Was ist ein Flugmanagementsystem?

Für den Flugzeugbetrieb, die Leistungsberechnung und die multifunktionale Navigation werden Bordcomputer, so genannte Flight Management Systeme (FMS), eingesetzt. FMS organisieren virtuelle Daten und betriebliche Abläufe, indem sie alle flugbezogenen Aktivitäten systematisieren, einschließlich geschlossener und offener Komponenten, von der Überprüfung vor dem Start über die Landung bis hin zum Abschalten der Triebwerke. Um die Flugbesatzung zu entlasten und den Einsatz von Flugingenieuren oder Navigatoren an Bord überflüssig zu machen, sind sie für den Betrieb aktueller Avioniksysteme unerlässlich. Indem sie die Flugbesatzung und die bordseitigen Avioniksysteme mit den für einen effizienten Flugzeugbetrieb erforderlichen Informationen versorgen, sollen FMS die Flugsicherheit und -effizienz erhöhen.

Die Möglichkeit, eine Route vom Start bis zur Landung zu programmieren, ist eine wichtige Fähigkeit eines FMS. Der Autopilot oder Flight Director wird so programmiert, dass er diese Route zum angegebenen Ort führt. Auf einer Boeing 767 hatte das erste moderne FMS seinen Einstand. Heute sind sowohl kleine Privatflugzeuge als auch große Verkehrsflugzeuge mit FMS oder ähnlichen Systemen ausgestattet. Die Bedienelemente und Instrumente in Flugmanagementsystemen wurden im Laufe der Zeit erweitert.

Ein modernes FMS besteht aus vier grundlegenden Teilen

Automatische Flugsteuerung/Automatische Flugführungssysteme (AFCS oder AFGS): Das AFCS oder AFGS verwendet Sensordaten von verschiedenen Flugzeugsystemen. Wenn der Autopilot eingeschaltet ist, steuert das System das Flugzeug automatisch in dem von der Flugbesatzung gewählten Modus. Wenn der Autopilot ausgeschaltet ist, kann der Pilot das Flugzeug dank der Leitbefehle manuell auf dem vorgesehenen Kurs fliegen!

Flugverwaltungsrechner (FMC): Eine von diesem Computersystem genutzte Datenbank ermöglicht die Vorprogrammierung von Routen, die dann über einen Datenlader in das System eingespeist werden. Durch die Nutzung von zugänglichen Navigationshilfen aktualisiert das System ständig die Informationen über die Position des Flugzeugs. Bei der Aktualisierung der Informationen wird automatisch die passende Hilfe ausgewählt.

Luftfahrzeug-Navigationssystem: Ein umfassendes System, das den Standort eines Flugzeugs kontinuierlich überwacht. Es verfügt über Empfänger, die Informationen von bodengestützten Flugnavigationsgeräten sowie GPS- und IRS-Daten (Inertial Reference System) erfassen.

Elektronisches Fluginstrumentensystem (EFIS) oder gleichwertig: Das Fluglage- und Steuerkursreferenzsystem (AHRS) wird vom EFIS verwendet, um den Zustand des Flugzeugs in Abhängigkeit von den empfangenen Navigationsdaten anzuzeigen. Der auf dem EFIS oder den herkömmlichen Flugzeuginstrumenten angezeigte Zustand zeigt die Auswirkungen der FMS-Luftfahrzeugsteuerung.

Welche Vorteile bietet ein Flight Management System?

Es liegt auf der Hand, dass das Flugmanagementsystem wie jede andere technologische Errungenschaft erhebliche Auswirkungen auf die Menschheit hat. Bei den Berechnungen und Schätzungen im Luftfahrtsektor gibt es keinen Platz für Fehler. Der Bedarf an FMS ist daher gewachsen. Mehrere Vorteile sind zu nennen:

• Die Aufgaben der Piloten werden vereinfacht, und sie haben mehr Zeit zum Nachdenken: Durch die reduzierten Aufgaben der Besatzungsmitglieder ist dies deutlich sichtbar. Das erleichtert die Arbeit am Flugzeug. Außerdem haben die Piloten ausreichend Zeit, um über Dinge nachzudenken und klügere Entscheidungen zu treffen.
• Präzisere Effizienzprofile: FMS reduziert menschliche Fehler und erhöht die Genauigkeit der meisten Flugoperationen.
• Es verbessert die Navigationsgenauigkeit: Durch die Integration und den Querverweis auf zahlreiche Quellen bietet das Flugmanagementsystem eine präzisere Navigation.
• Es schärft das Bewusstsein für die Umstände: Das Flugmanagementsystem trägt dazu bei, das allgemeine Situationsbewusstsein der Piloten zu verbessern. Kleine Nuancen können leicht übersehen werden, aber das FMS hilft, dies zu vermeiden und bietet dem Piloten zusätzliche Informationen.

