Кіріспе

Ұшуды басқару жүйесі (FMS) – қазіргі заманғы авиалайнердің маңызды құрауы. FMS – ұшу кезіндегі көптеген тапсырмаларды автоматтандыратын, ұшу экипажының жұмыс жүктемесін азайтып, қазіргі азаматтық ұшақтарда ұшу инженерлері мен навигаторлардың қажеттілігін жойған арнайы компьютерлік жүйе. Оның негізгі функциясы – ұшу жоспарын басқару. GPS және инерциялық навигациялық жүйе (INS) сияқты түрлі сенсорларды (көбінесе радио-навигациямен толықтырылады) пайдаланып ұшақтың орнын анықтау арқылы FMS ұшақты ұшу жоспары бойынша жүргізе алады. FMS көбінесе кабинадан кіші экран және пернетақта немесе сенсорлық экраны бар Басқару дисплейі (CDU) арқылы басқарылады. FMS ұшу жоспарын Электрондық ұшу аспаптар жүйесіне (EFIS), Навигациялық дисплейге (ND) немесе Көп функциялы дисплейге (MFD) көрсету үшін жібереді. FMS – ұшуды басқару компьютерінен (FMC), CDU-дан және байланыс шинасынан тұратын екі бөліктен құралған жүйе. Қазіргі заманғы FMS алғаш рет Boeing 767 ұшағында пайда болды, бірақ одан бұрын да навигациялық компьютерлер болған. Бүгінде Cessna 182 сияқты кішкентай ұшақтарда да FMS-қа ұқсас жүйелер бар. Даму барысында FMS әртүрлі өлшемдерге, мүмкіндіктерге және басқару элементтеріне ие болды. Дегенмен, барлық FMS-ке тән белгілі бір ерекшеліктер бар.

Ұшу жоспары

Ұшу жоспары көбінесе ұшқыш немесе үлкен ұшақтар үшін кәсіби диспетчер ұшу алдында, жерде анықтайды. Ол FMS-ге мәзілді теріп, жиі қолданылатын бағыттардың сақталған кітапханасынан (Компания бағыттары) немесе әуекомпания диспетчерлік орталығымен ACARS дерек желісі арқылы енгізіледі. Ұшуға дайындық кезінде ұшу жоспарын басқаруға қажетті басқа да ақпарат енгізіледі. Бұл жалпы салмақ, отын салмағы және ауырлық центрі сияқты көрсеткіштерді қамтуы мүмкін. Оған алғашқы круиз биіктігі сияқты биіктіктер де кіреді. GPS жоқ ұшақтар үшін бастапқы орналасу да қажет. Ұшқыш әртүрлі себептермен ұшу жоспарын өзгерту үшін FMS-ті пайдаланады. Маңызды инженерлік еңбек ұшу кезінде ұшқыштың жұмысын жеңілдету және шатастыратын (Қауіпті түрде жаңылыстыратын) ақпаратты болдырмау үшін пернелерді басатын санын азайтады. FMS сондай-ақ ұшу жоспары ақпаратын ұшу кабинасы аспаптарының Электрондық Ұшу Аспаптар Жүйесінің (EFIS) навигациялық дисплейінде (ND) көрсету үшін жібереді. Ұшу жоспары әдетте қызғылт түсті сызық түрінде көрінеді, сонымен қатар басқа әуежайлар, радиосигналдар және бағыттық нүктелер көрсетіледі. Кейбір FMS тактикалық талаптарға, мысалы, іздеу үлгілері, кездесулер, отын құю орбиталары және парашютпен секіру үшін есептелген ауа шығару нүктелері (CARP) сияқты арнайы ұшу жоспарларын есептей алады.

