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赛斯纳庞巴迪

公务机综合航空电子仪表系统概述

私人飞机网 更新时间:2015-07-12 16:14:34 来源:航趣私人飞机网 字号:

  数字化、网络化、信息化,促进现代飞机都采用较大屏幕平板液晶显示的综合飞行电子仪表系统。目前世界流行三大飞机综合航电仪表系统厂商:Honeynell(中、大型飞机多采用);Collins(轻、中型飞机多采用);Garmin(后起之秀,正广泛用于VLJ、轻型涡桨飞机和活塞飞机)。飞机无论大小,需要让驾驶者了解的主要信息都一样,因此无论哪家产品,主要功能都相同。赛斯纳奖状系列10种机型,其中7种的仪表来自Collins,我们以科林斯Pro Line 21仪表系统为例作普及性概述。

  1、电子飞行显示器(Electronic Flight Displays)

电子飞行显示器

  告知驾驶员的所有文字或图象信息都可以在同一屏幕上显示,但为清晰辨认和及时知晓,公务机一般安装3块或4块甚至5块同型号电子飞行显示器,按主要显示信息类别区分为“主飞行显示器”和“多功能显示器”。每块显示器显示什么由双套显示控制器(DCU)控制,它有2块控制面板(DCP)安装在仪表板上,配合光标控制板和显示器本身的开关,供驾驶员选择显示模式变换。

  1-1、        主飞行显示器(Primary Flight Display,缩写“PFD”)

  与驾驶员如何操作最直接相关的信息是飞机目前的姿态(高度、速度、平直度)和方位及航向,它们显示在PFD屏幕的上、下半部。上半部主要为地平仪,用象征飞机的图符示意飞机在高度层所处的位置和飞机本身的平直度;两侧纵向列表显示高度、空速、垂直速度的即时和参照数据。下半部以罗盘弧格式或当前位置地图(PPOS)格式描述飞机当前的方位和航向。显示数据来源于大气数据计算机(ADC)和姿态(AHRS)计算机,原始数据来自机载传感器、雷达、罗盘等测量仪。PFD还协同方位罗盘信息显示侧向导航信息。温度(TAS、RAT、SAT和ISA偏差)显示在每块PFD的底部。各系统状态通报也在PFD上显示如:自动驾驶/飞行指引仪工作模式、当前显示模式、垂直偏离量、飞行距离等。PFD显示的信息直接指导驾驶,因此2块分别面对正副驾驶。

 主飞行显示器

  1-2、多功能显示器(Multi-Function Display,缩写“MFD”)

  发动机工作状况信息显示在MFD上部,包括转速、推力模式、点火信号牌、滑油温度和压力、燃油量、燃油流量和温度等;下面窗口可显示大范围的飞行管理系统数据或综合电子检查单;再下面以罗盘格式或PPOS地图格式或计划地图格式显示导航信息。整个下部可选择只显示1种信息使画面较大。较高档次的公务机MFD也安装2块,让同时显示的信息更全面。MFD通常安装在仪表板中间段。

  1-3、环境感知描述信息,包括气象探测预警、近地告警(TAWS)和空中防撞告警(TCAS)等可以被覆盖在罗盘弧格式或PPOS地图格式的图象中,因此可在PFD和MFD上显示。

  2、飞行引导系统(Flight Guidance System,缩写“FGS”)

  FGS包含双套飞行指引计算机和1个三轴自动驾驶仪,是实现自动驾驶即“飞行指引仪”系统模式飞行的主要硬件。飞行中的飞机操纵通过直接(人工驾驶)或经3个伺服舵机(自动驾驶)拉动相应钢索,控制副翼、升降舵、方向舵变换,实现向上、下、左、右飞行。无论人工还是自动驾驶,下步如何操纵必须参考一系列信息和指令,包括:飞机目前姿态、选定的航向、垂直和侧向导航信息、当前高度、预定高度、高度是否保持、垂直速度、指示空速、空速或马赫数是否保持等,所有信息不能缺少。假如在自动驾驶模式,飞机处于倾斜状态缺少了垂直或侧向导航信息,高度和方向就等于保持,系统将维持飞机在同航向同高度同倾斜度。FGS对所有信息的捕获与跟踪,形成控制命令送达给自动驾驶仪去操纵飞机,并在PFD上显示,构成了完整的“飞行指引仪”系统。来自机长或副驾驶的飞行指引仪命令可以被偶合到自动驾驶仪/偏航阻尼系统中,该系统在主飞行控制系统中含有3个电动舵机控制器及一套完整自动或手动配平系统。

