民航飛機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

胡長(zhǎng)見(jiàn) 丁鑠彭

摘要：在社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平不斷提高的今天，民航飛機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越平民化和普遍化，因此，社會(huì)大眾對(duì)于民航飛機(jī)的安全性的要求也越來(lái)越高。在民航飛機(jī)的設(shè)計(jì)中，飛行管理系統(tǒng)是其航行中的核心技術(shù)所在，為了能夠優(yōu)化民航飛機(jī)設(shè)計(jì)，就必須對(duì)飛行管理系統(tǒng)做出進(jìn)一步的研究與分析。本文從飛行管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)出發(fā)，力求能夠?qū)ζ渥龀鼍C合性的剖析。

關(guān)鍵詞：民航飛機(jī)；飛行管理系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）07-0203-03

1 概述

1.1 民航飛機(jī)的特點(diǎn)

民航飛機(jī)主要是指民用航空飛機(jī)，此類飛機(jī)有別于軍事類飛機(jī)，按照使用類別的不同，民航飛機(jī)可以分為用于商業(yè)用途，或者是執(zhí)行一般性航空任務(wù)兩種。民航飛機(jī)具有機(jī)身較龐大、乘客人數(shù)多的特點(diǎn)。由于民航飛機(jī)的用途多數(shù)為載人或者載物，因而民航飛機(jī)具有乘坐安全舒適，價(jià)格經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)了一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展和改進(jìn)，民航飛機(jī)的機(jī)身設(shè)計(jì)越來(lái)越科學(xué)，更加安全可靠。

1.2 飛行管理系統(tǒng)特點(diǎn)

飛行管理系統(tǒng)是飛機(jī)的核心所在，是高科技電子系統(tǒng)的凝結(jié)，通過(guò)調(diào)動(dòng)和制衡電子系統(tǒng)中的各個(gè)電子和機(jī)電系統(tǒng)的操作，形成完備的飛行計(jì)劃，并且在全部的航程中，以精密的技術(shù)確保按照飛行計(jì)劃飛行，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)飛行的自動(dòng)化?，F(xiàn)階段，民航飛機(jī)中應(yīng)用的飛行管理系統(tǒng)主要是自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)功能比較綜合化，而且不但能夠?qū)︼w行航程做出導(dǎo)航和控制，還能夠優(yōu)化飛機(jī)的系統(tǒng)性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)的智能化管理，裝載了該系統(tǒng)后，飛機(jī)不但能夠降低油耗，而且還可以提高承載量，使飛機(jī)的飛行更加平穩(wěn)安全，極大地使飛機(jī)的駕駛更加先進(jìn)。

2 飛行管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 飛行管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）傳感器分系統(tǒng)模塊

傳感器分系統(tǒng)中主要包括了慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)（IRS）、大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)（DADC）及無(wú)線電導(dǎo)航、發(fā)動(dòng)機(jī)控制等系統(tǒng)。

2）處理分系統(tǒng)模塊——飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（FMCS）

3）執(zhí)行分系統(tǒng)模塊——自動(dòng)飛行系統(tǒng)（AFS）

4）顯示分系統(tǒng)模塊

2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法

飛機(jī)的管理系統(tǒng)主要是用于幫助駕駛員完成駕駛，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)由起飛到降落的全過(guò)程。因此對(duì)于飛機(jī)的安全航行意義重大，為了確保飛行管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性和安全性，在飛機(jī)管理系統(tǒng)應(yīng)用于飛機(jī)管理之前，可以通過(guò)仿真技術(shù)來(lái)檢驗(yàn)飛行管理系統(tǒng)能夠安全應(yīng)用在實(shí)際操作中。仿真技術(shù)的操作過(guò)程安全性能高，不會(huì)給實(shí)驗(yàn)者帶來(lái)操作危險(xiǎn)，而且通過(guò)仿真技術(shù)實(shí)驗(yàn)成功的飛行管理系統(tǒng)，可以直接應(yīng)用于飛機(jī)系統(tǒng)中，具有非常可靠的實(shí)驗(yàn)意義。

另外，仿真技術(shù)所需的經(jīng)濟(jì)投入低，成本少，因而能夠在節(jié)省了大量資金的情況下完成對(duì)飛機(jī)系統(tǒng)的檢驗(yàn)。由于仿真技術(shù)是出于對(duì)真實(shí)飛行的模擬操作，因此，這種操作具有可重復(fù)的特點(diǎn)，能夠反復(fù)利用，反復(fù)試驗(yàn)，在對(duì)飛機(jī)管理系統(tǒng)進(jìn)行試行的情況下，不但不會(huì)干擾到系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)行，而且也有利于在模擬操作中，檢驗(yàn)系統(tǒng)的整體性能，以期能夠構(gòu)建出更加適宜和安全的系統(tǒng)模型。

