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賽斯納龐巴迪

公務機綜合航空電子儀表系統概述

私人飛機網 更新時間:2015-07-12 16:14:34 來源:航趣私人飛機網 字號:

  數字化、網絡化、信息化,促進現代飛機都采用較大屏幕平板液晶顯示的綜合飛行電子儀表系統。目前世界流行三大飛機綜合航電儀表系統廠商:Honeynell(中、大型飛機多采用);Collins(輕、中型飛機多采用);Garmin(后起之秀,正廣泛用于VLJ、輕型渦槳飛機和活塞飛機)。飛機無論大小,需要讓駕駛者了解的主要信息都一樣,因此無論哪家產品,主要功能都相同。賽斯納獎狀系列10種機型,其中7種的儀表來自Collins,我們以科林斯Pro Line 21儀表系統為例作普及性概述。

  1、電子飛行顯示器(Electronic Flight Displays)

電子飛行顯示器

  告知駕駛員的所有文字或圖象信息都可以在同一屏幕上顯示,但為清晰辨認和及時知曉,公務機一般安裝3塊或4塊甚至5塊同型號電子飛行顯示器,按主要顯示信息類別區分為“主飛行顯示器”和“多功能顯示器”。每塊顯示器顯示什么由雙套顯示控制器(DCU)控制,它有2塊控制面板(DCP)安裝在儀表板上,配合光標控制板和顯示器本身的開關,供駕駛員選擇顯示模式變換。

  1-1、        主飛行顯示器(Primary Flight Display,縮寫“PFD”)

  與駕駛員如何操作最直接相關的信息是飛機目前的姿態(高度、速度、平直度)和方位及航向,它們顯示在PFD屏幕的上、下半部。上半部主要為地平儀,用象征飛機的圖符示意飛機在高度層所處的位置和飛機本身的平直度;兩側縱向列表顯示高度、空速、垂直速度的即時和參照數據。下半部以羅盤弧格式或當前位置地圖(PPOS)格式描述飛機當前的方位和航向。顯示數據來源于大氣數據計算機(ADC)和姿態(AHRS)計算機,原始數據來自機載傳感器、雷達、羅盤等測量儀。PFD還協同方位羅盤信息顯示側向導航信息。溫度(TAS、RAT、SAT和ISA偏差)顯示在每塊PFD的底部。各系統狀態通報也在PFD上顯示如:自動駕駛/飛行指引儀工作模式、當前顯示模式、垂直偏離量、飛行距離等。PFD顯示的信息直接指導駕駛,因此2塊分別面對正副駕駛。

 主飛行顯示器

  1-2、多功能顯示器(Multi-Function Display,縮寫“MFD”)

  發動機工作狀況信息顯示在MFD上部,包括轉速、推力模式、點火信號牌、滑油溫度和壓力、燃油量、燃油流量和溫度等;下面窗口可顯示大范圍的飛行管理系統數據或綜合電子檢查單;再下面以羅盤格式或PPOS地圖格式或計劃地圖格式顯示導航信息。整個下部可選擇只顯示1種信息使畫面較大。較高檔次的公務機MFD也安裝2塊,讓同時顯示的信息更全面。MFD通常安裝在儀表板中間段。

  1-3、環境感知描述信息,包括氣象探測預警、近地告警(TAWS)和空中防撞告警(TCAS)等可以被覆蓋在羅盤弧格式或PPOS地圖格式的圖象中,因此可在PFD和MFD上顯示。

  2、飛行引導系統(Flight Guidance System,縮寫“FGS”)

