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飛行管理電腦 (Flight Management Computer, FMC)
FMC 的功能可大概分成四類 : Navigation, Guidance, Performance, Thrust management.
Navigation : 一般翻譯成 "導航", 而後面要介紹的 FMC 另一項功能 : Guidance, 也被翻譯成 "導航". 其實兩者是不太一樣的, Navigation 主要談的是有關飛機本身的定位問題, 畢竟先得知道自己在那裡, 才能決定如⋯⋯何往目標飛, 而 Guidance 談的, 才是如何把飛機由現在位置飛到目的地 看到這裡也許有人要問 : "定位" 不是慣性導航或衛星導航系統的工作嗎 ?如果你這麼想就大錯特錯了. 不曉得你有沒有注意到, 747-400 上用的是慣性 "參考" 系統, 而非 "導航"系統. 顧名思義, 這套系統所提功的飛機位置資料⋯⋯, 只是用來參考而已了. 那麼 FMC 又是如何來作定位的動作呢 ? 原來在 FMC 裡有一個功能強大的資料庫, 裡頭儲存了世界上所有導航電台的資料, 包括它的種類, 代號, 使用頻率, 地理位置等等, 在飛行中 FMC 會不斷找出資料庫中目前飛機位置附近的導航電台, 並自動調整機上各相關導航系統的頻率, 利用從該導航台所獲得的資料, 來更新飛機所在的位置.
Guidance : 有了飛機的位置, 接下來就是如何導引飛機飛往目的地了. 在Guidance 方面, 其實 FMC 還細分為平面導航 (Lateral Navigation, L-NAV)及垂直導航 (Vertical Navigation, V-NAV). L-NAV 負責從起飛機場, 經各航路的導航點, 到降落機場的平面航路導引, 而 V-NAV 則負責飛機從起飛, 爬升, 巡航, 下降, 進場到落地間, 各階段的飛行高度導引. 前述的導航資料庫除了有導航電台資料外, 還有所有航路上的導航點 (Waypoint) 資料, 各機場的位置, 使用的儀器降落系統 (ILS) 頻率, 甚至離到場的程序都有. 飛行員在起飛前要輸入起飛機場, 通過的導航點, 及落地機場, FMC 的 L-NAV 功能就可以一路引導飛機沿著預定的航路飛. 這其間當然要配合 V-NAV 的功能, 同樣的, 飛行員也必頇輸入, 起飛機場的離場程序, 爬升模式 (定速, 經濟....), 巡航模式, 下降模式, 落地機場的到場程序等. 起飛之後, 切換至 Autopilot , 並將 Autopilot 設定為 FMC 引導的模式, 從此飛行員就過著幸福快樂的日子, 一路飛往目的地. 其實從飛機對準跑道頭後, FMC 就可以接手自動駕駛的工作, 只是目前礙於民航法規的規定, 必頇等飛機離地 400 英呎以後, 才能使用 Autopilot. 這是因為起飛是飛機最危險的時刻 (比降落的風險還大), 雖說統計資料看來, 降落時期的失事率最高, 但實際上起飛時, 飛機的速度, 高度, 推力, 都在最敏感的狀態邊緣, 任一閃失都會造成飛機失事. 不像降落時, 還有引擎有餘力修正高度或速度上的閃失, 至少你聽過降落失敗重飛, 但可沒聽過起飛失敗還可以重來的吧 !
Performance : 如果你有機會坐上大型客機, 你會發現許多航空公司在飛機上裝置了一套航機狀況顯示系統, 你可以在螢幕上看到飛機現在飛到那裡了, 高度多少, 速度多快等資料, 其中還會有預定到達時間. 在駕駛艙裡, 會有更詳細的資料, 讓飛行員掌握飛機的動態. 預估到達時間只是 FMC 的 Performance 功能的一小部份. 飛行員在起飛前會輸入飛機重量, 重心位置, 起飛降落時的襟翼角度設定等等, 再利用自身的性能資料庫資料, 配合外界大氣資料, 便可以幫飛行員算出 V1 (Decision speed, 決定速度), VR (Rotation speed, 拉桿速度), 降落速度, 安全的操作速度範圍 (最大及最小速度) 等, 不需飛行員再去費心計算. 若再加上之前為 Guidance 所輸入的導航點資料, 巡航模式, 爬升模式等等資料, FMC 就可以規畫出飛行的航路, 什麼時後開始巡航, 在那裡開始下降, 通過某個導航點的時間, 高度, 剩油多少等等, 讓飛行員可以事先掌握這次飛行的概況. 當然途中遇到突發狀況, 例如前方有一片雲雨區, 飛行員可以選擇使用向左或向右的平移航路避開, 所有預估資料會重新更新, 因為這是一套即時的系統.
