비행 관리 시스템

Flight management system
보잉 737-300에 사용되는 FMS 제어 디스플레이 유닛의 예

비행관리시스템(FMS)은 현대 여객기의 항전장치의 기본 구성요소이다.FMS는 다양한 기내 작업을 자동화하는 특수 컴퓨터 시스템으로, 오늘날의 민간 항공기는 더 이상 비행 엔지니어나 항해사를 태우지 않을 정도로 비행 승무원의 작업 부하를 줄여줍니다.주요 기능은 비행 계획의 기내 관리입니다.항공기의 위치를 결정하기 위해 다양한 센서(예: GPS 및 INS)를 사용하여 FMS는 항공기를 비행 계획에 따라 안내할 수 있습니다.조종석에서 FMS는 보통 소형 화면과 키보드 또는 터치 스크린이 내장된 제어 디스플레이 유닛(CDU)을 통해 제어됩니다.FMS는 디스플레이를 위해 비행 계획을 EFIS(Electronic Flight Instrument System), 내비게이션 디스플레이(ND) 또는 다기능 디스플레이(MFD)로 전송합니다.FMS는 비행 관리 컴퓨터(FMC), CDU 및 크로스 토크 버스로 구성된 이중 시스템이라고 요약할 수 있습니다.

현대의 FMS는 보잉 767에 도입되었지만, 이전의 내비게이션 컴퓨터는 [1]존재했다.현재 FMS와 유사한 시스템은 세스나 182와 같은 작은 항공기에 존재한다.FMS는 그 진화 과정에서 다양한 크기, 기능 및 제어 기능을 갖추고 있었습니다.단, 모든 FMS에 공통되는 특성이 있습니다.

내비게이션 데이터베이스

모든 FMS에는 내비게이션 데이터베이스가 포함되어 있습니다.항법 데이터베이스에는 비행 계획이 구성되는 요소가 포함되어 있습니다.이들은 ARINC 424 표준에 따라 정의됩니다.Navigation Database(NDB; 내비게이션데이터베이스)는 통상 28일마다 갱신되어 그 내용이 최신임을 확인합니다.각 FMS에는 FMS의 기능과 관련된 ARINC/AIRAC 데이터의 서브셋만 포함됩니다.

NDB에는 다음과 같이 구성된 비행 계획 수립에 필요한 모든 정보가 포함되어 있습니다.

경유지는 경로를 따라 조종사에 의해 정의되거나 경유지(예: VOR, NDB, ILS, 공항 또는 경유지/교차로)의 형태로 진입하는 다른 경유지를 참조함으로써 정의될 수도 있다.

비행 계획

비행 계획은 일반적으로 소형 항공기의 조종사 또는 여객기의 전문 운항 관리자에 의해 출발 전에 지상에서 결정된다.FMS에 입력하려면 를 입력하고 저장된 공통 경로 라이브러리(회사 경로)에서 선택하거나 항공사 디스패치 센터와의 ACARS 데이터 링크를 사용합니다.

비행 전 동안 비행 계획 관리와 관련된 다른 정보가 입력됩니다.여기에는 총중량, 연료중량 및 무게중심과 같은 성능정보가 포함될 수 있습니다.그것은 초기 순항 고도를 포함한 고도를 포함할 것이다.GPS가 없는 항공기의 경우 초기 위치도 필요합니다.

조종사는 다양한 이유로 비행 중 비행 계획을 수정하기 위해 FMS를 사용합니다.중요한 엔지니어링 설계는 비행 중 조종사 작업 부하를 최소화하고 혼란스러운 정보(위험하게 잘못된 정보)를 제거하기 위해 키 입력을 최소화합니다.또한 FMS는 비행 갑판 계기 전자 비행 계기 시스템(EFIS)의 내비게이션 디스플레이(ND)에 표시하기 위해 비행 계획 정보를 전송합니다.비행 계획은 일반적으로 마젠타 선으로 표시되며, 다른 공항, 무선 보조 장치 및 경유지가 표시됩니다.

종종 탐색 패턴, 랑데부, 공중 급유기 궤도를 포함한 전술적 요건을 위한 특수 비행 계획, 정확한 낙하산 점프를 위한 계산된 공기 방출 지점(CARP)은 일부 FMS가 계산할 수 있는 특수 비행 계획의 일부에 불과하다.

위치 결정

비행 중 FMS의 주요 임무는 항공기의 위치와 해당 위치의 정확성을 결정하는 것이다.단순한 FMS는 위치를 결정하기 위해 단일 센서(일반적으로 GPS)를 사용합니다.그러나 최신 FMS는 VOR와 같은 센서를 최대한 많이 사용하여 정확한 위치를 확인하고 검증합니다.일부 FMS는 Kalman 필터를 사용하여 다양한 센서의 위치를 단일 위치로 통합합니다.일반적인 센서는 다음과 같습니다.

