(10) Flight Management Systems

Flight Management Systems(FMS)

 

1970년대 중반에 항전 산업의 선구자들(예를 들어 Universal의 Hubert Naimer 등등)은 항공기 항법 기술을 발전시키기 위해 노력하고 있었다. 1976년 초에 Naimer는 항공기에 설치된 다양한 유형의 센서로부터 입력을 받아 모든 비행 단계에서 자동으로 안내를 제공하는 “Master Navigation System”에 대한 비전을 세웠다.

 

당시 항공기는 주로 VOR이나 ADF와 같은 무선 시스템을 통해 비교적 짧은 거리를 이동하였다. 장거리 비행을 위해서는 보통 INS(inertial navigation systems), Omega, Doppler, 그리고 Loran을 사용하였다. 단거리 무선 시스템은 보통 RNAV(area navigation) 기능을 제공하지 않았다. 장거리 시스템으로는 경도 • 위도 좌표로 직접 입력된 waypoint들 사이에서 point-to-point 항법만 가능했었는데 보통 그 waypoints 개수마저 제한되어 있었다.

 

각 waypoint에 대한 위도 • 경도를 직접 입력하는 수고로운 과정은 높은 업무량을 유발하여 종종 잘못된 데이터를 입력하는 결과를 초래하였다. 각각의 장거리 시스템을 위한 별도의 제어 패널로 인하여 조종실의 공간이 더 소비되었으며 display instruments, flight directors, 그리고 autopilots를 시스템과 연결해야 하는 복잡성이 증가하였다.

 

이 때문에 항공기의 모든 항법 센서와 연결된 마스터 컴퓨터가 사용되었다. 마스터 컴퓨터와 연결된 CDU(control display unit)는 모든 항법 시스템들에 대한 단 하나의 제어 지점을 제공해서 조종실에 필요한 패널들의 수를 감소시켜 주었다. 다양한 개별 센서들은 이제 조종사가 아닌 컴퓨터에 의해 관리된다.

 

항법 센서들이 표시하는 위치와 항공기 위치가 정확하게 일치하는 경우는 거의 없었다. 따라서 Naimer는 매우 정교하고 수학적인 필터링 시스템을 통해 모든 센서의 위치 데이터를 통합하면 더 정확한 항공기 위치를 얻으리라 믿었다. Naimer는 이러한 과정의 결과를 “Best Computed Position”이라 불렀다. 이 시스템은 위치 추적을 위해 모든 센서를 사용함으로써 area navigation 기능을 쉽게 제공할 수 있었다. 마스터 컴퓨터가 비행기에 통합되어서 배선의 복잡성을 크게 줄일 수 있다.

 

조종사는 CDU를 통해 사전에 로드해둔 전 세계의 항법 정보 데이터베이스를 쉽게 이용할 수 있다. 이는 직접 waypoint를 입력하는 문제를 해결한다. 이러한 시스템을 통해 조종사는 수십 개의 waypoint로 이루어진 비행 계획을 빠르고 정확하게 구성할 수 있고, 지루한 데이터 입력을 피할 수 있으며, 위도 • 경도 좌표를 잘못 입력할 가능성을 방지할 수 있다. 마스터 시스템은 point-to-point 항법 뿐만 아니라 terminal procedures(departures, arrivals, 그리고 approaches)에서도 사용될 수 있다. 이 시스템은 조종사가 직접 수행해야 하는 항법들을 모두 자동화할 수 있다. UNS-1이라는 첫 번째 시스템이 1982년 Universal에 의해 출시되었을 때 이는 FMS(flight management system)라 불렸다. [그림 5-44]

