民航飞机系统设计与分析

胡长见 丁铄彭

摘要：在社会经济水平不断提高的今天，民航飞机的应用越来越平民化和普遍化，因此，社会大众对于民航飞机的安全性的要求也越来越高。在民航飞机的设计中，飞行管理系统是其航行中的核心技术所在，为了能够优化民航飞机设计，就必须对飞行管理系统做出进一步的研究与分析。本文从飞行管理系统的设计与实现出发，力求能够对其做出综合性的剖析。

关键词：民航飞机；飞行管理系统；设计

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）07-0203-03

1 概述

1.1 民航飞机的特点

民航飞机主要是指民用航空飞机，此类飞机有别于军事类飞机，按照使用类别的不同，民航飞机可以分为用于商业用途，或者是执行一般性航空任务两种。民航飞机具有机身较庞大、乘客人数多的特点。由于民航飞机的用途多数为载人或者载物，因而民航飞机具有乘坐安全舒适，价格经济实惠的特点，经过了一个多世纪的发展和改进，民航飞机的机身设计越来越科学，更加安全可靠。

1.2 飞行管理系统特点

飞行管理系统是飞机的核心所在，是高科技电子系统的凝结，通过调动和制衡电子系统中的各个电子和机电系统的操作，形成完备的飞行计划，并且在全部的航程中，以精密的技术确保按照飞行计划飞行，实现飞机飞行的自动化。现阶段，民航飞机中应用的飞行管理系统主要是自动飞行控制系统，在这种系统功能比较综合化，而且不但能够对飞行航程做出导航和控制，还能够优化飞机的系统性能，实现对飞机的智能化管理，装载了该系统后，飞机不但能够降低油耗，而且还可以提高承载量，使飞机的飞行更加平稳安全，极大地使飞机的驾驶更加先进。

2 飞行管理系统的设计

2.1 飞行管理系统设计

1）传感器分系统模块

传感器分系统中主要包括了惯性基准系统（IRS）、大气数据系统（DADC）及无线电导航、发动机控制等系统。

2）处理分系统模块——飞行管理计算机系统（FMCS）

3）执行分系统模块——自动飞行系统（AFS）

4）显示分系统模块

2.2 系统实现方法

飞机的管理系统主要是用于帮助驾驶员完成驾驶，实现飞机由起飞到降落的全过程。因此对于飞机的安全航行意义重大，为了确保飞行管理系统设计的可行性和安全性，在飞机管理系统应用于飞机管理之前，可以通过仿真技术来检验飞行管理系统能够安全应用在实际操作中。仿真技术的操作过程安全性能高，不会给实验者带来操作危险，而且通过仿真技术实验成功的飞行管理系统，可以直接应用于飞机系统中，具有非常可靠的实验意义。

另外，仿真技术所需的经济投入低，成本少，因而能够在节省了大量资金的情况下完成对飞机系统的检验。由于仿真技术是出于对真实飞行的模拟操作，因此，这种操作具有可重复的特点，能够反复利用，反复试验，在对飞机管理系统进行试行的情况下，不但不会干扰到系统的真实运行，而且也有利于在模拟操作中，检验系统的整体性能，以期能够构建出更加适宜和安全的系统模型。

在仿真技术中，主要包括显示系统和通信系统，通过对算法的全部模拟实现，来完成飞行管理系统的检验。在此之中，应用的最多的是水平轨迹算法，这种算法通过CDU操作界面，将系统数据模拟应用，并将飞机的运行状态做出监控，最后，通过将算法在仿真系统中的运行，来检验飞行管理系统能否投入使用。

2.3 飛行管理系统设计的意义

飞行管理系统是现代化的飞机操作中的重要组成部分，是电子化设备的核心。经由专业化的电脑操作，实现飞行驾驶的自动化，减少人力操作在飞机飞行中的比例，降低驾驶员的工作负荷。在科技技术高速发展的今天，驾驶员不再需要配备飞行工程师，或者在飞机中安装导航器，这些驾驶中的突破就是由于飞机拥有了飞行管理系统。有了飞行管理系统，飞机能够自动生成飞行计划，并且自动运行飞机的飞行计划。有了飞行管理系统，飞行员可以利用触摸屏、键盘等来操作飞机的飞行，降低了操作难度，利用精密的电脑操作，降低飞行的危险系数，提高飞机飞行的安全性。同时，飞行管理系统可以通过传感器的数据回传，来明确飞机的水平位置和垂直位置，为飞机的驾驶带来了极大的便利。

