计算机让未来飞行更安全
新知
前不久发生的吉祥航空拒避让事件，和9·11十周年的来临，让航空飞行管理技术再次成为人们关注的焦点。
随着航空业越来越发达，天空中的各种航线越来越多，如何利用现代电子技术对飞行体系进行有效管理和协调，如何保障不同航班在飞行中的安全，成为大家希望了解的问题。
本期的新知版面，就带大家一起去认识主流的飞行管理系统，看看全球航空业是如何利用现代工业技术来保障乘客的安全，快捷有效地为大家服务的。
历史
在认识飞行管理系统之前，应该先了解飞行管理。飞行管理的英文简称是“ FMS”，它是大型飞机数字化电子系统的核心。
飞行管理的概念最早可以追溯到 20 世纪 20 年代。1929 年，杜立特上尉依靠飞行仪器，在大雾中飞行了十分钟，并安全着陆，第一次实现了真正意义上的引导飞行，也就是通常航空学上所说的“盲飞”。
此时欧洲和美国航空监管部门都感到，有必要建立一个系统，帮助飞行员摆脱纯粹的感官飞行，而利用可靠的数据分析来引导飞机的整个飞行过程，美国航空管理局遂第一次提出了“FMS”这个概念。
跟任何新技术一样，飞行管理首先应用于军事领域。上世纪30年代，美国海军部在大力发展海军航空兵部队时，第一次在战斗机上安装了帮助投弹的仪器，这是最早采取数据分析模式帮助飞机飞行的管理模块。
这里还有一个小插曲，当时驻扎在夏威夷的美国海军航空兵一个负责训练的军官发现，新飞行员在投弹过程中过分依靠目测，导致轰炸效果很差。此时正好碰上美国海军部的高级官员来这里视察，看到这个糟糕情况非常恼火，要求训练部门限期解决这个问题。
这个军官回到家里郁郁寡欢，他在加州大学工作的妻子知道情况之后，无意中与加州大学物理系一位教授谈起这件事。教授正好在从事飞行控制方面的新兴研究，立即就和海军航空兵训练部门达成协议，为美国的飞行员开发了用于投弹调整的仪表，利用数据修正投弹姿态。半年之后，夏威夷的海军航空兵投弹命中率大大提高。
进入上世纪60年代，飞行管理系统进入了一个高速发展的阶段。
第一，大型计算机技术的出现，使得飞行管理系统实现了智能化、集成化、小型化的突破，能够真正为飞行安全服务。
第二，全球化经济的发展带动了航空业迅猛发展，使得更为安全有效的飞行管理系统成为急需解决的问题。
从上世纪60年代末期开始，全球航空业在飞行管理系统方面出现了三大巨头，全都是美国企业，分别是霍尼韦尔有限公司、罗克韦尔 · 柯林斯公司和通用航空电子系统集团。
在上世纪70年代-80年代，这三家公司几乎控制了全球飞行管理系统70%的市场份额。尤其是霍尼韦尔有限公司开发了FMZ-900/920 、 FMZ-2000 、 Primus Epic等多个飞行管理产品，在多种类型的军用和民用飞机上都有所应用，包括主流的波音系列飞机和麦道支线飞机，还有欧洲的空中客车系列。
从上世纪80年代开始，欧洲厂商开始在飞行管理系统的市场中发展壮大起来。
在每次航空电子系统竞标的时候，欧洲空中客车公司就十分强调以欧洲公司为主，扶持研发欧洲自己的飞行管理系统。这样既削弱了美国供应商一家独大的局面，降低了机载设备的装备成本，增强了市场竞争力，又逐步吸纳美国公司的先进技术，提高欧洲的自研能力。
技术
今天，大型民用飞机上广泛采用的飞行管理系统是综合化自动飞行控制系统（AFCS），它集导航、制导、控制、显示、性能优化与管理功能为一体，实现飞机在整个飞行过程中的自动管理与控制。
飞行管理系统通常由一个飞行管理计算机系统（FMCS）和所需的相关接口设备组成，如电子飞行仪表系统（ EFIS ）和自动飞行系统等设备。