  • 항공사 품질의 GPS 수신기는 최고의 정확성과 무결성을 갖추고 있어 1차 센서 역할을 합니다.
  • 항공기 항법용으로 설계된 무선 보조 장치는 두 번째로 높은 품질의 센서 역할을 합니다.여기에는 다음이 포함됩니다.
    • 10초마다 1개의 위치를 결정하기 위해 5개의 다른 DME 스테이션으로부터의 거리를 동시에 체크하는 스캔 DME(거리 측정 장치)입니다.[2]
    • 베어링을 공급하는 VOR(VHF 전방향 무선 범위).두 개의 VOR 스테이션을 사용하여 항공기 위치를 결정할 수 있지만 정확도는 제한됩니다.
  • 관성 기준 시스템(IRS)은 항공기 위치를 계산하기 위해 링 레이저 자이로와 가속도계를 사용한다.이들은 매우 정확하고 외부 소스로부터 독립적입니다.여객기는 3개의 독립된 IRS의 가중 평균을 사용하여 "트리플 혼합 IRS" 위치를 결정합니다.

FMS는 다양한 센서를 지속적으로 교차 검사하고 단일 항공기 위치와 정확도를 결정합니다.정확도는 항공기가 항법 성능(ANP)으로 측정되는 직경(해리) 범위 내에 있을 수 있는 원으로 설명됩니다.현대 영공에는 정해진 필수 항법 성능(RNP)이 있다.항공기는 특정 고공에서 운용하기 위해 RNP보다 ANP가 작아야 한다.

지침.

비행 계획과 항공기의 위치를 고려하여 FMS는 따라야 할 항로를 계산합니다.조종사는 수동으로 이 코스를 따르거나(VOR 방사선을 따르듯이), 코스를 따르도록 자동 조종을 설정할 수 있습니다.

FMS 모드는 일반적으로 수평 비행 계획의 경우 LNAV 또는 수평 항법, 수직 비행 계획의 경우 VNAV 또는 수직 항법이라고 불립니다.VNAV는 속도, 피치 또는 고도 목표를 제공하고 LNAV는 자동 조종 장치에 롤 스티어링 명령을 제공합니다.

VNAV

일반적으로 에어버스 A320이나 보잉 737과 같은 여객기와 터보팬으로 움직이는 기타 항공기는 최대 성능의 수직 항법(VNAV)을 갖추고 있다.VNAV의 목적은 수직 경로를 예측하고 최적화하는 것이다.가이드라인에는 피치축 제어 및 스로틀 제어가 포함됩니다.

이를 달성하기 위해 필요한 정보를 얻기 위해 FMS는 상세한 비행 및 엔진 모델을 보유해야 합니다.이 정보를 사용하여 함수는 수평 비행 계획을 따라 예측된 수직 경로를 구축할 수 있습니다.이 상세한 비행 모델은 일반적으로 항공기 제조사에서만 구할 수 있다.

비행 전 FMS는 수직 프로파일을 작성합니다.초기 항공기 빈 중량, 연료 중량, 무게 중심 및 초기 순항 고도, 그리고 수평 비행 계획을 사용한다.수직 경로는 순항 고도에 대한 상승에서 시작됩니다.일부 SID 경유지에는 "At or AVER 8,000"과 같은 수직 구속조건이 있습니다.상승 시 엔진에 가해지는 스트레스를 줄이기 위해 추력 감소 또는 "플렉스(FLEX)" 상승이 사용될 수 있습니다.수직 프로파일의 예측에서 각각을 고려해야 합니다.

정확한 VNAV의 구현은 어렵고 비용이 많이 들지만, 주로 순항과 강하 시 연료 절감 효과를 거둘 수 있다.연료 대부분이 연소되는 크루즈에서는 여러 가지 방법으로 연료를 절약할 수 있습니다.

항공기는 연료를 태우면서 가벼워지고 항력이 적은 곳에서 더 높이 순항할 수 있다.계단 오르막이나 크루즈 오르막은 이를 용이하게 한다.VNAV는 연료 소비를 최소화하기 위해 (항공기가 지속적으로 상승하는) 계단 또는 순항이 어디에서 일어나야 하는지를 결정할 수 있다.