  FGS包含雙套飛行指引計算機和1個三軸自動駕駛儀,是實現自動駕駛即“飛行指引儀”系統模式飛行的主要硬件。飛行中的飛機操縱通過直接(人工駕駛)或經3個伺服舵機(自動駕駛)拉動相應鋼索,控制副翼、升降舵、方向舵變換,實現向上、下、左、右飛行。無論人工還是自動駕駛,下步如何操縱必須參考一系列信息和指令,包括:飛機目前姿態、選定的航向、垂直和側向導航信息、當前高度、預定高度、高度是否保持、垂直速度、指示空速、空速或馬赫數是否保持等,所有信息不能缺少。假如在自動駕駛模式,飛機處于傾斜狀態缺少了垂直或側向導航信息,高度和方向就等于保持,系統將維持飛機在同航向同高度同傾斜度。FGS對所有信息的捕獲與跟蹤,形成控制命令送達給自動駕駛儀去操縱飛機,并在PFD上顯示,構成了完整的“飛行指引儀”系統。來自機長或副駕駛的飛行指引儀命令可以被偶合到自動駕駛儀/偏航阻尼系統中,該系統在主飛行控制系統中含有3個電動舵機控制器及一套完整自動或手動配平系統。

  3、姿態航向基準系統(Attitude Heading Reference System,縮寫“AHRS”)

  雙Collins AHC-3000 固化姿態/航向計算機獨立地提供本飛機姿態(俯仰角、左右水平傾斜角、左右旋轉角以及角度變化率等)和航向信息給EFIS和飛行引導系統。由駕駛艙的電門可選擇將哪臺AHC信息在哪1塊PFD上顯示。航向系統可工作在磁羅盤或自由陀鏍(free-gyro)模式。

  4、大氣數據計算機(Air Data Computer,縮寫“ADC”)

  雙Collins ADC-3000 數字化大氣數據計算機獨立提供高度、空速、垂直速度和空氣溫度信息給每臺PFDs;壓力高度信息提供給每臺S模式應答機,也給飛行管理系統(FMS)和飛行引導系統(FGS)用于垂直模式計算。此外,第3臺ADC專供電子備用儀表系統(ESIS)用。ADC根據空氣傳感器提供的大氣壓力、空氣相對流速及溫度,計算出相應數據。

  5、綜合飛行信息系統(Integrated Flight Information System,縮寫“IFIS)

  Collins IFIS-5000 結合飛行管理系統(FMS)一起提環境感知方面的信息。IFIS系統的核心是文件服務組件FUS-5010,它有強存儲和處理能力,存儲著世界地圖,使用高速以太網連接,從而能在MFD上顯示強化地圖覆蓋。經光標控制面板(在駕駛艙中央操縱臺上),機長可把某區域地圖覆蓋在FMS導航顯示上,諸如世界行政分界包括國家和國界;地理特征如湖泊、江河、海洋;區間航路的高低;以及受控制或受限制或禁用的空域。此外,XM WX 衛星氣象數據服務(廣播氣象)和Jeppesen電子導航圖按各自信息通道,經IFIS選擇可不連續地顯示在MFD上。

  該IFIS的強化地圖覆蓋數據庫按28天為周期不斷更新,需要用戶購買了Collins的更新服務才有效。用手提電腦通過操縱臺后側的數據口下載。Collins的IFIS具有對目前或未來可用選項的擴充和升級功能,例如Jeppesen 電子圖表、交互式圖形氣象和飛行服務。

  6、飛行管理系統(Flight Management System,縮寫“FMS”)

  為保障安全并讓空中交通暢通,全世界的民用航線(從哪里到哪里)、航路(高度與寬度界限)、民用機場數據等都相對固定并公開,所有飛機必須按照規定的線路飛行。

  FMS的核心是世界各地主要機場、航線航路數據庫。其功能是制定飛行計劃,并監視執行。計劃需要在起飛前制定,通過鍵盤輸入給FMS;允許中途因情況變化或接收到空管臨時指令及時調整;FMS跟蹤飛行計劃并提供對飛機下步飛行的導航,包括垂直(高度)和側向(左右)導航。

