分清空客飞机导航和自动飞行

Jorliman

很多学员，尤其是参加工作五年内的学员，在学习空客机型时，通常搞不清楚导航和自动飞行两个系统如何分工，如何协作。经常会认为：“导航就是引导飞机怎么飞”，“自动飞行就是不用飞行员管了，飞机自己飞”，“接通了AP，自动飞行就工作了”等等。其实这些说法都是错误的。下面我们就来简单认识一下导航和自动飞行分别完成哪些工作，以及他们之间的关系。

空客飞机在导航和自动飞行这两个系统的功能定义和划分上，不同于波音机型和执照书，比较特殊。说不上谁家好谁家差，各有各的考虑。但个人认为，空客的设计更加合理。这就要追溯到古老机型上驾驶舱人力资源的调配。

在伊尔、图、双子星等老飞机上，驾驶舱并不是现代飞机的两人制设计，而是采用五人制，这在一些老电影上可以看到。这五个人，除了负责驾驶飞机的机长和副驾驶外，还有领航员、话务员和机械师。这些老飞机，设计简陋，自动化程度差，几乎所有工作都是靠人工完成。导航系统能直接提供驾驶员使用的，只有航向、姿态、高度和速度，其他信息比如飞机当前位置、飞行计划等信息并不能直接显示在仪表上。飞机的操纵非常复杂，两名驾驶员全部精力都用于控制飞机飞行。定位、飞行计划等工作完全由领航员来完成。领航员根据导航系统提供的VOR方位角、DME距离等无线电信息以及飞行航向、速度计算出当前位置和位置偏差，告诉机长下一步是否需要转向，是否偏离航路等。

随着科技的发展，飞行管理计算机（FMC）应运而生，领航员的工作，完全由FMC接管。在空客飞机上，没有单独的FMC，而是把飞行管理的功能集成到了FMGC（A320）或FMGEC（A330）。导航系统的IR会计算出IR位置，GPS接收机可以从卫星得到GPS位置，IR和GPS混合计算后得到GPIRS位置，这三个位置会送到FM。同时，FM也会接受VOR和DME的数据，计算无线电位置。所有这些位置会按照精度排序，由FM来决定到底使用哪个位置来引导飞机。这就是FM的功能之一——获得、计算并管理位置。由此可见，在现代飞机的一般飞行中，导航系统并没有“引导飞机怎么飞”，而仅仅是提供用于计算位置的必要信息，真正计算位置的是自动飞行系统中的FM。（在使用古老的VOR导航方式飞行中，导航系统确实起到了一定的“引路”作用，但这不在今天的讨论范围内。）

FM的另一个功能是制定飞行计划。飞行员输入出发/到达城市对之后，FM会调取导航数据库内预存的公司航路，作为水平飞行计划，并允许飞行员人工增删航路点。在此基础之上，FM内的性能数据库，用来制定垂直剖面上的飞行计划，分阶段制定整个飞行过程中每一段的速度、垂速，已达到油耗和时间的平衡。水平计划和垂直计划合并在一起，最终制定出完整的飞行计划。

位置和计划都有了，飞机就知道了“我现在在哪”、“我应该在哪”、“我要去哪”、“我该怎么去”。但是飞机知道了并不够，得让飞行员知道才行啊。因此，FD登场。FD是FG中的一个功能，用于把实际位置和飞行计划之间的偏差以指引杆的形式显示在PFD上，直观地指示飞行员应该怎样操纵侧杆来改变三维空间中的位置。此时如果AP接通，那么侧杆会锁定在中立位，飞行员不必再操作侧杆，水平和垂直两个通道的位置偏差会作为指令发送至EFCS，由EFCS控制舵面偏转实现偏航或高度层改变。单一地操纵侧杆或接通AP并不一定能让飞机无偏差地遵循飞行计划，发动机能够及时提供合适的推力也是非常必要的。A/THR接通后，飞行员就可以不再操作推力手柄，而由A/THR计算所需推力，送至FADEC调整发动机转速，配合AP的指令或者侧杆的操作，完成飞机的自动控制。

以上说的这些，都是在制定了完整的飞行计划的前提下，两个系统的分工协作。那如果没有飞行计划，系统又该怎么工作呢？其实很简单，没有飞行计划，飞机只是不知道“我该在哪”，位置计算和管理的功能还是正常的。这种情况下，ND不再显示飞行计划，“我该在哪”这个问题由飞行员决定并通过FCU输入到FG，FD响应FCU的输入，在PFD上显示指引杆，指示机组从目前位置改变到目标航向和高度层需要多大的侧杆操纵量。此时如果AP接通，则AP会将该偏差值作为指令送至EFCS，无需飞行员操作，减轻机组工作负荷。

简单概括，就是几句话：

1、               AP只是AFS中FMGC中FG中的一个功能，中间差了两个层级呢。AFS从飞机上电伊始就在工作，工作时间覆盖飞行全程，与AP是否接通无关。

2、               导航系统，除了古老的VOR导航方式外，并没有引导飞机的功能，仅仅是提供用于计算飞机位置所必需的基本信息，同时提供高度速度姿态航向显示在仪表上。

3、               空客飞机把管理飞行计划、管理飞机位置这些领航员的工作，归入自动飞行系统AFS。

4、               AP接通后，FG可以按照FM的飞行计划飞管理，也可以摆脱飞行计划，自由飞行，飞选择。飞管理的时候，飞行员只需要从FCU输入目标高度就够了，必要的时候设置一下垂速；飞选择则需要飞行员输入所有飞行参数，包括航向、高度、速度。

最后，附上一个表格，帮助大家更清晰地捋顺这些内容。

	导航	自动飞行
		FM飞行管理		FG飞行引导
				FD飞行指引	AP自动驾驶	A/THR自动推力
定位	位置信息IRS、GPS、GPIRS	收集导航系统提供的位置	最终得到或计算出以下位置： GPIRS-LOC、GPIRS、IRS、MIX IRS、DME/DME、VOR/DME等，并按照精度，选择合适的位置用于显示和后续引导。
	用于计算无线电位置的必要信息VOR方位角、DME斜距、LOC航向道	收集VOR、DME数据用于计算无线电位置
计划		在MCDU输入城市对，依据导航数据库制定水平飞行计划，可人工增删航路点。	结合水平飞行计划和垂直飞行计划，最终制定出完整的飞行计划。
		依据性能数据库，在水平飞行计划基础上，制定垂直计划，考虑CI和航路限制。可在性能页或飞行计划页修改速度高度等参数
引导 （有飞行计划）				比对FM送来的飞机实际位置和飞行计划，将水平方向和垂直方向存在的偏差显示在PFD上，引导飞行员“追杆飞行”。	如接通AP，侧杆锁定，AP将空间位置偏差作为需求发送至EFCS，由EFCS根据控制法则和飞行载荷，指令舵面偏转。	如A/THR被接通且工作，则推力手柄不需操作。A/THR将发出推力的需求给FADEC，以配合AP或EFCS，完成对飞机的控制。
引导（无飞行计划）				响应FCU的输入，如改变航向高度等参数，FD指引杆会有相应的偏移，指示飞行员如何操纵。	如接通AP和（或）A/THR，则响应FCU的输入，向EFCS和（或）FADEC发出需求，进而控制飞机改变速度高度和航向。