성능 최적화를 통해 FMS는 수평 비행에서 가장 경제적 또는 최상의 속도를 결정할 수 있습니다.이것을 흔히 ECON 속도라고 부릅니다.이는 속도와 연료 효율 사이에 가중치를 부여하기 위해 입력되는 비용 지수에 기초한다.비용 지수는 비행기 운영 시간당 비용을 [3][4]연료 비용으로 나누어 계산한다.일반적으로 999의 비용지수는 연료를 고려하지 않고 ECON 속도를 최대한 빠르게 제공하며, 0의 비용지수는 유지 및 승무원 비용과 같은 다른 시간당 비용을 무시하면서 최대의 연비를 제공한다.ECON 모드는 대부분의 크루즈 여객기가 사용하는 VNAV 속도입니다.

RTA 또는 필요한 도착 시간은 VNAV 시스템이 정의된 시간에 특정 경유지 도착을 목표로 할 수 있도록 한다.이것은 공항 도착 슬롯 스케줄링에 도움이 되는 경우가 많습니다.이 경우, VNAV는 RTA가 충족되는지 확인하기 위해 순항 속도 또는 비용 지수를 조절한다.

VNAV가 강하를 위해 가장 먼저 계산하는 것은 TOD(Top of Descent Point)입니다.이 지점에서 효율적이고 편안한 하강이 시작됩니다.일반적으로 여기에는 공회전 강하가 수반되지만 일부 항공기의 경우 공회전 강하가 너무 가파르고 불편하다.FMS는 터치다운에서 접근로를 통해 최대 순항까지 강하를 "비행"하여 TOD를 계산합니다.이것은 비행 계획, 항공기 비행 모델 및 강하 바람을 사용하여 이를 수행한다.항공사 FMS의 경우, 이는 매우 정교하고 정확한 예측이며, 단순 FMS(소형 항공기)의 경우 3도 강하 경로와 같은 "경험의 법칙"으로 판단할 수 있다.

TOD에서 VNAV는 4차원 예측 경로를 결정합니다.VNAV가 스로틀에 공회전 명령을 내리면 항공기는 VNAV 경로를 따라 강하를 시작합니다.예측 경로가 부정확하거나 하강 경로가 예측과 다른 경우 항공기는 경로를 완전히 따르지 않습니다.항공기는 경로를 유지하기 위해 피치를 변경합니다.스로틀이 공회전 상태이므로 속도가 조절됩니다.통상, FMS 에서는, 작은 밴드내에서 속도가 변화할 수 있습니다.그 후 스로틀이 전진하거나(항공기가 경로 아래에 있는 경우) FMS가 "ADD DRAG"(항공기가 경로 위에 있는 경우)와 같은 메시지로 스피드 브레이크를 요청합니다.

"녹색 하강"이라고도 하는 이상적인 공회전 하강은 최소 연료를 사용하며 (고도와 공항 국지적) 오염을 최소화하고 국지적 소음을 최소화합니다.대부분의 현대 대형 여객기 FMS는 공회전 하강이 가능하지만, 대부분의 항공 교통 관제 시스템은 현재 공항에 대한 자체 최적 하강 경로를 사용하여 여러 항공기를 처리할 수 없다.따라서 공회전 하강 사용은 항공 교통 제어에 의해 최소화됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Sam Miller, et als (2009). "Contribution of Flight Systems to Performance-Based Navigation". AERO Magazine (34, Qtr. 2). Retrieved 31 December 2012.
  2. ^ Spitzer, Carl (2007). "20.2.1". Avionics, Element, Software and Functions. Boca Raton, FL: CRC Press. pp. 20–6. ISBN 978-0-8493-8438-7.
  3. ^ "AERO - Fuel Conservation Strategies: Cost Index Explained". www.boeing.com. Retrieved 2018-12-08.
  4. ^ Airbus Industrie SE (May 1998). "Getting to Grips with the Cost Index" (PDF). Cockpitseeker.com. Retrieved 8 September 2018.

추가 정보

  • ARINC 702A, 첨단 비행 관리 컴퓨터 시스템
  • 항전, 요소, 소프트웨어 및 기능 Ch 20, Cary R.스피처, ISBN 0-8493-8438-9
  • FMC 사용자 가이드 B737, Ch 1, Bill Bulfer, 최첨단 라이브러리
  • 캐스너, S.M.모던 에어라인 콕핏 조종사 가이드Newcastle WA, Aviation Supplies and Academics, 2007.ISBN 1-56027-683-5.
  • 채펠, A.R. 등"VNAV 튜터: 유리 조종석 항공기 조종사의 모드 인식 어려움 해결." IEEE 시스템, 인간 및 사이버네틱스 파트 A, 시스템과 인간, vol. 27, no.3, 1997년 5월, 페이지 372–385.