  6-1、Pro Line 21 儀表系統可配置1臺FMS-3000飛行管理系統,也可選裝第2臺FMS-3000(檔次較高的飛機標準配置2套)。FMS為飛行中的飛機時刻提供著多個航路點導航方案,導航源由GPS(衛星定位)、VOR(甚高頻全向信標)、DME(測距儀)混合后的位置信息組成,適用于航路、終端區及非精密進近導航。側向和垂直的兩種導航模式可顯示在PFD上并可被完全偶合給自動駕駛儀。航路飛行計劃,簡明語言識別代碼、機場通信及導航頻率查找功能都包括在FMS系統中。基于當前位置的政治地理邊界、空域邊界、主要水域邊界及航路等,都可在任何FMS地圖方式顯示。由于機場、航線航路不斷發展變化,FMS數據庫就需要更新,Collins提供28天周期的有償更新服務(同地圖數據庫)。

  較新的FMS數據庫對應所在的飛機,增加了新的計算功能,允許根據預計燃油消耗量進行飛行計劃計算,還可計算飛機重量、起飛速度并根據特定跑道條件計算所需跑道長度值。其起飛速度可自動在空速帶設定。

  FMS系統本身帶有顯示屏和編輯控制鍵盤,通常安放在正副駕駛之間的操縱臺前側,駕駛員可方便觀看并觸按。當第2套FMS為選裝件時,安裝在面板中段右下側。

  6-2、Garmin GPS 500 飛行管理系統

  為既好用又價格低,Pro Line 21 系統允許選Garmin公司生產的GPS 500 作為第2臺獨立的FMS,與Pro Line 21系統偶合,作為較精確的導航輔助。它使用自身的GPS傳感器,跟蹤多達12個GPS衛星定位信息。它顯示多達20個用戶定義的飛行計劃移動地圖,可顯示如江河、湖泊、海岸線、城市、公路和行政邊界等天然或人造地貌。建議的垂直導航數據按意愿顯示且地圖觀看可以放大或縮小,顯示范圍從0.1海里到3000海里。龐大的Jeppesen數據庫,不斷通過前加載數據卡來更新,包含所有前方機場的參考位置、VORs、NDBs、跨越點、飛行服務站、公布的進場、SIDs/STARs、專用空域和地理政治邊界等信息。使用來自內嵌的地形和美國障礙物數據庫信息,該GPS 500顯示著彩色高度碼,圖畫式警告你當再向前會接近碰撞。此外,伴隨B級地形知曉和警告系統(TAWS),你能提高空中飛行安全度。

  7、防撞警告系統

  7-1、空中交通碰撞避免系統(Traffic Collision Avoidance System,縮寫“TCAS”)

  TCAS系統搜尋并跟蹤闖入同區域內飛機的應答機信號,顯示對方的距離、方位、和相關高度(當高度信息被闖入者傳達時),并根據選定的范圍、交通密度和威脅量級,有限顯示目標的數量。一旦達到一定威脅量級,系統就發出視、聽信號,告知駕駛員在監視區域內有潛在碰撞危險。它的工作基礎在于應答機接收到了同區域內其它民航飛機應答機的信號。

  按照有效搜尋并跟蹤范圍不同,TCAS分為I級(5海里內可靠)和II級(35海里內可靠)。

  7-2、近地警告系統(Terrain Awareness Warning System,縮寫“TAWS”)

  TAWS 系統憑借內部世界范圍的導航、地形、障礙數據庫,與GPS和高度表提供的飛機即時高度數據比較,來預言位置并警告潛在的地面碰撞。它使用多種顏色漸變顯示地形等高線,以圖形描述大于2000英尺的跑道和高于100英尺的人造障礙物。TAWS分為B級和A級系統。其中L-3 通信公司的LandMark 8000 TAWS B級系統提供5種基本警告模式:前方地形警告(ELTA);下降太早;下降率過大;負爬升率;下降到500英尺;Honeywell公司的Mark V或Mark VIII為A級TAWS,含有7種基本警告模式:下降率過大;地形接近率過度;起飛后高度不足;凈空不安全;過度偏低于下滑道;“當心這里”(advisory callouts);模式7提醒注意前方(透過擋風玻璃)。

