El sistema de vol automàtic o FMGES (Flight Management, Guidance and Invelope System) proporciona prediccions de temps de vol, quilometratge, velocitat, perfils econòmics i altitud, reduint la càrrega de treball en les cabines actuals. De la mateixa manera, millora l'eficiència i elimina moltes operacions que se solien fer per part dels pilots de forma rutinària.


Durant la preparació de cabina, el pilot insereix una ruta planejada d'origen a destinació a través del seu MCDU (Multifunction Control and Display Unit). La ruta inclou la sortida estàndard, punts intermedis en ruta, aproximació, arribada, frustrada i ruta alternativa, tot agafat de la base de dades de NAV. El sistema genera els perfils verticals i laterals òptims per al vol i prediu el progrés al llarg de tot el vol. En cas de fallada del FMGEC, el sistema dorment agafaria les regnes sense major trastorn.


El pilot pot canviar qualsevol paràmetre com la velocitat, rumb, velocitat vertical etc. i el FMGES guiarà l'avió a l'instant o objectiu que s'hagi introduït manualment. Aquest tipus de guiat controlat pel pilot es coneix com seleccionat o selected, mentre que si és el mateix avió qui està encarregat del mateix, es coneix com gestionat o managed.


Descripció del sistema
Els computadors de l'AFS (Acte Flight System) comprenen:

1. Dos FMGEC (Flight Management Guidance and Envelope Computer), i unitats de gestió:
2. Una FCU (Flight Control Unit),
3. Tres MCDU (Multipurpose Control & Display Unit).

Les quatre funcions del FMGEC són:

El guiat de vol

AP (Pilot automàtic),
FD (Flight Director),
A/THR (Throttle automàtic).

Envolvents de vol

Càlcul de les envoltants de vol,
Detecció del vent en cisallament.

Gestió de vol

Navegació,
Rendiment,
Processament de les pantalles,

Detecció i aïllament de fallades

Les tres MCDUs associades als FMGECs permeten la introducció i modificació del pla de vol i la selecció i modificació dels paràmetres associats amb les funcions de gestió de vol.
La FCU s'utilitza per activar els sistemes AP / FD i A / THR, per a la selecció dels paràmetres de vol (altitud, velocitat / núm de Mach, velocitat vertical / angle de la trajectòria de vol, rumb / trajectòria) i per a la selecció dels modes d'AP / FD.
Els FMGES (Flight Management Guidance and Envelope System) inclouen els computadors, unitats de control i perifèrics associats. El sistema envia ordres de deflexió de les superfícies per a les funcions de l'AP als FCPC (Flight Control Prymary Computers) 1, 2 i 3, i els valors d'empenta per a les funcions de l'A / THR a la ECU1 (cerca Control Unit) / EEC1 (Electronic Engine Control) (per a l'ajust d'empenta en el motor 1) a través de la EIVMU1 (cerca Interface Vibration Monitoring Unit).
Per al motor nº2 a la ECU2 / EEC2 a través de la EIVMU2, per al motor nº3 a la ECU3 / EEC3 a través de la EIVMU3 i per al motor nº4 a la ECU4 / EEC4 a través de la EIVMU4.
Els controls del sidestick i les palanques de control d'empenta no es mouen quan l'AP i / o l'A / THR estan associats.

Operació, control i indicació

El FMGES es pot aplicar a quatre seccions funcionalment independents:

1. Per la secció de guiat de vol (FG Flight Guiadance)
2. Per la secció de envoltant de vol (FE Flight Envelope)
3. Per la secció de gestió de vol (FM Flight Management)
4. Per la secció del sistema de detecció i aïllament de fallades (FIDS Fault Isolation and Detection System).