3 民航飞机飞行管理系统各模块设计及实现

3.1 飞行管理模块

在飞机管理模块的设计中，主要是采用分层架构的方式来实现软件的体系架构。从下至上主要分为三层，其中包括：数据访问层、业务逻辑层、表示层。

数据访问层的主要功用是承担数据库的访问，换言之，也就是对数据表的筛选、录入、更新、删除等行为的操作。在飞机的飞行管理系统中，数据访问层的功效主要有两种，一种是承载数据库的访问，所有的数据操作都可以经由任务动作来访问在这一层的数据，并对数据库中的数据做出调用和操作。另一种是承担已有文件的访问功能，对文件有操作需要时，通过逻辑层的调用，实现对这一数据层的文件的处理。

在数据访问层中，需要根据飞机飞行的要求设计出数据库。第一，要对飞行数据进行管理，如导航设备的信息、机场的数据、航路的数据、终端区域程序等。根据飞行指令的参数，导出为文档展示给需要查询的人查看。第二，将飞机涉及的帧格式、参数、飞行数据等，用固定的帧格式，将飞机飞行数据记录下来，换算成二进制数据文件，在帧格式中的数据参数中，除去飞机飞行的基本信息之外，还包含存储位置信息和译码过程信息，通过参数的记录未知的不行，配合数值的转换与合成，最终形成最后的数据，再根据上述数据设计出数据库，把将参数信息分到参数基本信息表、参数位置信息表和参数译码信息表三个数据表中存储。数据库初始界面如下：

业务逻辑层是承上启下的核心环节，是系统业务的实现方式。在系统中，业务逻辑层的设计思路主要取决于飞行管理部的业务流程。例如，检索培训信息、申请证件、飞机飞行状态查询等等，如果在操作中需要访问数据库，那么在操作中必须经由逻辑层进行访问。

表示层在整体系统中处于窗口作用，驾驶员在操作飞行管理系统时，就是通过表示层来实现与整个系统的互动。在这一层中，最优化的状态是没有系统中的业务逻辑的存在。在这一层中，出现的逻辑代码，只和本层中的设计有关。另外，系统架构主要是通过对飞机驾驶的需求进行研究，并通过软件数据元素的调配，构建出的系统的逻辑模型。这种系统并不同于以往的计算机管理系统。它是介于软件需要和物理实现之间的内容，它的存在主体内容是形成完备的系统结构图，以及最优化的操作设计以及问题处理等。

3.2 飞行模拟模块

在民航飞机的飞行模拟模块中，主要是运用多种算法，根据CDU的传导，接收到整体飞行计划以及最初的飞行数据，运用多种算法的帮助，获得最理想的系统操作环境，并以此为样板，灵活运用指令来操控对应的飞行状态，模拟操控飞机进行飞行，另外，将获得的数据通过传感器进行传导，显示在显示屏中，以获得反馈。

3.3 飞行显示模块

在飞机的飞行显示模块的设计中，主要由三部分组成：控制显示模块、航空图像显示模块、主显示模块。这在飞行显示模块中，主要的作用是为飞机的飞行提供系统参数和数据信息，使飞机的驾驶员能够得到最直接的反馈。

控制显示模块：通过显示出能够进行修改的数据，并结合飞行中的数据参数，对其进行修正和优化。

航空图像显示模块是为了能够实现对预期的飞行计划进行分析，显示出飞机即将飞行过的区域和线路，并对飞行中飞机的数据参数进行显示，如飞机飞行的高度、所处的经度和纬度数值、飞行航向角度、已飞行时间、飞机向上爬升的角度等等数据。

主显示模块主要是显示飞行的整体状态，主要涵盖了飞机的飞行速度、所处的高度和当下的航向角度。

3.4 通讯模块

在飞机管理系统中，通过总线与飞机系统进行联结，将信号通过以太网传输到飞行系统中来，将其转换为可供显示出的数据，另外，将计算机中的数据信息转换为网络信号，进行反向传输。

在传输中，如果数据之间的传输遇到阻碍，则需要进行进一步的解码和数据转换，以得到真实的数据信息。

在通讯模块中，承载着数据传递和信号接受的重要作用，不管是哪一种形式的信号或编码，都需要通过转换，应用于所指向的程序中。

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