  聽覺警告經飛機音頻系統提供,視覺警告顯示在PFD和MFD上。三個主要數據庫通過與服務廠商簽約后周期性更新。

  8、氣象信息獲取

  為保障安全,駕駛員必須知道全程飛行的天氣情況,如中途是否可能經過雷暴、臺風區域或穿越結冰云層,目的機場是否可降落等。天氣隨時會變化,信息需要提前獲取以便駕駛員采取避免危險的措施。傳統且現在仍使用的獲取信息方式除地面塔臺空管調度員通知外,主要靠機載氣象探測雷達。科林斯WXR-800是穩定的、單臺、固態、X波段彩色雷達系統,它的描述信息能被覆蓋在飛機當前位置地圖上,在PFD或MFD上顯示,并符合選定的地圖/雷達范圍。該雷達掃描角120度,可選范圍5-300海里。顯然探測距離有限。

  現代則增加了衛星氣象廣播服務,它接收全球衛星氣象檢測信息,綜合分析后給出各區域各時段氣象預測信息,以衛星無線電廣播方式發送,飛機上必須安裝體現高端技術的專用接收機,才能隨時自動接收并儲存。該廣播氣象信息采用5種不同格式,以圖象或文字表達,可顯示在MFD上。調用與否和顯示格式由駕駛員通過CCP(光標控制面板)選擇。該氣象信息以飛機當前位置為中心,給出任意海里范圍的天氣現狀和趨勢,功能甚為強大。目前提供這項服務的僅美國XM公司,且僅在北美地區可使用,因此是選裝設備。

  9、機場電子導航圖表(Electronic Charts)

  這是為保障飛機在機場正確起飛/降落和在地面安全滑行的數據庫信息服務項目,由Jeppesen 公司提供,包括離場程序導航圖(SID、DP),進場程序導航圖(STAR),進近導航圖(Approach)以及地面滑行導航圖(TAXI)。它的特征是高精度高分辨率,包括世界各主要機場平面圖、進近、著陸、滑行、起飛程序和數據信息。它也經過IFIS(綜合飛行信息系統)驅動,與科林斯FMS信息動態配合,把飛機當前位置顯示在全部具有地理參考點的航行圖上。IFIS的電子導航圖鏈接功能依據來自FMS的飛行計劃數據,自動加載相應的電子導航圖。駕駛員可使用CCP(光標控制面板)把電子導航圖或地圖放大或縮小地顯示在MFD上。該數據庫在與廠家簽約后每14天為周期不斷更新。因用于輔助FMS在機場范圍精確導航且成本較高,通常作為選裝件由用戶自行決定是否安裝。

  10、無線電通信設備

  10-1、陸地導航接收機(Terrestrial Navigation Receivers)

  雙套科林斯NAV-4500導航接收機提供綜合地基導航功能,包括標準配置的雙VOR(甚高頻全向信標)、航向道、下滑道、馬克信標接收機以及選裝的ADF(自動定向儀)。導航信息顯示在PFD和MFD上。這些都是無線電信號,接收需調準頻率,通過儀表板中間安裝的RTUs(Radio Tuning Units無線電調諧器)控制面板或FMS上的鍵盤調諧。

  10-2、測距儀(Distance Measuring Equipment 縮寫“DME”)

  DME是傳統導航儀表之一,與VOR并設,可得到方位、距離數據。此方式被ICAO(國際民航組織)采用作為短距離導航標準。

  科林斯DME-4000能同時檢測多達3個在工作的地面DME發射站(標準機場都具有)信號,確定與對方之直線距離,實時送達給FMS(飛行管理系統)。它也需要頻率調諧。

  10-3、無線電高度表(Radio Altimeter)

  科林斯ALT-4000無線電高度表系統提供地面(含水面)以上到2500英尺(762米)之間的飛機近地高度數據。它憑借向地面發射無線電信號并接收反射回波來計算出飛機到地面(或水面)的垂直距離。該數據送給EFIS、TCAS及TAWS中并在PFD上顯示。

  10-4、VHF(甚高頻)通信收發機(VHF Communication Transceivers)