Funció del guiat de vol
General

L'FG porta a terme les següents funcions:

1. Pilot automàtic (AP),
2. Fight director (FD),
3. Empenta automàtica (A / THR)

El FMGES és un sistema de tipus dual per a les funcions de l'AP i l'A / THR. L'ús operacional de l'AFS està basat en els següents principis:

• En les ordres del pilot a curt termini s'introdueixen a través de la FCU.
• En les ordres del pilot a llarg termini de s'introdueixen a través de la MCDU.

Aquest principi, porta a dues operacions diferents: controls seleccionats i controls gestionats.

- Control seleccionat:
En el control seleccionat, el pilot selecta els paràmetres de referència (per exemple: altitud) a la FCU. Aquesta selecció permet adquirir i mantenir el paràmetre corresponent.

- Control gestionat:
L'aeronau és controlada utilitzant paràmetres de referència gestionats per l'FM (Flight Management) al FMGEC. Això està dins del compte de les dades seleccionades pel pilot en la MDCU.

Figura 2. Operació automàtica

En mode automàtic, l'aeronau pot ser controlada per controls seleccionats (referències de vol seleccionades a la FCU) o per controls gestionats (referències a la secció de FM).
En mode de creuer només pot ser activat un AP. Tots dos AP poden activar-se (a través dels botons AP1 i AP2 a la FCU) això com el mode d'aproximació LS (Landing System). L'AP1 té prioritat, estant l'AP2 en espera. Els FCPC fan servir els comandaments del AP1 primer i canvien a l'AP2 en cas que l'AP1 es desconnecti. Un sol botó de A THR a la FCU habilita la funció d'empenta automàtica. Tots dos sistemes estan sempre activats al mateix temps, però només un d'ells està actiu depenent de l'AP i del FD.

Figura 3. Control manual i automàtic

Pilot automàtic i flight director

- Integració del control de vol / AP
No hi ha un actuador específic per l'AP. Per als controls de capcineig, alabeig i guinyada, parlant de l'avanç dels sistemes de control de vol elèctrics, les comandes del AP són enviades a les superfícies via els FCPC; la limitació de la deflexió de les superfícies és enviada via bus ARINC 429 i per al roll-out automàtic, el FMGEC computa la resposta de la roda de morro.

- Modes d'AP / FD
El FMGEC proveeix paràmetres de guiat pel modes laterals i longitudinals del AP / FD. D'acord amb la selecció del mode que aquest ha estat seleccionat en la FCU, l'AP/FD estarà en mode gestionat o en mode seleccionat. El control seleccionat és iniciat quan es polsa el botó de la FCU.
El gestió del control s'activa prement el botó de la FCU. En la gestió de control, la selecció del paràmetre és proveïda per la secció de la FM. Alguns modes tenen dos controls d'estat diferents:

- Fase armat
- Fase activat

El mode d'operació de l'AP, és quan aquest control està seleccionat i quan les referències són seleccionades en la FCU.
Durant la fase armat no es duen a terme controls actius. Si un mode està armat, és automàticament activat quan es reuneixen les condicions. Quan un mode de control longitudinal és activat, aquest està associat amb el mode d'A/THR, si l'A/THR està activat. No obstant això, l'AP pot ser activat amb un control de mode longitudinal sense que l'A/THR estigui armat.

Empenta automàtica (A/THR)

- Integració del control del motor amb l'empenta automàtic
Els motors estan associats amb un FADEC (Full Authority Digital Engine Control), implementat amb un canal dual per fallades operacionals, el control d'empenta és elèctric. La funció de l'A/THR està computada en el FMGEC i és enviada als FADEC a través de la FCU i les EIVMU.

- Selecció de la mode límit d'empenta
El càlcul del límit d'empenta el realitza el FADEC d'acord amb la posició de l'accelerador. Les palanques de control d'empenta poden ser mogudes en un sector que inclou especifiques posicions corresponents a:

IDLE: ralentí,
CL: empenta d'ascens
MCT / FLX TO: empenta màxim continu o enlairament flexible
TO / GA: enlairament / go around.