Thrust management : 有關推力控制的部份, 也是 FMC 所負責的範圍, 其中又分為推力極限計算, 推力需求計算及推力平衡三個部份.
1. 推力極限計算 : 引擎的推力是會隨著外界大氣狀況改變的, 而起飛時的瞬間最大出力, 與飛行間連續運轉的推力極限也是不同的. FMC 可以隨著大氣變化 (包括高度改變), 及各飛行階段 (起飛, 爬升, 巡航....)的推力需求, 算出當時的推力極限, 一方面顯示在駕駛艙給飛行員知曉, 另一方面通知各引擎的控制器 (Engine Control Unit, ECU), 限制引擎推力不可超過此極限. 此舉一方面可以保護引擎, 延常使用壽命, 另一方面可以發揮引擎最大性能.
2. 推力需求計算 : 在飛行中每個階段有每個階段的推力需求, 就算同一個飛行階段, 也會因為所選用的飛行模式 (經濟, 定速, ...)而有不同, FMC 在 Guidance 中已有了完備的導引航機功能, 如果這時候還要飛行員時時去手動調整油門, 豈不是太煞風景 ? 因此 FMC 一併提供自動調整推力的功能, 來滿足每個飛行階段的推力需求. 在油門推桿的下方, 裝置了由 FMC 控制的伺服馬達, 可以照飛行需要, 移動油門推桿, 就好像有隻看不見的手在操縱油門一樣.
3. 推力平衡 : 在一般情況下, 我們希望機上四個引擎的推力是相同的, 這樣飛機才不會有偏一邊的情形. 但實際上每個引擎因使用年限不同, 或負載不同 (引擎還要提供機上動力, 而每個引擎所負責的部份並不相同), 在推力輸出上可能會有小小的不同. 這時 FMC 就會去微調每個引擎的推力, 使之所有引擎推力相同. 當然若飛行員刻意去調整個別引擎的推力, FMC 也不會笨到與飛行員作對.
FMC 的功能可大概分成四類 : Navigation, Guidance, Performance, Thrust management.
Navigation : 一般翻譯成 "導航", 而後面要介紹的 FMC 另一項功能 : Guidance, 也被翻譯成 "導航". 其實兩者是不太一樣的, Navigation 主要談的是有關飛機本身的定位問題, 畢竟先得知道自己在那裡, 才能決定如⋯⋯何往目標飛, 而 Guidance 談的, 才是如何把飛機由現在位置飛到目的地 看到這裡也許有人要問 : "定位" 不是慣性導航或衛星導航系統的工作嗎 ?如果你這麼想就大錯特錯了. 不曉得你有沒有注意到, 747-400 上用的是慣性 "參考" 系統, 而非 "導航"系統. 顧名思義, 這套系統所提功的飛機位置資料⋯⋯, 只是用來參考而已了. 那麼 FMC 又是如何來作定位的動作呢 ? 原來在 FMC 裡有一個功能強大的資料庫, 裡頭儲存了世界上所有導航電台的資料, 包括它的種類, 代號, 使用頻率, 地理位置等等, 在飛行中 FMC 會不斷找出資料庫中目前飛機位置附近的導航電台, 並自動調整機上各相關導航系統的頻率, 利用從該導航台所獲得的資料, 來更新飛機所在的位置.