  3、姿态航向基准系统(Attitude Heading Reference System,缩写“AHRS”)

  双Collins AHC-3000 固化姿态/航向计算机独立地提供本飞机姿态(俯仰角、左右水平倾斜角、左右旋转角以及角度变化率等)和航向信息给EFIS和飞行引导系统。由驾驶舱的电门可选择将哪台AHC信息在哪1块PFD上显示。航向系统可工作在磁罗盘或自由陀镙(free-gyro)模式。

  4、大气数据计算机(Air Data Computer,缩写“ADC”)

  双Collins ADC-3000 数字化大气数据计算机独立提供高度、空速、垂直速度和空气温度信息给每台PFDs;压力高度信息提供给每台S模式应答机,也给飞行管理系统(FMS)和飞行引导系统(FGS)用于垂直模式计算。此外,第3台ADC专供电子备用仪表系统(ESIS)用。ADC根据空气传感器提供的大气压力、空气相对流速及温度,计算出相应数据。

  5、综合飞行信息系统(Integrated Flight Information System,缩写“IFIS)

  Collins IFIS-5000 结合飞行管理系统(FMS)一起提环境感知方面的信息。IFIS系统的核心是文件服务组件FUS-5010,它有强存储和处理能力,存储着世界地图,使用高速以太网连接,从而能在MFD上显示强化地图覆盖。经光标控制面板(在驾驶舱中央操纵台上),机长可把某区域地图覆盖在FMS导航显示上,诸如世界行政分界包括国家和国界;地理特征如湖泊、江河、海洋;区间航路的高低;以及受控制或受限制或禁用的空域。此外,XM WX 卫星气象数据服务(广播气象)和Jeppesen电子导航图按各自信息通道,经IFIS选择可不连续地显示在MFD上。

  该IFIS的强化地图覆盖数据库按28天为周期不断更新,需要用户购买了Collins的更新服务才有效。用手提电脑通过操纵台后侧的数据口下载。Collins的IFIS具有对目前或未来可用选项的扩充和升级功能,例如Jeppesen 电子图表、交互式图形气象和飞行服务。

  6、飞行管理系统(Flight Management System,缩写“FMS”)

  为保障安全并让空中交通畅通,全世界的民用航线(从哪里到哪里)、航路(高度与宽度界限)、民用机场数据等都相对固定并公开,所有飞机必须按照规定的线路飞行。

  FMS的核心是世界各地主要机场、航线航路数据库。其功能是制定飞行计划,并监视执行。计划需要在起飞前制定,通过键盘输入给FMS;允许中途因情况变化或接收到空管临时指令及时调整;FMS跟踪飞行计划并提供对飞机下步飞行的导航,包括垂直(高度)和侧向(左右)导航。

  6-1、Pro Line 21 仪表系统可配置1台FMS-3000飞行管理系统,也可选装第2台FMS-3000(档次较高的飞机标准配置2套)。FMS为飞行中的飞机时刻提供着多个航路点导航方案,导航源由GPS(卫星定位)、VOR(甚高频全向信标)、DME(测距仪)混合后的位置信息组成,适用于航路、终端区及非精密进近导航。侧向和垂直的两种导航模式可显示在PFD上并可被完全偶合给自动驾驶仪。航路飞行计划,简明语言识别代码、机场通信及导航频率查找功能都包括在FMS系统中。基于当前位置的政治地理边界、空域边界、主要水域边界及航路等,都可在任何FMS地图方式显示。由于机场、航线航路不断发展变化,FMS数据库就需要更新,Collins提供28天周期的有偿更新服务(同地图数据库)。

  较新的FMS数据库对应所在的飞机,增加了新的计算功能,允许根据预计燃油消耗量进行飞行计划计算,还可计算飞机重量、起飞速度并根据特定跑道条件计算所需跑道长度值。其起飞速度可自动在空速带设定。