- Protecció Alpha Floor

La funció d'A/THR protegeix l'avió en cas d'un excessiu angle d'atac, seleccionant l'empenta al límit de GA.

Anunciador del mode de vol (FMA)

El FMA està a la secció superior de l'PFD (Primary Flight Display) i proporciona al pilot les dades d'estat que es refereixen a:

- L'estat dels modes d'A/THR, i els sistemes d'AP/FD.
- Les capacitats d'aterratge.

Aquesta secció del PFD comprèn cinc columnes de tres línies cadascuna on es mostren diverses operacions del FMGEC. El FMA fa servir diferents colors de visualització dels anunciadors i els missatges. Els colors són:

Verd pel mode actiu.
Cian pel mode armat.
Magenta pel mode armats però amb una restricció.
Blanc per a l'estat d'AP, FD i A / THR.
Taronja per a les indicacions les quals requereixen especial atenció.
Algunes d'aquestes visualitzacions del anunciador estan envoltades per un quadrat blanc quan apareixen.


Funció de les envoltants de vol (FE)

La funció de les FE porta a terme:

• El càlcul de la velocitat.
• La consolidació de les fases del vol, configuració de l'avió, pes i centre de gravetat i detecció de l'alpha floor des de les FCPC.
• La detecció de vent de cisallament i el centre de gravetat.
• La condició de la funció alpha floor és duta a terme per l'FCPC i enviada a la funció del FG. La indicació del activació de l'alpha floor és mostrada en el PFD.

Càlcul de les envoltants de vol

La funció de les FE es calcula per al AFS i els instruments de vol i és:

- Velocitat mínima
VLS (Lower Selectable Speed). Aquesta és la mínima velocitat seleccionable per l'actual configuració de flap i slat (d'acord amb el que disposa l'SFCC (Slat Flap Control Computer)).

- Velocitats de maniobra (V MAN : V 3 , V 4 )
Les velocitats de maniobra corresponen a les velocitats a les quals els flaps i els slats poden ser estesos o recollits. Aquestes velocitats han de tenir en compte la possibilitat d'interferència entre flaps i slats. El càlcul també proporciona la màxima velocitat d'extensió de flap (VFEN) corresponent a la següent configuració:

- Velocitat "green dot"
És el canvi de velocitat que apareix sota en l'escala de velocitat en el PFD.

- Tendència
El vector de tendència de velocitat es mostra en l'escala de velocitat en el PFD. Correspon a l'increment de velocitat a 10 segons amb l'acceleració actual.

- Velocitat màxima (V MAX)
La funció de les FE, calcula aquesta informació tenint en compte l'aeronau, i la configuració VMO / MNO (Maximum Operating Limit Speed) proveïda pels ADIRS (Air Data / Inertial Reference System). El càlcul de la VFE / VLI (Maximum Flap Extended Speed / Maximum Landing Gear Extended Speed) es fa en funció de la configuració de l'aeronau. La velocitat màxima és mostrada en el PFD i és usada pel AFS per tal d'evitar un excés de velocitat.



Consolidació de les dades per al AFS
La funció de les FE monitoritza i consolida les següents dades per al AFS:

• La fase de vol.
• La posició del tren d'aterratge.
• La configuració de flap i slat.
• L'interferència de flap i slat.
• La fallada de motor.
• El pes i centre de gravetat.

Detecció de l'alpha floor
La funció de les FE consoliden la detecció de alpha floor calculada pels FCPC per al AFS. El senyal s'activa si l'angle d'atac excedeix un llindar en funció de la posició de flap i slat. Aquesta funció té autoritat total sobre l'empenta automàtica a través del FG. La detecció està disponible des de l'enlairament fins a una altitud de 100 peus abans d'aterrar.