  雙套科林斯VHF-4000通信收發機最小輸出功率16瓦,數字化接收和發射技術,它支持未來發展的VHF數據鏈接操作模式,符合歐洲8.33千赫頻率間隔要求,用于機長與地面塔臺空管人員或其他機組人員之間的語音通信。因各國英語語音存在差異,為避免誤解,未來將在語音傳遞同時伴有簡要英語文字顯示在屏幕上。

  10-5、HF(高頻)無線電通信裝置

  這是短波通信裝置,適合遠距離非直線傳播通信,例如科林斯HF-9000全高頻通信系統,可以在2.0到29.9999兆赫之間按100赫茲間距步進調諧,具體功能同VHF通信,多屬于選裝件。

  10-6、S模式應答機(Transponders)

  具有無線電數據自動收發功能,隨時向他方通報本飛機的固有信息(包括飛機注冊號、機型等)和當前高度方位信息,并接收對方的信息。便于地面指揮中心及時掌握情況給予導航聯絡;便于同區域飛行飛機相互知曉以避免碰撞。S模式表示既可與地面空管站應答,又可與其它飛機應答。雙Collins TDR-94 S模式無差異固態應答機含有強的監視能力(有問即應)。高度報告信息來自數字ADC(大氣數據計算機)。其中一個應答機安裝遠離駕駛艙。都由RTU或FMS鍵盤調諧。有差異應答機(另需1套天線)可作為歐洲用戶選用。

  10-7、應急定位發射機(Emergency Locator Transmitter 縮寫“ELT”)

  Artex 公司制造的C406-N 常被選用,它與機載FMS連接,在緊急情況下被啟動,能發射3種頻率通報本飛機定位信息:121.5兆赫、243.0兆赫和衛星頻率406兆赫,位置信息來源于最后從FMS中獲得的本飛機位置。它平時不工作,一旦工作,靠自身電池供電。

  10-8、全球衛星定位系統(GPS)

  單一Collins GPS-4000A是一個12通道衛星定位信號接收機,給出基于衛星的位置數據供飛行管理系統,用來確定飛機在地球上的較精確位置(經緯度)。

  10-9、自動定向儀(Automatic Direction Finder,縮寫“ADF”)

  ADF是傳統導航儀表之一,它接收地面站發射的無方向無線電信標信號(NDB),根據本飛機前進方向與本飛機到NDB站直線間的角度來確定飛行方向。因測量誤差較大,國際日益少用,被VOR和GPS取代。ADF屬于選裝件,中國目前仍要求飛機必須安裝。它需要獨立的天線。

  10-10、無線電調諧器(Radio Turing Units,縮寫“RTUs”)

  所有無線電設備都需要頻率調協和跟蹤。為此,2套無線電調諧器安裝在面板中間偏上。當安裝2套FMS時,無線電設備調諧由FMS鍵盤配合其控制顯示器(CDU)實現。雙Collins RTU-4200 系列無線電調諧器為所有無線電傳感器的控制提供有富裕的接口。面板中央安裝的RTUs 為每個通信、導航、DME、ADF(選裝件)、HF(選裝件)無線電通信以及所有TCAS和應答機功能提供邏輯調諧和管理。該RTUs的非可變存儲特征能穩定地為每個無線電裝置和應答機保持所有當前的和多達20個預置的頻率。直觀的菜單結構讓駕駛員工作量最小化。該RTUs與FMS結合在一起用于航路導航頻率自動調諧。每個無線電部件都是獨立的以防止某故障部件帶來的干擾,而連續的故障異常監控記錄便于診斷和維修。

  上部的一個RTU服務于備用電子水平狀態指示器(EHSI),若主電源丟失,它就自動被激活。此時,飛機的航向以全羅盤卡格式顯示,伴隨VOR、航向道、下滑道和ADF(選裝件)數據。

  11、備用電子儀表系統(Electronic Standby Instrument System 縮寫“ESIS”)