  FMS系统本身带有显示屏和编辑控制键盘,通常安放在正副驾驶之间的操纵台前侧,驾驶员可方便观看并触按。当第2套FMS为选装件时,安装在面板中段右下侧。

  6-2、Garmin GPS 500 飞行管理系统

  为既好用又价格低,Pro Line 21 系统允许选Garmin公司生产的GPS 500 作为第2台独立的FMS,与Pro Line 21系统偶合,作为较精确的导航辅助。它使用自身的GPS传感器,跟踪多达12个GPS卫星定位信息。它显示多达20个用户定义的飞行计划移动地图,可显示如江河、湖泊、海岸线、城市、公路和行政边界等天然或人造地貌。建议的垂直导航数据按意愿显示且地图观看可以放大或缩小,显示范围从0.1海里到3000海里。庞大的Jeppesen数据库,不断通过前加载数据卡来更新,包含所有前方机场的参考位置、VORs、NDBs、跨越点、飞行服务站、公布的进场、SIDs/STARs、专用空域和地理政治边界等信息。使用来自内嵌的地形和美国障碍物数据库信息,该GPS 500显示着彩色高度码,图画式警告你当再向前会接近碰撞。此外,伴随B级地形知晓和警告系统(TAWS),你能提高空中飞行安全度。

  7、防撞警告系统

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

  TCAS系统搜寻并跟踪闯入同区域内飞机的应答机信号,显示对方的距离、方位、和相关高度(当高度信息被闯入者传达时),并根据选定的范围、交通密度和威胁量级,有限显示目标的数量。一旦达到一定威胁量级,系统就发出视、听信号,告知驾驶员在监视区域内有潜在碰撞危险。它的工作基础在于应答机接收到了同区域内其它民航飞机应答机的信号。

  按照有效搜寻并跟踪范围不同,TCAS分为I级(5海里内可靠)和II级(35海里内可靠)。

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

  TAWS 系统凭借内部世界范围的导航、地形、障碍数据库,与GPS和高度表提供的飞机即时高度数据比较,来预言位置并警告潜在的地面碰撞。它使用多种颜色渐变显示地形等高线,以图形描述大于2000英尺的跑道和高于100英尺的人造障碍物。TAWS分为B级和A级系统。其中L-3 通信公司的LandMark 8000 TAWS B级系统提供5种基本警告模式:前方地形警告(ELTA);下降太早;下降率过大;负爬升率;下降到500英尺;Honeywell公司的Mark V或Mark VIII为A级TAWS,含有7种基本警告模式:下降率过大;地形接近率过度;起飞后高度不足;净空不安全;过度偏低于下滑道;“当心这里”(advisory callouts);模式7提醒注意前方(透过挡风玻璃)。

  听觉警告经飞机音频系统提供,视觉警告显示在PFD和MFD上。三个主要数据库通过与服务厂商签约后周期性更新。

  8、气象信息获取

  为保障安全,驾驶员必须知道全程飞行的天气情况,如中途是否可能经过雷暴、台风区域或穿越结冰云层,目的机场是否可降落等。天气随时会变化,信息需要提前获取以便驾驶员采取避免危险的措施。传统且现在仍使用的获取信息方式除地面塔台空管调度员通知外,主要靠机载气象探测雷达。科林斯WXR-800是稳定的、单台、固态、X波段彩色雷达系统,它的描述信息能被覆盖在飞机当前位置地图上,在PFD或MFD上显示,并符合选定的地图/雷达范围。该雷达扫描角120度,可选范围5-300海里。显然探测距离有限。

  现代则增加了卫星气象广播服务,它接收全球卫星气象检测信息,综合分析后给出各区域各时段气象预测信息,以卫星无线电广播方式发送,飞机上必须安装体现高端技术的专用接收机,才能随时自动接收并储存。该广播气象信息采用5种不同格式,以图象或文字表达,可显示在MFD上。调用与否和显示格式由驾驶员通过CCP(光标控制面板)选择。该气象信息以飞机当前位置为中心,给出任意海里范围的天气现状和趋势,功能甚为强大。目前提供这项服务的仅美国XM公司,且仅在北美地区可使用,因此是选装设备。

  9、机场电子导航图表(Electronic Charts)

  这是为保障飞机在机场正确起飞/降落和在地面安全滑行的数据库信息服务项目,由Jeppesen 公司提供,包括离场程序导航图(SID、DP),进场程序导航图(STAR),进近导航图(Approach)以及地面滑行导航图(TAXI)。它的特征是高精度高分辨率,包括世界各主要机场平面图、进近、着陆、滑行、起飞程序和数据信息。它也经过IFIS(综合飞行信息系统)驱动,与科林斯FMS信息动态配合,把飞机当前位置显示在全部具有地理参考点的航行图上。IFIS的电子导航图链接功能依据来自FMS的飞行计划数据,自动加载相应的电子导航图。驾驶员可使用CCP(光标控制面板)把电子导航图或地图放大或缩小地显示在MFD上。该数据库在与厂家签约后每14天为周期不断更新。因用于辅助FMS在机场范围精确导航且成本较高,通常作为选装件由用户自行决定是否安装。

