1.1　飞行管理系统

飞行管理系统（Flight Management System，FMS）是大型客机数字化电子系统的核心，是集航迹预测、性能优化、综合导航、飞行引导、信息显示、飞行控制等功能为一体的综合系统。飞行管理系统通过组织、协调和综合飞机上多个航空电子系统的功能，在飞行过程中管理飞行计划、提供参考航迹、计算最优性能参数、按照参考轨迹与导航数据引导飞机飞行，保证飞行计划的实施，协助飞行员完成从起飞到着陆的各项任务，管理、监视和操纵飞机以实现全航程自动飞行。

狭义的飞行管理系统主要包括两部分：飞行管理计算和多功能控制显示组件（Multi- Control Display Unit，MCDU）。广义的飞行管理系统一般指综合航空电子系统的核心部分，主要包括飞行管理计算机系统、综合导航系统、自动飞行控制系统和自动油门系统。机上通信系统（电台、卫星通信终端、空管人员-飞行员数据链通信系统等）和机上监视系统（应答机、广播式自动相关监视收发机）、气象雷达等设备也被划分到飞行管理系统范畴。图1-1所示为飞行管理计算机主要功能模块的关系。

飞行引导是飞行管理系统最早实现的功能，早在20世纪80年代，波音公司的B767客机飞行管理系统就实现了性能管理和三维（3D）飞行引导功能。三维飞行引导指令由水平引导指令和垂直引导指令组成，水平引导是指根据飞机相对于水平航迹（经度+纬度）的水平误差，生成横侧向操纵指令；垂直引导是指在水平引导的基础上，先根据垂直飞行计划和飞行性能生成垂直参考航迹，再根据飞机相对于垂直参考航迹的垂直误差产生俯仰和推力指令，并把指令输送到自动飞行系统和自动油门系统。

美国国家航空航天局（NASA）与洛克希德公司在20世纪80年代基于L-1011型飞机，对四维飞行引导的相关技术（包含导航、制导、飞行管理系统）进行了研究。该项研究通过机载设备和预报数据获得对风速更加准确的估计，并提出四维飞行引导算法必须支持选择合适的巡航和下降速度计划，并产生空速、高度和航程（范围）指令用于闭环控制来满足优异的到达时间和三维空间剖面要求。

随着四维（4D）导航技术的发展，霍尼韦尔公司（Honeywell）、罗克韦尔柯林斯公司（Rockwell Collins、泰雷兹公司（THLAES）、通用电气公司（GE）和加拿大马可尼电子公司（CMC Electronics）研发的飞行管理系统都具备了四维航迹规划和四维飞行引导功能，此类飞行管理系统简称4D-FMS。四维飞行引导功能体现如下：当航路点有到达时间（Required Time of Arrival，RTA）约束时，垂直引导计算功能基于当前飞行状态和四维航迹误差生成飞行引导指令，使飞机按照四维航迹飞行，从而满足航路点对到达时间的控制要求。

4D-FMS将飞行计划和航迹预测/航迹规划相结合，利用支撑航迹运行的性能数据库和导航数据库，结合飞机当前飞行状态（飞机实时质量、气象信息等）进行四维航迹计算，并根据航迹规划生成的参考航迹，产生包括期望滚转角、垂直引导的期望速度、期望航迹倾斜角、期望推力和控制模态转换指令等在内的基于四维航迹运行的飞行引导指令，控制飞机按预定航迹精确地飞行。在飞行引导的同时，实时评估飞行系统误差，进行航迹运行自检验，在位置或时间误差超限的情况下，触发航迹重规划，从而在满足RTA的约束条件下，实现精确飞行引导。 3nT304fzbKmgzx7vGT7Y8S60DS1cURhckFsggCXRyacrBGH3sVRaGgCdKqu9uWZL