Betrieb des Flight Management Systems

Navigation: Flugmanagementsysteme bieten die Navigationsdaten, die erforderlich sind, um einen Flugplan für ein Flugzeug zu erstellen, der es von Punkt A nach Punkt B bringt. Die mit FMS gelieferte Navigationsdatenbank macht diese Fähigkeit möglich. Alle 28 Tage wird die FMS-Navigationsdatenbank (NDB) aktualisiert, um die neuesten Navigationsdaten wiederzugeben. Ein FMS bietet ARINC-Daten, die für seine Fähigkeiten und Funktionen relevant sind.

Die Navigationsdatenbank umfasst:

• Fluglinien
• Beispiele für Funknavigationshilfen sind VHF-Rundumsicht (VOR), Instrumentenlandesysteme (ILS), Entfernungsmessgeräte (DME) und ungerichtete Baken (NDB).
• Wegpunkte/Intersection
• Flughäfen
• Start- und Landebahnen
• Warteschleifen
• Instrumentenanflugverfahren (IAP)
• Standardterminal Ankunft (STAR)
• Standard-Instrumentenabflug (SID)

Vor dem Start wird der Flugplan vom Piloten eines kleineren Flugzeugs oder vom professionellen Dispatcher für größere Flugzeuge am Boden festgelegt. Sie können ihn manuell in das FMS eingeben, aus einer Liste häufig genutzter Flugrouten auswählen oder ihn über den ACARS-Datenlink mit der Abfertigungszentrale der Fluggesellschaft eingeben.

Außerdem erhält das FMS zusätzliche Informationen für das Flugmanagement, wie z. B. das Treibstoffgewicht und das Bruttogewicht. Bei Bedarf kann ein Pilot den Flugplan über das FMS ändern. Der Flugplan erscheint als magentafarbene Linie in der Navigationsanzeige (ND) des EFIS...

Positionsbestimmung: Die Hauptziele von FMS sind die Ermittlung des Standorts eines Flugzeugs während des Flugs und die Bewertung der Genauigkeit dieser Information. Ein einfaches FMS bestimmt die Position mit einem Sensor und GPS. VORs sind einer der verschiedenen Sensoren, die von modernen FMS verwendet werden, um genaue Daten zu sammeln und zu bestätigen. Typische integrierte Sensoren sind:

• Aufgrund ihrer hohen Leistungsfähigkeit und Genauigkeitskriterien dienen GPS-Empfänger in Flugzeugen als Hauptsensoren.
• Zu den sekundären Sensoren gehören Funkhilfen für die Flugzeugnavigation, wie z. B.:
• Alle 10 Sekunden bestimmen die Geräte zur Abfrage von Entfernungsmessgeräten eine Position, indem sie gleichzeitig die Entfernungen von fünf verschiedenen DME-Stationen abfragen.
• Die Peilungen stammen von der Very High-Frequency Omni-Directional Range (VOR). Mit ein wenig Präzision können zwei VOR-Stationen zur Berechnung der Position eines Flugzeugs verwendet werden.
• Um die Position eines Flugzeugs zu bestimmen, verwenden Inertial Reference Systems (IRS) Beschleunigungsmesser und Ringlaserkreisel. Diese Geräte sind unabhängig von externen Quellen und liefern unglaublich präzise Messungen. Der gewichtete Durchschnitt von drei verschiedenen IRS wird zur Berechnung einer Peilung verwendet, die als "dreifach gemischtes IRS" bezeichnet wird.