  10、无线电通信设备

  10-1、陆地导航接收机(Terrestrial Navigation Receivers)

  双套科林斯NAV-4500导航接收机提供综合地基导航功能,包括标准配置的双VOR(甚高频全向信标)、航向道、下滑道、马克信标接收机以及选装的ADF(自动定向仪)。导航信息显示在PFD和MFD上。这些都是无线电信号,接收需调准频率,通过仪表板中间安装的RTUs(Radio Tuning Units无线电调谐器)控制面板或FMS上的键盘调谐。

  10-2、测距仪(Distance Measuring Equipment 缩写“DME”)

  DME是传统导航仪表之一,与VOR并设,可得到方位、距离数据。此方式被ICAO(国际民航组织)采用作为短距离导航标准。

  科林斯DME-4000能同时检测多达3个在工作的地面DME发射站(标准机场都具有)信号,确定与对方之直线距离,实时送达给FMS(飞行管理系统)。它也需要频率调谐。

  10-3、无线电高度表(Radio Altimeter)

  科林斯ALT-4000无线电高度表系统提供地面(含水面)以上到2500英尺(762米)之间的飞机近地高度数据。它凭借向地面发射无线电信号并接收反射回波来计算出飞机到地面(或水面)的垂直距离。该数据送给EFIS、TCAS及TAWS中并在PFD上显示。

  10-4、VHF(甚高频)通信收发机(VHF Communication Transceivers)

  双套科林斯VHF-4000通信收发机最小输出功率16瓦,数字化接收和发射技术,它支持未来发展的VHF数据链接操作模式,符合欧洲8.33千赫频率间隔要求,用于机长与地面塔台空管人员或其他机组人员之间的语音通信。因各国英语语音存在差异,为避免误解,未来将在语音传递同时伴有简要英语文字显示在屏幕上。

  10-5、HF(高频)无线电通信装置

  这是短波通信装置,适合远距离非直线传播通信,例如科林斯HF-9000全高频通信系统,可以在2.0到29.9999兆赫之间按100赫兹间距步进调谐,具体功能同VHF通信,多属于选装件。

  10-6、S模式应答机(Transponders)

  具有无线电数据自动收发功能,随时向他方通报本飞机的固有信息(包括飞机注册号、机型等)和当前高度方位信息,并接收对方的信息。便于地面指挥中心及时掌握情况给予导航联络;便于同区域飞行飞机相互知晓以避免碰撞。S模式表示既可与地面空管站应答,又可与其它飞机应答。双Collins TDR-94 S模式无差异固态应答机含有强的监视能力(有问即应)。高度报告信息来自数字ADC(大气数据计算机)。其中一个应答机安装远离驾驶舱。都由RTU或FMS键盘调谐。有差异应答机(另需1套天线)可作为欧洲用户选用。

  10-7、应急定位发射机(Emergency Locator Transmitter 缩写“ELT”)

  Artex 公司制造的C406-N 常被选用,它与机载FMS连接,在紧急情况下被启动,能发射3种频率通报本飞机定位信息:121.5兆赫、243.0兆赫和卫星频率406兆赫,位置信息来源于最后从FMS中获得的本飞机位置。它平时不工作,一旦工作,靠自身电池供电。

  10-8、全球卫星定位系统(GPS)

  单一Collins GPS-4000A是一个12通道卫星定位信号接收机,给出基于卫星的位置数据供飞行管理系统,用来确定飞机在地球上的较精确位置(经纬度)。

  10-9、自动定向仪(Automatic Direction Finder,缩写“ADF”)

  ADF是传统导航仪表之一,它接收地面站发射的无方向无线电信标信号(NDB),根据本飞机前进方向与本飞机到NDB站直线间的角度来确定飞行方向。因测量误差较大,国际日益少用,被VOR和GPS取代。ADF属于选装件,中国目前仍要求飞机必须安装。它需要独立的天线。

  10-10、无线电调谐器(Radio Turing Units,缩写“RTUs”)

  所有无线电设备都需要频率调协和跟踪。为此,2套无线电调谐器安装在面板中间偏上。当安装2套FMS时,无线电设备调谐由FMS键盘配合其控制显示器(CDU)实现。双Collins RTU-4200 系列无线电调谐器为所有无线电传感器的控制提供有富裕的接口。面板中央安装的RTUs 为每个通信、导航、DME、ADF(选装件)、HF(选装件)无线电通信以及所有TCAS和应答机功能提供逻辑调谐和管理。该RTUs的非可变存储特征能稳定地为每个无线电装置和应答机保持所有当前的和多达20个预置的频率。直观的菜单结构让驾驶员工作量最小化。该RTUs与FMS结合在一起用于航路导航频率自动调谐。每个无线电部件都是独立的以防止某故障部件带来的干扰,而连续的故障异常监控记录便于诊断和维修。

