飛管計算機中航向設(shè)計優(yōu)化范文

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早期大型運輸機及民機上未安裝飛行管理系統(tǒng)，飛行中飛行員必須參考地圖，飛行手冊、航圖何種圖表由領(lǐng)航員來計算獲得導(dǎo)航和性能的信息數(shù)據(jù)。因此早期大飛機飛行中飛行機組配置大，飛行過程中飛行員駕駛符合大，幾乎將百分之60的精力用于駕駛飛機。而隨著信息化技術(shù)水平的不斷發(fā)展，飛管系統(tǒng)FMC技術(shù)成熟，飛機裝上FMC后，實現(xiàn)全自動導(dǎo)航，不僅僅大大減輕了飛行員的工作負荷，提高飛行操作的自動化程度，更主要的是能夠提供從起飛到進近著陸的最優(yōu)側(cè)向飛行軌跡和垂直飛行剖面。然而飛管計算機中各項參數(shù)計算模型及算法的正確性至關(guān)重要。文中介紹的是某型號飛機試飛過程中由于飛管計算機中應(yīng)飛航向解算模型不當(dāng)，導(dǎo)致試飛過程中駕駛員工作負荷較大。經(jīng)分析后改進了優(yōu)化算法，經(jīng)試飛驗證更改后算法合理，可有效降低試飛員駕駛負荷。

相關(guān)概念及導(dǎo)航基本原理

應(yīng)飛航向角（MH）：飛機或直升機沿飛行計劃中航線飛行時應(yīng)保持的航向，稱為應(yīng)飛航向角。為了使飛行航跡線與預(yù)定航線重合，使飛機沿航線準(zhǔn)確到達預(yù)定航路點，飛行過程中需要領(lǐng)航員或飛管系統(tǒng)計算應(yīng)飛航向。偏流角（DA）：航跡線偏離航向線的角度稱為偏流角，簡稱偏流。航線角（MC）：飛行計劃中相鄰兩個航路點之間的連線與真北的夾角稱為航線角。磁差（MV）：磁經(jīng)線北端偏離真經(jīng)線北端的角度，稱作磁差或磁偏角。圖1所示為飛行過程中無風(fēng)或不存在側(cè)風(fēng)與存在側(cè)風(fēng)兩種情況下的實際飛行軌跡圖。圖1（a）所示情況下，機頭指向哪，飛機便能飛到哪。因此，當(dāng)飛機準(zhǔn)確通過航段起點時，飛行員應(yīng)操縱飛機使機頭對正航線去向，即應(yīng)飛航向與航線角相等。圖1（b）所示情況即存在側(cè)風(fēng)情況下，若飛機仍保持應(yīng)飛航向與航線角相等的情況飛行，在左側(cè)風(fēng)的影響下，航跡線將偏離原預(yù)定航線，不能飛至預(yù)定航路點WPT2上空。同時可以看出飛機的航跡線與航向線也不重合，存在一個夾角，該角稱為偏流角。圖1（c）所示為存在側(cè)風(fēng)情況下，飛行過程中在應(yīng)飛航向值中將側(cè)風(fēng)帶來的影響（即修正了偏流）進行了修正后，因此飛行軌跡與航線重合。

計算方法

從圖1可以看出應(yīng)飛航向角=航線角－偏流角－磁差。飛行過程中可以實時得到偏流角，即航向角與航跡角的偏差。航線角的計算方法從點與到點的連線與真北的夾角。具體如下：設(shè)WPT1為飛行計劃中的從點，坐標(biāo)為WPT1（λ1，L1），WPT2為下一到點，坐標(biāo)為WPT2（λ2，L2）。飛機即時位置點坐標(biāo)為P（λ，L）。將從點、到點、即時位置點轉(zhuǎn)換為站心坐標(biāo)系分別為：WPT1（x1，y1），WPT2（x2，y2），P（x，y）。那么航線角的計算公式如下式（1），真值按表1確定。因此應(yīng)飛航向角計算公式如式（2）所示：

機上智能計算后人機工效問題

機上飛行管理系統(tǒng)出現(xiàn)之前，飛行過程中應(yīng)飛航向的具體數(shù)值由領(lǐng)航員計算給出。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，飛管系統(tǒng)和任務(wù)機已經(jīng)替代了領(lǐng)航員的職責(zé)，飛行過程中的擴展導(dǎo)航參數(shù)如待飛距、待飛時、應(yīng)飛航向等參數(shù)由飛管系統(tǒng)或任務(wù)機計算在多功能顯示器上顯示出來供飛行員駕駛飛機使用。圖2所示為某型直升機上由任務(wù)機計算的應(yīng)飛航向時間歷程曲線圖。試飛員反應(yīng)顯示器上顯示應(yīng)飛航向顯示數(shù)值跳動過快，手動駕駛飛機操縱頻繁，特別是偏流較大時操縱量較多，工作負荷較大。從圖中可以看出，航線角數(shù)值較為穩(wěn)定，而偏流角時刻變化且數(shù)值變化范圍大。

設(shè)計方案更改及試飛驗證

圖2中應(yīng)飛航向的變化趨勢基本上取決于偏流角的影響。而偏流角的大小隨空中風(fēng)的變化而變化，風(fēng)的大小以及風(fēng)向與飛機的夾角都會直接影響偏流角的大小。為了降低試飛員的駕駛工作負荷，需要更改應(yīng)飛航向在機上的顯示設(shè)計。重新設(shè)計中需考慮兩方面因素：1）不應(yīng)該引入偏流角的影響；2）飛行過程中應(yīng)盡量降低飛行員的駕駛負荷。考慮到以上兩方面因素的，重新設(shè)計應(yīng)飛航向為飛機的實時位置點與到點的連線與磁北的夾角，計算公式見公式（3）。該計算方法時刻計算的是飛機的即時位置與下一到點的連線，計算中未引入偏流角的影響因此顯示數(shù)據(jù)變化平穩(wěn)，試飛員駕駛負擔(dān)減輕。采用該計算公式在飛行過程中雖然會帶來一定的偏航距，但飛機終究會飛至下一預(yù)定航路點：MT主=－MV（3）圖3為更改后飛行過程中應(yīng)飛航向的時間歷程曲線圖。圖4為實際飛行軌跡與預(yù)定航線的曲線圖。從圖中可以看出應(yīng)飛航向輸出曲線較為平滑，飛行軌跡中存在一定偏航距，但最終飛機飛至計劃中下一預(yù)定到點。經(jīng)計算飛行計劃中兩點之間的距離為20.84km，實際飛行軌跡距離為22.19km。試飛員反應(yīng)更改后駕駛負荷明顯降低。采用該設(shè)計實際飛行距離比預(yù)定航線距離稍遠，綜合考慮各項因素后該設(shè)計可行。在空中管制較為嚴格的空域上空，若空中偏流較大的情況下，飛行過程中為了避免較大的偏航，飛行過程中可消除偏流的影響。

結(jié)語

從應(yīng)飛航向的定義以及計算方法入手，分析了飛行過程中試飛員駕駛負荷過重的原因。在此基礎(chǔ)上給出了一種即時位置點與下一到點之間的連線與磁北的夾角作為機上顯示的應(yīng)飛航向。經(jīng)試飛驗證按照該指示可以引導(dǎo)飛機飛向到點，且試飛員駕駛負荷明顯降低。

作者：黃雪妮 李泱 劉海濤 單位：陜西乾縣人