Detecció del vent en cizalladura
La funció de les FE computa un senyal d'alerta de cisallament per l'EIS (Electronic Instrument System) i la reproducció de l'avís acústic. Aquest càlcul del senyal està basat en un algoritme tenint en compte talls longitudinals, passos verticals, la mitjana del vent i la posició de flap i slat. L'advertència té en compte la intensitat del cisallament i un mínim segur d'energia en l'aeronau. No té autoritat sobre el pilot automàtic. La detecció per vent a cisallament esta disponible entre 50 peus AGL (Above Ground Level) i 1.300 peus AGL.

Detecció del centre de gravetat
Els dos FCMC (Fuel Control and Monitoring Computer) controlen el centre de gravetat transferint combustible al tanc de l'estabilitzador horitzontal per millorar el rendiment de l'aeronau. La funció de les FE monitoritza que no sobrepassi els límits del CG (Center of Gravity) per un càlcul totalment independent al FCMC. La funció de les FE estableix:

- Els FCFMs amb un senyal de precaució del CG
Després de la recepció d'aquest senyal, els FCMC detenen la transferència de combustible i canvien els límits del CG un 2%. Els nous valors es mantenen durant tot el vol i fins a dos canvis d'un 2% es poden fer (la qual cosa vol dir que es pot fer un canvi de fins a un 6%). La tercera vegada que es fa el canvi, un senyal es mostra en el ECAM (Electronic Centralized Aircraft Monitoring), alertant a la tripulació de la gran discrepància entre els càlculs del FCMC i de les FE del CG i que el CG calculat per les FE pot ser més gran que el límit de precaució del CG.
Els FWC amb un senyal d'advertència de CG endarrerit, desencadena una alerta vermella al ECAM, per alertar així a la tripulació que el càlcul del CG per les FE pot ser més gran que un límit segur del CG endarrerit.

Funció de la gestió de vol
La funció de guiatge de vol de cada FMGEC associada amb la FCU i dues MCDU, porta a terme:

- La definició del pla de vol (lateral i vertical)
La navegació lateral:

• La inicialització dels ADIRS.
• El càlcul de la posició lateral.
• El seguiment del pla de vol.
• La selecció de Nav-AIDS (manual o automàtica).

Les dades de rendiment:

• El càlcul de la velocitat òptima.
• El càlcul de prediccions (durant el pla de vol, d'acord amb les variacions constants).
• El seguiment del perfil de vol.
• El càlcul del rendiment d'actuacions complementàries.

La gestió de les pantalles:

• A la MCDU.
• Al ND.
• Al PFD.

La comunicació / vigilància - enllaç de dades:

• La comunicació amb operacions de la companyia.
• Les funcions FANS (Future Air Navigation System) (ADS (Automatic Dependent Surveillance), CPDLC (Controller-Pilot DATALINK Communications)).

Definició del pla de vol
Des de la base de dades de navegació emmagatzemada a la memòria, la FMGEC permet (vìa MCDU) definir en el pla de vol:

• A través de la designació del nombre de ruta de la companyia.
• A través de la designació dels aeroports d'origen i destinació.

A més, la ruta de la companyia pot contenir altra informació, com:

• La ruta d'arribada (STAR) i els procediments de sortida (SID).
• El nivell de creuer.
• L'índex de cost (proporció entre el cost del temps i el cost de combustible).

Llavors, el sistema pot optimitzar el perfil vertical del pla de vol. El sistema defineix un pla de vol amb un aeroport alternatiu associat. La inicialització pot ser amb una ruta de la companyia:

• Quan s'insereix l'origen/destí.
• Quan el pilot introdueix els procediments, nivell de creuer i les dades del CI.
• Manualment pel pilot.

La base de dades de navegació pot ser actualitzada cada 28 dies amb un carregador de dades, com el defineix el ARINC 615. La base de dades de navegació inclou:

• Els aeroports i procediments,
• Les rutes de companyia,
• Les aerovies,
• Les ajudes a la navegació,
• Els punts en ruta,
• Els patrons d'espera,
• La quadrícula MORA (Minimum OFF Route Altitude).