Орнын анықтау

Ұшу кезінде FMS-тің басты міндеттерінің бірі – ұшақтың орнын анықтау, яғни ұшақтың мекенжайын және осы мекенжайдың дәлдігін белгілеу. Қарапайым FMS орналасуын анықтау үшін көбінесе бір ғана сенсорды, әдетте GPS-ті пайдаланады. Ал қазіргі заманғы FMS өздерінің нақты орнын анықтау және тексеру үшін VOR сияқты мүмкіндігінше көп сенсорларды қолданады. Кейбір FMS түрлі сенсорлардан алынған координаттарды біріктіру үшін Калман сүзгісін пайдаланады. Көбінесе қолданылатын сенсорлар: Әуе компанияларының жоғары сапалы GPS қабылдағыштары ең жоғары дәлдік пен сенімділікке ие болғандықтан, негізгі сенсор ретінде қолданылады. Ұшақтарды бағыттауға арналған радио құралдары екінші деңгейдегі сенсорлар болып табылады. Оларға мыналар жатады: Бес түрлі DME стансасынан бір мезгілде қашықтықты тексеріп, әр 10 секунд сайын бір орынды анықтайтын сканерлі DME (қашықтықты өлшеу құралы). Бағытты көрсететін VOR (VHF барлық бағыттағы радио диапазоны). Екі VOR станциясының көмегімен ұшақтың орнын анықтауға болады, бірақ дәлдігі шектеулі. Инерциялық жүйелер (IRS) ұшақтың орнын есептеу үшін сақиналы лазерлік гироскоптар мен үдеу сенсорларын (акселерометрлерді) қолданады. Олар өте дәл және сыртқы дереккөздерге тәуелсіз. Әуе компаниялары үш тәуелсіз IRS-тің салмақты орташасын есептеп, «үш есе қосылған IRS» позициясын анықтайды. FMS түрлі сенсорларды үнемі тексеріп, ұшақтың жалғыз орнын және оның дәлдігін анықтайды. Дәлдік – бұл нақты навигациялық көрсеткіш (ANP), яғни ұшақ теңіз милясында өлшенетін диаметрі бар шеңбердің ішінде кез келген нүктеде болуы мүмкін. Қазіргі әуе кеңістігінде белгілі бір деңгейде навигациялық көрсеткіштер (RNP) талап етіледі. Белгілі бір биіктіктегі әуе кеңістігінде ұшу үшін ұшақтың ANP көрсеткіші RNP-ден төмен болуы керек.

Нұсқаулық

Ұшу жоспары мен ұшақтың орналасуын ескере отырып, FMS ұшып өту бағытын есептейді. Пилот бұл бағытты қолмен (VOR сәулесін бағыттағандай) немесе автопилотты бағытты ұстауға орнату арқылы орындауы мүмкін. FMS режимі әдетте LNAV немесе бүйірлік навигация (Lateral Navigation) деп аталады, ол бүйірлік ұшу жоспары үшін, ал VNAV немесе тік навигация (Vertical Navigation) – тік ұшу жоспары үшін қолданылады. VNAV жылдамдық пен таңғыш бұрышын немесе биіктік мақсаттарын ұсынады, ал LNAV автопилотқа рульді басқару командасын жібереді.