  為提高儀表系統冗余度,即在PFD、MFD都因故失效情況下仍有主要飛行信息顯示,確保安全飛行,特增加一塊獨立、小屏幕飛行儀表(PFD),放在儀表板中上方,作為備用儀表。Pro Line 21 系統多采用L-3通信公司生產的GH-3000 ESIS,特征為:固態內部傳感器用于姿態顯示;1個單獨大氣數據計算機安裝在機身后部,提供空速和高度信息;飛行參考信息按與EFIS(電子飛行儀表系統)匹配的格式顯示在這塊全彩色液晶顯示屏上。該顯示器雖小(3.5英寸)但足夠清晰。

  較高檔公務機(如XLS+)還增加備用發動機狀態指示表和電子備用水平姿態指示表(EHSI),基本特征相同。

  12、其它儀表部件

  11-1、光標(指針)控制面板(Cursor Control Panel,縮寫“CCP”)

  它的作用如計算機鼠標,便于選擇打開哪個文件到顯示器上。Collins CCP-3000 光標控制面板用于溝通駕駛員與綜合飛行信息系統(IFIS)。它包括3個快速訪問鍵,用來快速選擇駕駛員定義的、預存的MFD方式。其它按紐支持電子檢查單功能和強化地圖覆蓋及廣播氣象的菜單功能。還支持可選擇的IFIS功能如Jeppesen 電子圖表。

  11-2、綜合電子檢查單(Integrated Electronic Checklist )

  多功能顯示器上能顯示用戶編寫的電子檢查程序文件,通過控制安裝在操縱臺上的CCP實現。與Windows 兼容的軟件便于用戶生成檢查單文件頁。

  11-3、音頻控制面板(Audio Control Panel)

  雙Collins 數字化音頻控制放大器為來自所有接收機的話筒輸入和直接音頻輸出提供發射選擇,特征在于獨立的機組側音調整。

  11-4、駕駛艙揚聲器靜音開關(Cockpit Speaker Mute Switch)

  在儀表面板上有一個開關,由機組控制可讓所有送到駕駛艙上方揚聲器的音頻和聽覺告警靜音,包括TCAS 和TAWS告警。(注:某些國家管理機構不批準使用此系統,這種情況下可使其失效。)

  11-5、駕駛艙話音記錄儀(Cockpit Voice Recorder Provisions)

  L-3通信公司的 FA2100 CVR包含3個主要部件:帶有ULB(Underwater Locator Beacon水下定位信標)功能的記錄儀裝在機尾;控制面板裝在駕駛艙操縱臺上;遠距話筒安裝在儀表板遮光罩上。該記錄儀連續記錄正、副駕駛的音頻通信以及艙內PA(旅客提醒)系統的信息。遠距話筒記錄駕駛艙內的所有聲音信息。該記錄儀至少記錄關斷前120分種內的數據信息。它的安裝包括所有配線、駕駛艙安裝的話筒、安裝底盤、碰撞電門及擋板。

  12、維護診斷計算機或系統(Maintenance Diagnostic Computer,縮寫“MDC”或“MDS”)

  現在的獎狀系列飛機都帶有機載維護診斷系統。CJ1+、CJ2+,CJ3和Encore+ 機型配Collins MDC-3100 維護診斷計算機,能收集、存儲和顯示診斷數據,監視很多Pro Line 21 系統中的可更換部件(LRUs)的勤務情況和故障信息。該系統能儲存100次飛行故障歷史。

  XLS+、CJ4 機型的MDS能力更強些,它可列出故障清單及每個現存故障的進一步診斷信息、故障部件和故障歷史記錄。它通過為每個機組警告信息記錄詳細準確的相關參數、記錄每次飛行期間發動機趨勢數據,MDS還與飛機各個邏輯模塊及動態顯示參數銜接,以幫助排除機組告警信息(CAS)。該系統能儲存此前100次飛行期間發生的多達500個故障的歷史,并提供維護報告,該報告可以用ASCII格式下載到USB存儲器件中。維護數據只能當飛機在地面時,通過副駕駛的MFD訪問,飛行時不能訪問。

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