FMS는 flight plan을 생성하기 위해 전 세계의 항법 데이터(navigation aids, airways 및 intersections, SID, STAR, 그리고 IAP)가 포함된 전자 데이터베이스와 조종사의 CDU 입력을 사용한다. FMS는 여러 항공기 시스템들에 데이터를 제공한다. flight guidance system에는 desired track, active waypoint로 향하는 bearing • distance, lateral course deviation, 그리고 연관 정보가 제공되며 autopilot/flight director system에는 roll steering command가 제공된다. 이를 통해 FMS는 비행기가 어디로 가야하는지, 그리고 언제 어떻게 선회를 해야 하는지를 명령할 수 있다. 다양한 항공기 형식을 지원하기 위해 FMS는 보통 아날로그 데이터, 디지털 데이터, 그리고 이산형 정보들을 모두 수신 및 출력할 수 있다. 현재 전자 항법 데이터베이스는 매 28일마다 업데이트된다.

 

GPS(Global Positioning System) 덕분에 저렴한 비용으로 매우 정밀한 위치가 제공되었으며 이는 오늘날 가장 지배적인 FMS 항법 센서이다. 전형적인 FMS를 설치하기 위해선 항공기로부터 air data와 heading information을 전자적으로 이용할 수 있어야 한다. 이로 인해 소형 항공기에서는 FMS를 사용하는 것이 제한되었다. 허나 최신 기술 덕분에 더 작고 더 값싼 시스템에서도 이러한 데이터를 이용할 수 있게 되었다. 일부 시스템은 FMS의 제어 하에 특정한 작업용으로 만들어진 DME receiver channel과 연결되어서 추가 센서를 제공한다. 이러한 시스템에서 FMS는 거리 정보를 위해 어떤 DME sites를 사용할지 결정하며 이때 적절한 DME site를 찾기 위해 항공기 위치와 항법 데이터베이스를 사용한다. 그런 다음 FMS는 데이터베이스를 통해 station altitude와 aircraft altitude를 보정해서 station까지의 정확한 거리를 결정한다. 여러 DME site로부터의 거리를 통해 FMS는 GPS만큼 정확하게 위치를 계산할 수 있다.

 

Aimer는 FMS를 통해 3차원의 항공기 조종을 시각화하였다. 현대의 시스템은 VNAV(Vertical Navigation)와 LNAV(Lateral Navigation)를 제공하며 이는 조종사로 하여금 vertical flight profile이 동기화된 lateral flight plan을 만들 수 있게 해준다. 초기 시스템(예를 들어 IRS. 이는 en route 항법에서만 사용될 수 있다)과는 달리 FMS는 계기 접근 도중에도 안내를 제공할 수 있다.

 

오늘날 FMS는 실시간 항법 기능을 제공할 뿐만 아니라 기타 시스템(연료 관리, 기내 브리핑 및 디스플레이 시스템 제어, 업링크 된 텍스트 및 그래픽 기상 정보 표시, 그리고 공대지 데이터 링크 교신)들과도 연결된다.

 

Electronic Flight Instrument Systems

 

현대 기술 덕분에 비행 계기를 표시하는 새로운 방법이 도입되었다(예를 들어 electronic flight instrument systems, integrated flight deck displays, 등등). PTS의 목적상 LCD나 브라운관을 사용하는 모든 비행 계기 화면을 “electronic flight instrument display” 및/혹은 glass flight deck이라 부른다. 범용 항공의 경우 보통 PFD(primary flight display)와 MFD(multi-function display)가 있다. PFD는 비행에 필요한 조종사 계기(고도, 대기속도, 수직 속도, 자세, heading, trim, 그리고 trend 정보 포함)를 제공한다.

 

glass flight decks(electronic flight instrument systems를 나타내기 위해 만들어진 용어)의 비용이 감소하고 신뢰도가 증가함에 따라 점점 더 널리 보급되고 있다. 이러한 시스템은 더 가볍고, 더 신뢰할 수 있으며, 마모될 부품이 없고, 전력 소모가 적으며, 수많은 기계적 계기들을 하나의 화면으로 교체하는 이점을 제공한다. glass display가 제공하는 다양성은 analog display가 제공하는 것보다 훨씬 많으므로 이러한 시스템의 사용량은 계속하여 증가할 것이다.