Die Sensoren werden von einem FMS abgeglichen, um die genaue und endgültige Position des Flugzeugs zu bestimmen. Die aktuelle Leistung eines Navigationssystems wird als Actual Navigation Performance (ANP) bezeichnet und in Seemeilen angegeben. Um die genaue Position zu bestimmen, muss man die erforderliche Navigationsleistung (Required Navigation Performance, RNP) kennen, die sich auf die Genauigkeit der Navigationsinstrumente bezieht. Der ANP-Wert des Flugzeugs muss geringer sein als der RNP-Wert, um in bestimmten Lufträumen operieren zu können, und ein kleinerer ANP-Wert entspricht einer präziseren FMS-Position.

Das FMS bestimmt den Pfad auf der Grundlage des Flugplans und der Position des Flugzeugs. Diese Route wird manuell oder automatisch von einem Piloten geflogen. Die Geschwindigkeits-, Neigungs- oder Höhenziele werden im lateralen Flugplanmodus angezeigt, der als LNAV bezeichnet wird. Der vertikale Flugplanmodus VNAV sendet Rollsteuerungsanweisungen an den Autopiloten.

Vertikale Navigation: Moderne Verkehrsflugzeuge sind mit fortschrittlichen VNAV-Systemen zur präzisen vertikalen Routenschätzung und -optimierung ausgestattet. Das System liefert Anweisungen für die Steuerung der Gas- und Pitch-Achsen. Um eine vertikale Route auf der Grundlage des seitlichen Flugplans zu erstellen, benötigt ein FMS umfassende Informationen über das Flug- und Triebwerksmodell.

Das Startgewicht des Flugzeugs, das Treibstoffgewicht und andere Faktoren werden vom FMS verwendet, um ein vertikales Profil im Vorflugmodus zu erstellen. Mit dem Steigen auf die Reiseflughöhe beginnt die vertikale Reise. Die Integration von VNAV ist zwar kostspielig, führt aber zu erheblichen Treibstoffeinsparungen im Reiseflug und im Sinkflug. Das geringere Gewicht eines Flugzeugs ermöglicht es, in größeren Höhen zu fliegen und so den Treibstoff effizienter zu nutzen. Die vom System ermittelte ECON-Geschwindigkeit ist diejenige mit dem geringsten Treibstoffverbrauch.

Das FMS verwendet die erforderliche Ankunftszeit (Required Time of Arrival, RTA), um einen bestimmten Wegpunkt zu erreichen, was den Flughäfen bei der Planung der Ankunftszeiten hilft. Das VNAV bestimmt den TOD (Top of Descent Point), von dem aus ein effektiver Sinkflug beginnen kann. Das Flugzeug passt die Neigung nach Bedarf an, um den vorgegebenen Sinkflugkurs beizubehalten.

Abschließende Überlegungen

Im Bereich der Luftfahrt ist der Einsatz von Flugmanagementsystemen von entscheidender Bedeutung. Sowohl der Aufwand als auch das Fehlerrisiko sind dank der Flugmanagementsysteme zurückgegangen. In einer Welt, in der der technologische Fortschritt alltäglich ist, ist es nur angemessen, dass die Luftfahrtindustrie diesen Durchbruch erzielt. Als Anbieter von Lösungen aus einer Hand für wichtige Avionik für kommerzielle, unternehmerische, militärische und UAV-Programme hat eInfochips Erfahrung mit Avioniksystemen, die mit den Normen DO-254, DO-178B, DO-178C, DO-160 und ARP-4754 kompatibel sind. Der größte Teil unserer Bemühungen gilt der Unterstützung von DAL-A-Systemen, die mit FAA und EASA konform sind und den Anforderungen internationaler Luft- und Raumfahrtunternehmen an Hardware, Software und Systemtechnik gerecht werden. Darüber hinaus haben wir das Runway Overrun Awareness and Alerting System (ROAAS) implementiert, das die Sicherheit und betriebliche Effizienz erhöht. Außerdem bieten wir Maschinenbauleistungen für Avioniksysteme an. Wenn Sie mehr über unsere Angebote in den Bereichen DO-178B/C Firmware-/Softwareentwicklung, DO-254 ASIC/FPGA/Board Design und vieles mehr erfahren möchten , klicken Sie hier. Um unser Expertenteam zu kontaktieren , klicken Sie hier.