一个典型的 FMCS 通常由飞行管理计算机（FMC）和控制与显示单元（CDU）两种组件构成。一个飞行管理系统通常能完成或辅助飞行员完成的基本功能包括：飞行计划、导航与制导、性能优化与预测、电子飞行仪表系统显示、人/机交互和空地数据链。
FMC一般安装在飞机的电气电子设备舱的设备架上。根据需要，有的飞机上安装一台，而在有的飞机上却装有两台，一台主用，一台备用。
CDU为便于操作使用，都安装在驾驶舱靠近正、副驾驶员的中央操纵台的前方。CDU在飞机上一般安装两台，分别供正、副驾驶员操纵使用；也可根据用户的要求安装一台或三台。
我们可以模拟一下一个典型的飞行管理系统会做哪些事情。
现在有一架从北京飞往旧金山的国际航班。那么起飞之前，飞行管理系统的航班计划模块能够在地面终端站的帮助下，根据飞机、发动机性能、起飞着陆机场、航路设施能力、航路气象条件及其装载情况，生成一个具体的全剖面飞行计划，保证飞机顺利地从北京飞往旧金山。
这个航班的飞行员只要向飞行管理计算机输入飞机的起飞机场、目的地机场并规定飞行航路，即要在起飞机场和目的地机场之间起码规定一个航路点，飞行管理系统就能根据IRS和无线电导航设备的信号准确地计算出飞机在飞行中的图时位置，根据计算发出指令到AFCS的自动驾驶仪或飞行指引系统，引导飞机从起飞机场到目的地机场。
同样，飞行员只要通过飞行管理系统的控制显示组件（CDU）输入飞机的起飞全重以及性能要求，FMCS就能计算从起飞机场到目的地机场飞行的最经济速度和巡航高度，也能连续计算推力限期值。送出指令到自动驾驶和自动油门系统。
当飞机起飞之后，飞行管理系统的飞行分析模块则可以实现多个飞行协调功能。比如通过主飞行显示系统显示和指示有关飞行信息；通过无线电通信与导航系统获得通信、空中交通和无线电导航数据；通过飞行操纵系统控制飞机的姿态；通过自动油门系统调节发动机功率；通过中央数据采集系统收集、记录和综合处理数据；通过空地数据链系统收发航行数据；通过机上告警系统提供系统监控和告警等功能。
飞机在旧金山降落之前，飞行管理系统的航空导航模块则能够通过数据分析，并在地面导航人员的协助下，给出最佳的降落路线和最合适的降落姿态，如果因为天气或者其他突发原因需要改变计划，飞行管理系统还能够给出备用方案供飞行员选择，从而保障整个飞行的安全。
而且，在军事航空上面，飞行管理系统的计算机分析模块可以有效提高战斗机的命中率，保证在第一时间命中目标，完成战斗任务。
全球主要飞行管理系统产品一览
未来
从技术角度来看，这数十年时间里，飞行管理系统经历了四个层次的发展。最初是仅仅限于小范围的局部导航，为一定范围内的飞行提供导航服务；接下来就发展到真正意义上的飞行管理，为导航、控制、显示等多个方面服务；再到后来，飞行管理系统又实现了四维服务，就是实现了地面、飞机和卫星的有效互动，将飞行过程中的管理效率大大提高；而到了20世纪90年代之后，飞行管理系统开始进入新一代发展模式，计算机技术的全面应用帮助飞机实现了真正意义上的智能飞行。
从飞行管理系统的发展趋势来看，智能化、模块化将成为未来飞行管理系统的发展方向。
第一，全面的基于性能的导航功能。
第二，具有全面的性能计算功能，其控制飞行到达时间误差仅为±6秒。
第三，数据库存储量增长迅速，存储内容也更加丰富。
第四，更注重系统的通用性。
第五，图形化人机接口。简单化的人机接口有助于飞行员更好地掌握和利用飞行管理系统。
随着计算机技术的不断提高，必然也会对飞行管理技术产生重大影响，使得航空飞行朝着越来越安全越来越便捷的方向发展。从这个角度来看，计算机正成为飞行安全之神，真正切实有效地保障我们的每一次飞行安全。