方式。工作在經(jīng)濟方式時，F(xiàn)MC使用飛行機組輸入的數(shù)據(jù)（巡航高度、成本指數(shù)等）計算最省成本的飛行剖面。其它的執(zhí)行方式（最大速率爬升，遠航程巡航、速度下降等）也可得到，飛行機組可以通過MCDU進行選擇。當(dāng)銜接VNAV方式時，速度和推力目標(biāo)值發(fā)送到FMC制導(dǎo)功能，隨后制導(dǎo)功能向DFCS和自動油門計算機發(fā)出指令以控制飛機的垂直飛行路徑。在起飛或進近/復(fù)飛操縱期間，速度目標(biāo)值不送到DFCS。僅僅使用N1目標(biāo)值（限制值或如果選擇發(fā)動機減推力時的減推力值。） B737-800飛機性能功能介紹速度和推力限制性能功能還計算飛行的爬升

21、、巡航和下降階段的最小和最大的速度和推力限制，這將確保飛機在其飛行包絡(luò)線范圍內(nèi)操縱，同時防止發(fā)動機可能的調(diào)節(jié)過量。 總重FMCS計算飛機的總重或飛行機組人工地輸入總重。來自燃油油量處理器組件的總?cè)加椭剌斎氲紽MC。通過MCDU飛行機組既可輸入總重或也可輸入無燃油總重。如果飛行機組輸入總重，F(xiàn)MC用總重減掉總?cè)加椭貋碛嬎銦o燃油重量。如果飛行機組輸入無燃油重量的話，F(xiàn)MC用總?cè)加椭睾蜔o燃油重量相加得到飛機總重。B737-800飛機性能功能介紹性能數(shù)據(jù) FMC使用下列數(shù)據(jù)作為性能計算：大氣數(shù)據(jù)巡航高度成本指數(shù)燃油重量發(fā)動機引氣傳感器機型/發(fā)動機數(shù)據(jù)庫B737-800飛機性能功能介紹1、大氣數(shù)據(jù)FMC

22、使用來自ADIRU的大氣數(shù)據(jù)：大氣溫度用來計算推力限制值；高度用來計算速度和推力目標(biāo)值和限制值；空速用來計算DFCS /自動油門指令。2、巡航高度巡航高度由飛行機組通過MCDU輸入，它用來建立爬高頂點（T/C）的高度。 B737-800飛機性能功能介紹3、成本指數(shù)成本指數(shù)是：時間成本（如勞動力）與燃油成本的比值。成本指數(shù)值低意味著燃油成本比時間成本更重要。成本指數(shù)高意味著時間成本比燃油成本更重要。燃油成本高的飛行其性能經(jīng)濟速度排定就較慢。時間成本高的航班，其經(jīng)濟速度排定就較快。飛行機組在MCDU上輸入成本指數(shù)，必要時可以改變此數(shù)據(jù)。范圍是000（最經(jīng)濟）到200（時間關(guān)鍵）。這將允許運營者針對

23、其所運營的條件和航路調(diào)整經(jīng)濟速度計劃（爬升、巡航和下降）。B737-800飛機性能功能介紹燃油重量燃油重量數(shù)據(jù)由燃油量處理器組件向FMC傳送，F(xiàn)MC計算總重時使用。如果來自燃油量處理器組件的總?cè)加土繑?shù)據(jù)是無效的，飛行機組可以在MCDU上人工地向FMC輸入燃油重量。每30分鐘FMC用VERIFY GW AND FUEL（核實總重和燃油）提示飛行機組輸入一個新的燃油重量。在飛機通過T/D（下降頂點）并輸入一個Vref值后， FMC將不再顯示該提示。發(fā)動機引氣傳感器FMC從空調(diào)系統(tǒng)和發(fā)動機及機翼的熱防冰系統(tǒng)（TAI）接收模擬離散信號。FMC使用該數(shù)據(jù)校計算的推力值。 B737-800飛機性能功能介紹機型/發(fā)動機數(shù)據(jù)庫（MEDB） MEDB包含下列數(shù)據(jù)：一個飛機的空氣動力模型。它由建議的速度排定、最佳操縱高度、抖振極限包絡(luò)線和認證的飛機操縱極限組成。 在該數(shù)據(jù)庫中還有發(fā)動機不工作操作條件