VNAV

Күрделі ұшақтар, әдетте А320 немесе Боинг 737 сияқты авиалайнерлер және басқа турбовентиляторлық қозғалтқыштармен жабдықталған ұшақтар, толық өнімділікті вертикальді навигация (VNAV) жүйесімен жабдықталған. VNAV-тің мақсаты – тік жолды болжау және оңтайландыру. Басқаруға руль осі мен газды басқару кіреді. FMS-де осы үшін қажетті мәліметтер болуы үшін толыққанды ұшу және қозғалтқыш моделі болуы керек. Бұл ақпаратты пайдалана отырып, функция бүйірлік ұшу жоспары бойынша болжамды тік жолды құра алады. Әдетте, осы толық ұшу моделін ұшақ өндірушісі жасап шығарады. Тік профильді FMS ұшу алдында құрастырады. Ол ұшақтың бастапқы бос салмағын, отын салмағын, ауырлық орталығын және круиздік биіктігін ескере отырып, бүйірлік ұшу жоспарымен байланыстырады. Тік бағыттағы алғашқы қадам – круиздік биіктікке көтерілу. Кейбір SID нүктелерінде "8,000-нен жоғары немесе осы биіктікте" сияқты тік шектеулер болуы мүмкін. Қозғалтқыштарды сақтау үшін көтерілу кезінде газды азайту немесе "FLEX" көтерілуі қолданылуы мүмкін. Тік профильді проекция жасау кезінде осы факторларды ескеру қажет. Дәл VNAV жүйесін іске асыру қиын және қымбат, бірақ ол отынды үнемдеуге, әсіресе круиз және түсу кезінде көмектеседі. Круиз кезінде, жанармайдың көп бөлігі шығындалатын кезде, отынды үнемдеудің бірнеше тәсілі бар. Ұшақ жанармайды жаққанда жеңілдейді және аз кедергі болатын биіктікте ұша алады. Бұл үшін қадамдық немесе круиздік көтерілулер қажет. VNAV отын шығынын азайту үшін қадамдық немесе круиздік көтерілудің қай жерде жасалуын анықтай алады (ұшақ үздіксіз көтерілетін). Оңтайландыру FMS-ке тегіс ұшу үшін ең жақсы немесе ең экономикалық жылдамдықты анықтауға мүмкіндік береді. Бұл көбінесе ЭКОН жылдамдығы деп аталады. Бұл жылдамдық пен отын тиімділігі арасындағы салмақты анықтайтын шығын индексіне негізделген. Шығын индексі ұшақты пайдаланудың сағаттық құнын жанармай құнына бөлу арқылы есептеледі. Әдетте, 999 шығын индексі отынды ескермей, ЭКОН жылдамдығын мүмкіндігінше жоғары қылып белгілейді, ал нөлдік шығын индексі жанармайды барынша үнемдеуге мүмкіндік береді, техникалық қызмет көрсету және экипаж сияқты басқа сағаттық шығындарды ескермейді. ЭКОН режимі – круиз кезінде көптеген авиалайнерлерде қолданылатын VNAV жылдамдығы. RTA немесе қажетті келу уақыты VNAV жүйесіне белгілі бір нүктеге белгілі бір уақытта келуді мақсат етуге мүмкіндік береді. Бұл әуежайға келу уақытын жоспарлау үшін пайдалы. Бұл жағдайда VNAV круиздік жылдамдықты немесе шығын индексін RTA орындалуын қамтамасыз ету үшін реттейді. VNAV түсуге дайындалғанда алдымен төмендеу нүктесін (TOD) есептейді. Бұл тиімді және ыңғайлы түсуді бастайтын нүкте. Әдетте, бұл бос түсуді қамтиды, бірақ кейбір ұшақтар үшін бос түсу тым тік және ыңғайсыз болуы мүмкін. FMS TOD-ті жерге тигеннен бастап, жақындау арқылы және круизге дейін түсуді кері бағытта "ұшырып" есептейді. Ол үшін ұшу жоспары, ұшақтың ұшу моделі және түсу кезіндегі желдерді пайдаланады. Әуе компаниясының FMS үшін бұл өте күрделі және дәл болжау, ал қарапайым FMS (кіші ұшақтарда) оны 3 градус бұрышпен түсу сияқты "бармақ ережесімен" анықтауға болады. TOD-ден бастап VNAV төрт өлшемді болжамды жолды анықтайды. VNAV газды бос күйге келтіргенде, ұшақ VNAV жолы бойынша түсе бастайды. Егер болжамды жол дұрыс болмаса немесе төмен қарайтын желдер болжаудан өзгеше болса, ұшақ жолдан дәл өте алмайды. Ұшақ жолды сақтау үшін рульді реттейді. Газ бос болғандықтан, бұл жылдамдықты өзгертеді. Әдетте FMS жылдамдықты шағын диапазон ішінде өзгертуге мүмкіндік береді. Содан кейін, егер ұшақ жолдан төмен болса, газ ашылады, ал егер ұшақ жолдан жоғары болса, FMS жылдамдық тежегіштерін сұрайды, көбінесе "DRAG REQUIRED" хабарымен. Airbus ұшақтарында бұл хабарлама PFD-де де көрсетіледі және егер ұшақ траекториясында тым жоғары болса, "MORE DRAG" хабары шығады. Boeing ұшақтарында, егер ұшақ белгіленген жолдан тым алыс кетсе, ол VNAV PTH (есептелген жолды ұстанады) режимінен VNAV SPD (белгіленген жылдамдықты сақтай отырып, мүмкіндігінше жылдам түседі) режиміне ауысады, бұл Airbus-тағы OP DES (ашық түсу) режиміне ұқсас. Идеалды бос түсу, сондай-ақ "жасыл түсу" деп аталады, жанармайды барынша үнемдейді, ластануды азайтады (жоғары биіктікте де, әуежайға жақын да) және жергілікті шуды азайтады. Көптеген қазіргі заманғы FMS жүйелері бос түсуге қабілетті болғанымен, қазіргі уақытта әуе қозғалысын басқару жүйелері әрбір ұшақтың әуежайға оңтайлы түсу жолын пайдалануын қадағалай алмайды. Сондықтан әуе қозғалысын басқару бос түсуді шектеуге тырысады.