  上部的一个RTU服务于备用电子水平状态指示器(EHSI),若主电源丢失,它就自动被激活。此时,飞机的航向以全罗盘卡格式显示,伴随VOR、航向道、下滑道和ADF(选装件)数据。

  11、备用电子仪表系统(Electronic Standby Instrument System 缩写“ESIS”)

  为提高仪表系统冗余度,即在PFD、MFD都因故失效情况下仍有主要飞行信息显示,确保安全飞行,特增加一块独立、小屏幕飞行仪表(PFD),放在仪表板中上方,作为备用仪表。Pro Line 21 系统多采用L-3通信公司生产的GH-3000 ESIS,特征为:固态内部传感器用于姿态显示;1个单独大气数据计算机安装在机身后部,提供空速和高度信息;飞行参考信息按与EFIS(电子飞行仪表系统)匹配的格式显示在这块全彩色液晶显示屏上。该显示器虽小(3.5英寸)但足够清晰。

  较高档公务机(如XLS+)还增加备用发动机状态指示表和电子备用水平姿态指示表(EHSI),基本特征相同。

  12、其它仪表部件

  11-1、光标(指针)控制面板(Cursor Control Panel,缩写“CCP”)

  它的作用如计算机鼠标,便于选择打开哪个文件到显示器上。Collins CCP-3000 光标控制面板用于沟通驾驶员与综合飞行信息系统(IFIS)。它包括3个快速访问键,用来快速选择驾驶员定义的、预存的MFD方式。其它按纽支持电子检查单功能和强化地图覆盖及广播气象的菜单功能。还支持可选择的IFIS功能如Jeppesen 电子图表。

  11-2、综合电子检查单(Integrated Electronic Checklist )

  多功能显示器上能显示用户编写的电子检查程序文件,通过控制安装在操纵台上的CCP实现。与Windows 兼容的软件便于用户生成检查单文件页。

  11-3、音频控制面板(Audio Control Panel)

  双Collins 数字化音频控制放大器为来自所有接收机的话筒输入和直接音频输出提供发射选择,特征在于独立的机组侧音调整。

  11-4、驾驶舱扬声器静音开关(Cockpit Speaker Mute Switch)

  在仪表面板上有一个开关,由机组控制可让所有送到驾驶舱上方扬声器的音频和听觉告警静音,包括TCAS 和TAWS告警。(注:某些国家管理机构不批准使用此系统,这种情况下可使其失效。)

  11-5、驾驶舱话音记录仪(Cockpit Voice Recorder Provisions)

  L-3通信公司的 FA2100 CVR包含3个主要部件:带有ULB(Underwater Locator Beacon水下定位信标)功能的记录仪装在机尾;控制面板装在驾驶舱操纵台上;远距话筒安装在仪表板遮光罩上。该记录仪连续记录正、副驾驶的音频通信以及舱内PA(旅客提醒)系统的信息。远距话筒记录驾驶舱内的所有声音信息。该记录仪至少记录关断前120分种内的数据信息。它的安装包括所有配线、驾驶舱安装的话筒、安装底盘、碰撞电门及挡板。

  12、维护诊断计算机或系统(Maintenance Diagnostic Computer,缩写“MDC”或“MDS”)

  现在的奖状系列飞机都带有机载维护诊断系统。CJ1+、CJ2+,CJ3和Encore+ 机型配Collins MDC-3100 维护诊断计算机,能收集、存储和显示诊断数据,监视很多Pro Line 21 系统中的可更换部件(LRUs)的勤务情况和故障信息。该系统能储存100次飞行故障历史。

  XLS+、CJ4 机型的MDS能力更强些,它可列出故障清单及每个现存故障的进一步诊断信息、故障部件和故障历史记录。它通过为每个机组警告信息记录详细准确的相关参数、记录每次飞行期间发动机趋势数据,MDS还与飞机各个逻辑模块及动态显示参数衔接,以帮助排除机组告警信息(CAS)。该系统能储存此前100次飞行期间发生的多达500个故障的历史,并提供维护报告,该报告可以用ASCII格式下载到USB存储器件中。维护数据只能当飞机在地面时,通过副驾驶的MFD访问,飞行时不能访问。

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