在仿真技術(shù)中，主要包括顯示系統(tǒng)和通信系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)算法的全部模擬實(shí)現(xiàn)，來(lái)完成飛行管理系統(tǒng)的檢驗(yàn)。在此之中，應(yīng)用的最多的是水平軌跡算法，這種算法通過(guò)CDU操作界面，將系統(tǒng)數(shù)據(jù)模擬應(yīng)用，并將飛機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)做出監(jiān)控，最后，通過(guò)將算法在仿真系統(tǒng)中的運(yùn)行，來(lái)檢驗(yàn)飛行管理系統(tǒng)能否投入使用。

2.3 飛行管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義

飛行管理系統(tǒng)是現(xiàn)代化的飛機(jī)操作中的重要組成部分，是電子化設(shè)備的核心。經(jīng)由專業(yè)化的電腦操作，實(shí)現(xiàn)飛行駕駛的自動(dòng)化，減少人力操作在飛機(jī)飛行中的比例，降低駕駛員的工作負(fù)荷。在科技技術(shù)高速發(fā)展的今天，駕駛員不再需要配備飛行工程師，或者在飛機(jī)中安裝導(dǎo)航器，這些駕駛中的突破就是由于飛機(jī)擁有了飛行管理系統(tǒng)。有了飛行管理系統(tǒng)，飛機(jī)能夠自動(dòng)生成飛行計(jì)劃，并且自動(dòng)運(yùn)行飛機(jī)的飛行計(jì)劃。有了飛行管理系統(tǒng)，飛行員可以利用觸摸屏、鍵盤(pán)等來(lái)操作飛機(jī)的飛行，降低了操作難度，利用精密的電腦操作，降低飛行的危險(xiǎn)系數(shù)，提高飛機(jī)飛行的安全性。同時(shí)，飛行管理系統(tǒng)可以通過(guò)傳感器的數(shù)據(jù)回傳，來(lái)明確飛機(jī)的水平位置和垂直位置，為飛機(jī)的駕駛帶來(lái)了極大的便利。

3 民航飛機(jī)飛行管理系統(tǒng)各模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

3.1 飛行管理模塊

在飛機(jī)管理模塊的設(shè)計(jì)中，主要是采用分層架構(gòu)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件的體系架構(gòu)。從下至上主要分為三層，其中包括：數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、表示層。

數(shù)據(jù)訪問(wèn)層的主要功用是承擔(dān)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)，換言之，也就是對(duì)數(shù)據(jù)表的篩選、錄入、更新、刪除等行為的操作。在飛機(jī)的飛行管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)訪問(wèn)層的功效主要有兩種，一種是承載數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)，所有的數(shù)據(jù)操作都可以經(jīng)由任務(wù)動(dòng)作來(lái)訪問(wèn)在這一層的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)做出調(diào)用和操作。另一種是承擔(dān)已有文件的訪問(wèn)功能，對(duì)文件有操作需要時(shí)，通過(guò)邏輯層的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)這一數(shù)據(jù)層的文件的處理。

在數(shù)據(jù)訪問(wèn)層中，需要根據(jù)飛機(jī)飛行的要求設(shè)計(jì)出數(shù)據(jù)庫(kù)。第一，要對(duì)飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，如導(dǎo)航設(shè)備的信息、機(jī)場(chǎng)的數(shù)據(jù)、航路的數(shù)據(jù)、終端區(qū)域程序等。根據(jù)飛行指令的參數(shù)，導(dǎo)出為文檔展示給需要查詢的人查看。第二，將飛機(jī)涉及的幀格式、參數(shù)、飛行數(shù)據(jù)等，用固定的幀格式，將飛機(jī)飛行數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，換算成二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件，在幀格式中的數(shù)據(jù)參數(shù)中，除去飛機(jī)飛行的基本信息之外，還包含存儲(chǔ)位置信息和譯碼過(guò)程信息，通過(guò)參數(shù)的記錄未知的不行，配合數(shù)值的轉(zhuǎn)換與合成，最終形成最后的數(shù)據(jù)，再根據(jù)上述數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)出數(shù)據(jù)庫(kù)，把將參數(shù)信息分到參數(shù)基本信息表、參數(shù)位置信息表和參數(shù)譯碼信息表三個(gè)數(shù)據(jù)表中存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)庫(kù)初始界面如下：