En addicció, el pilot pot introduir 20 punts en ruta, 20 ajudes a la navegació, 10 pistes i 5 rutes de companyia manualment. Aquests elements de dades específiques s'esborren automàticament:

• Al final de cada vol,
• O quan un nou banc de dades és seleccionat, depenent de l'elecció de l'aerolínia (mitjançant pin programming).

Els elements de les dades específiques poden també ser esborrats manualment. La definició del pla de vol determina per avançat el tipus d'aproximació que es realitzarà a l'aeroport de destí (ILS (Instrumental Landing System), R.NAV, VOR Approach, ILS Back Beam). També és possible definir un segon pla de vol denominat "secundari", el qual no està actiu.

Descripció de la MCDU

La MCDU principalment consisteix en:

• Un CRT (catodic Ray Tube) a color.
• Sis parells de tecles de selecció de línia.
• Un teclat alfanumèric amb tecles de funció.

La MCDU permet, si cal, portar a terme el següent:

• Canviar l'altitud de creuer i el CI (Cost Index),
• Modificar els procediments de sortida i arribada (STAR ​​(Standard Terminal Arrival Route) i SID (Standard Instrumental Departure)),
• Canviar el pla de vol lateral (nova ruta, introducció d'esperes etc.)
• Canviar el pla de vol vertical (inserció / esborrat de limitacions, ascens escalonat, etc.)
• Intercanvi d'informació entre terra (AOC (Airline Operational Control), ATC (Air Traffic Control)) i l'aeronau (per exemple: inicialització del pla de vol, dades de rendiment, autorització de la ruta ...)

Navegació lateral

- Inicialització de les referències inercials en terra

Les tres IR (Inertial Reference) són alineades directament des de la FM a resposta al que la MCDU demani des de:

• Una posició donada, a la base de dades de navegació.
• Una posició definida pel pilot.

Per fer el càlcul de la posició de l'aeronau, cal que la posició de l'aeronau sigui calculada des de les dades subministrades pels tres ADIRU i les ajudes a la navegació (VOR (Very High Frequency Omnibearing Range), DME (Distance Measuring Equipment), ILS). Aquests elements d'informació permeten determinar la posició i velocitat de l'aeronau i obtenen un vector estimat del vent actual. La posició de l'aeronau pot ser actualitzada en el llindar de la pista o en una posició desplaçada a la pista i durant l'aproximació amb la informació del localitzador. Dues classes de navegació són definides en ordre de reflectir la precisió de la posició calculada per l'aeronau (High o Low).

Seguiment del pla de vol
La FMGEC proveeix un guiat lateral associat al pla de vol per mitjà del pilot automàtic, el FD i la funció de gestió lateral (selector HDG / TRK a la FCU).

Dades de rendiment
Gràcies al càlcul de la velocitat òptima, el sistema de gestió de vol permet minimitzar el cost a través de l'optimització de la velocitat. Aquest càlcul depèn de:

• El pla de vol.
• El pes de l'aeronau introduït pel pilot.
• L'aerodinàmica i el model dels motors emmagatzemat a la base de dades.

La velocitat i direcció del vent, la temperatura són també tinguts en compte en el càlcul i el pilot pot modificar aquests models. La funció de FM calcula la velocitat òptima per a cada fase de vol, segons:

- La velocitat òptima de màxim ascens (màxim angle) en la fase d'ascens selectado manualment a la FCU.

• La velocitat òptima per a un màxim descens en la fase de descens selectado manualment a la FCU.
• La velocitat òptima de màxima autonomia.
• La velocitat òptima amb un motor menys (per a les fases d'ascens, creuer i descens).
• La velocitat òptima per al creuer.

El càlcul de les prediccions al llarg del pla de vol depenen del perfil vertical de manera que és seqüenciat en les fases de vol:

• Enlairament.
• Ascens.
• Creuer.
• Descens.
• Aproximació.
• Frustrada.