Guidance : 有了飛機的位置, 接下來就是如何導引飛機飛往目的地了. 在Guidance 方面, 其實 FMC 還細分為平面導航 (Lateral Navigation, L-NAV)及垂直導航 (Vertical Navigation, V-NAV). L-NAV 負責從起飛機場, 經各航路的導航點, 到降落機場的平面航路導引, 而 V-NAV 則負責飛機從起飛, 爬升, 巡航, 下降, 進場到落地間, 各階段的飛行高度導引. 前述的導航資料庫除了有導航電台資料外, 還有所有航路上的導航點 (Waypoint) 資料, 各機場的位置, 使用的儀器降落系統 (ILS) 頻率, 甚至離到場的程序都有. 飛行員在起飛前要輸入起飛機場, 通過的導航點, 及落地機場, FMC 的 L-NAV 功能就可以一路引導飛機沿著預定的航路飛. 這其間當然要配合 V-NAV 的功能, 同樣的, 飛行員也必頇輸入, 起飛機場的離場程序, 爬升模式 (定速, 經濟....), 巡航模式, 下降模式, 落地機場的到場程序等. 起飛之後, 切換至 Autopilot , 並將 Autopilot 設定為 FMC 引導的模式, 從此飛行員就過著幸福快樂的日子, 一路飛往目的地. 其實從飛機對準跑道頭後, FMC 就可以接手自動駕駛的工作, 只是目前礙於民航法規的規定, 必頇等飛機離地 400 英呎以後, 才能使用 Autopilot. 這是因為起飛是飛機最危險的時刻 (比降落的風險還大), 雖說統計資料看來, 降落時期的失事率最高, 但實際上起飛時, 飛機的速度, 高度, 推力, 都在最敏感的狀態邊緣, 任一閃失都會造成飛機失事. 不像降落時, 還有引擎有餘力修正高度或速度上的閃失, 至少你聽過降落失敗重飛, 但可沒聽過起飛失敗還可以重來的吧 !
Performance : 如果你有機會坐上大型客機, 你會發現許多航空公司在飛機上裝置了一套航機狀況顯示系統, 你可以在螢幕上看到飛機現在飛到那裡了, 高度多少, 速度多快等資料, 其中還會有預定到達時間. 在駕駛艙裡, 會有更詳細的資料, 讓飛行員掌握飛機的動態. 預估到達時間只是 FMC 的 Performance 功能的一小部份. 飛行員在起飛前會輸入飛機重量, 重心位置, 起飛降落時的襟翼角度設定等等, 再利用自身的性能資料庫資料, 配合外界大氣資料, 便可以幫飛行員算出 V1 (Decision speed, 決定速度), VR (Rotation speed, 拉桿速度), 降落速度, 安全的操作速度範圍 (最大及最小速度) 等, 不需飛行員再去費心計算. 若再加上之前為 Guidance 所輸入的導航點資料, 巡航模式, 爬升模式等等資料, FMC 就可以規畫出飛行的航路, 什麼時後開始巡航, 在那裡開始下降, 通過某個導航點的時間, 高度, 剩油多少等等, 讓飛行員可以事先掌握這次飛行的概況. 當然途中遇到突發狀況, 例如前方有一片雲雨區, 飛行員可以選擇使用向左或向右的平移航路避開, 所有預估資料會重新更新, 因為這是一套即時的系統.
Thrust management : 有關推力控制的部份, 也是 FMC 所負責的範圍, 其中又分為推力極限計算, 推力需求計算及推力平衡三個部份.
1. 推力極限計算 : 引擎的推力是會隨著外界大氣狀況改變的, 而起飛時的瞬間最大出力, 與飛行間連續運轉的推力極限也是不同的. FMC 可以隨著大氣變化 (包括高度改變), 及各飛行階段 (起飛, 爬升, 巡航....)的推力需求, 算出當時的推力極限, 一方面顯示在駕駛艙給飛行員知曉, 另一方面通知各引擎的控制器 (Engine Control Unit, ECU), 限制引擎推力不可超過此極限. 此舉一方面可以保護引擎, 延常使用壽命, 另一方面可以發揮引擎最大性能.
2. 推力需求計算 : 在飛行中每個階段有每個階段的推力需求, 就算同一個飛行階段, 也會因為所選用的飛行模式 (經濟, 定速, ...)而有不同, FMC 在 Guidance 中已有了完備的導引航機功能, 如果這時候還要飛行員時時去手動調整油門, 豈不是太煞風景 ? 因此 FMC 一併提供自動調整推力的功能, 來滿足每個飛行階段的推力需求. 在油門推桿的下方, 裝置了由 FMC 控制的伺服馬達, 可以照飛行需要, 移動油門推桿, 就好像有隻看不見的手在操縱油門一樣.
3. 推力平衡 : 在一般情況下, 我們希望機上四個引擎的推力是相同的, 這樣飛機才不會有偏一邊的情形. 但實際上每個引擎因使用年限不同, 或負載不同 (引擎還要提供機上動力, 而每個引擎所負責的部份並不相同), 在推力輸出上可能會有小小的不同. 這時 FMC 就會去微調每個引擎的推力, 使之所有引擎推力相同. 當然若飛行員刻意去調整個別引擎的推力, FMC 也不會笨到與飛行員作對.
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