業(yè)務(wù)邏輯層是承上啟下的核心環(huán)節(jié)，是系統(tǒng)業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)方式。在系統(tǒng)中，業(yè)務(wù)邏輯層的設(shè)計(jì)思路主要取決于飛行管理部的業(yè)務(wù)流程。例如，檢索培訓(xùn)信息、申請(qǐng)證件、飛機(jī)飛行狀態(tài)查詢等等，如果在操作中需要訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，那么在操作中必須經(jīng)由邏輯層進(jìn)行訪問(wèn)。

表示層在整體系統(tǒng)中處于窗口作用，駕駛員在操作飛行管理系統(tǒng)時(shí)，就是通過(guò)表示層來(lái)實(shí)現(xiàn)與整個(gè)系統(tǒng)的互動(dòng)。在這一層中，最優(yōu)化的狀態(tài)是沒(méi)有系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)邏輯的存在。在這一層中，出現(xiàn)的邏輯代碼，只和本層中的設(shè)計(jì)有關(guān)。另外，系統(tǒng)架構(gòu)主要是通過(guò)對(duì)飛機(jī)駕駛的需求進(jìn)行研究，并通過(guò)軟件數(shù)據(jù)元素的調(diào)配，構(gòu)建出的系統(tǒng)的邏輯模型。這種系統(tǒng)并不同于以往的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。它是介于軟件需要和物理實(shí)現(xiàn)之間的內(nèi)容，它的存在主體內(nèi)容是形成完備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，以及最優(yōu)化的操作設(shè)計(jì)以及問(wèn)題處理等。

3.2 飛行模擬模塊

在民航飛機(jī)的飛行模擬模塊中，主要是運(yùn)用多種算法，根據(jù)CDU的傳導(dǎo)，接收到整體飛行計(jì)劃以及最初的飛行數(shù)據(jù)，運(yùn)用多種算法的幫助，獲得最理想的系統(tǒng)操作環(huán)境，并以此為樣板，靈活運(yùn)用指令來(lái)操控對(duì)應(yīng)的飛行狀態(tài)，模擬操控飛機(jī)進(jìn)行飛行，另外，將獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器進(jìn)行傳導(dǎo)，顯示在顯示屏中，以獲得反饋。

3.3 飛行顯示模塊

在飛機(jī)的飛行顯示模塊的設(shè)計(jì)中，主要由三部分組成：控制顯示模塊、航空?qǐng)D像顯示模塊、主顯示模塊。這在飛行顯示模塊中，主要的作用是為飛機(jī)的飛行提供系統(tǒng)參數(shù)和數(shù)據(jù)信息，使飛機(jī)的駕駛員能夠得到最直接的反饋。

控制顯示模塊：通過(guò)顯示出能夠進(jìn)行修改的數(shù)據(jù)，并結(jié)合飛行中的數(shù)據(jù)參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行修正和優(yōu)化。

航空?qǐng)D像顯示模塊是為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)預(yù)期的飛行計(jì)劃進(jìn)行分析，顯示出飛機(jī)即將飛行過(guò)的區(qū)域和線路，并對(duì)飛行中飛機(jī)的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行顯示，如飛機(jī)飛行的高度、所處的經(jīng)度和緯度數(shù)值、飛行航向角度、已飛行時(shí)間、飛機(jī)向上爬升的角度等等數(shù)據(jù)。

主顯示模塊主要是顯示飛行的整體狀態(tài)，主要涵蓋了飛機(jī)的飛行速度、所處的高度和當(dāng)下的航向角度。

3.4 通訊模塊

在飛機(jī)管理系統(tǒng)中，通過(guò)總線與飛機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)結(jié)，將信號(hào)通過(guò)以太網(wǎng)傳輸?shù)斤w行系統(tǒng)中來(lái)，將其轉(zhuǎn)換為可供顯示出的數(shù)據(jù)，另外，將計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，進(jìn)行反向傳輸。

在傳輸中，如果數(shù)據(jù)之間的傳輸遇到阻礙，則需要進(jìn)行進(jìn)一步的解碼和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，以得到真實(shí)的數(shù)據(jù)信息。

在通訊模塊中，承載著數(shù)據(jù)傳遞和信號(hào)接受的重要作用，不管是哪一種形式的信號(hào)或編碼，都需要通過(guò)轉(zhuǎn)換，應(yīng)用于所指向的程序中。

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