Les funcions de la FM calculen el rendiment dels punts de ruta segons la següent llista:

T/C (Top of Climb).
T/D (Top of Descent), permetent conèixer totes les restriccions.
Ascens escalonat òptim (S/C Step Climb).
Descens òptim escalonat (S/D Step Descent).
Altitud autoritzada i nivell del punt de captura.
Punt d'intercepció d'una altitud definida a la MCDU.
Punt d'intercepció del perfil.
Límits de velocitat.
Punt de desacceleració.
Les funcions de la FM tenen en consideració el càlcul de la velocitat, temps, altitud, i combustible quan es sobrevola cada punt en ruta. Els diferents tipus de restricció són:

- El temps de restricció a un punt determinat.
- Les constants de velocitat i / o altitud restringida en diversos punts en ruta.

Seguiment del perfil vertical

L'ús del AP i del FD habiliten el seguiment del perfil vertical en condició que la velocitat vertical no sigui imposada pel pilot a través de la FCU. El seguiment de la velocitat òptima és fet pel AP/FD o pel sistema de control d'empenta. Això passa en condició de que el pilot no hagi imposat la velocitat. El seguiment del perfil vertical i de la velocitat òptima pot ser simultània o independent i durant l'aproximació final, si s'ha seleccionat una aproximació de no precisió, el perfil vertical pot ser seguit a l'altitud de descens mínima (MDA).

Càlculs de rendiment addicionals

La funció de l'FM habilita el càlcul almenys de:

• El càlcul de la planificació de combustible (el conjunt del pla de combustible, tenint en compte la política de combustible de l'aerolínia).
• La planificació de l'altitud.
• L'aAltitud màxima i òptima.
• La desviació vertical.
• La definició de l'aproximació.
• El càlcul específic en el cas de fallada de motor.
• Les prediccions del pla de vol secundari.
• Els passos (manual i optimitzat).
• La predicció dels cinc aeroports més propers.
• El punt equidistant.

La gestió de les pantalles

El sistema de gestió de vol mostra la navegació, el resndioment i la informació de guiat a través de:

- La MCDU,
- L'ND (Navigation Display),
- L'PFD (Primary Flight Display),
per a la definició i seguiment del pla de vol.


Visualització en les MCDU
El sistema de gestió de vol ofereix informació relativa d'almenys

• El pla de vol (punts en ruta, procediment d'altitud, velocitat, temps, vent, prediccions de combustible).
• Les restriccions del pla de vol.
• Les ajudes a la navegació.
• La precisió de la navegació i modes de rendiment.
• Les dades de rendiment relatius a les fases de vol.
• Els càlculs de rendiment suplementaris.

Visualització de l'ND:
El sistema de gestió de vol proveeix la següent informació:

• La posició de l'aeronau (identificada per un símbol).
• Els plans de vol.
• La desviació lateral del pla de vol primari.
• Els punts en ruta falsos.
• Els paràmetres diversos mostrats en la FCU com:

• -> Constants del pla de vol (velocitat, temps, altitud).
• -> VOR / DME.
• -> Aeroports.
• -> Altres punts en ruta del pla de vol.
• -> NDB.

- Els missatges (NAV ACCUR DOWNGRAD, NAV ACCUR UPGRAD, SPECIFIC VOR-D UNAVAIL).

Visualització en el PFD

El sistema de gestió de vol genera els següents ítems d'informació:

• Els missatges (SET GREEN DOT SPEED, SET MANAGED SPEED, CHECK APPRSELECTION, SET HOLD SPEED, DECELERATE, MORE DRAG).
• L'objectiu.
• La desviació de l'altitud fa a l'origen.

El perfil és també mostrat durant el descens. Això passa mentre l'AP i/o el FD estan en el mode de seguiment del perfil de descens.

Font: AviaciónD