老旧飞机的导航数据库管理

作者  颜枫

导航数据库的管理和使用一直是现代民航安全运行的一个重要因素,而随着近年来基于性能导航技术的不断推进,越来越多新程序投入使用,许多老旧飞机由于出厂安装的飞行管理计算机(简称FMC)设计年代久远,使用限制的问题日渐突出。航空公司在日常导航数据库管理工作中对于此类老旧飞机和FMC要高度关注,有针对性的制定对应措施,以避免或缓解使用过程中带来的安全风险。以下笔者将结合老旧波音机型以及自身在导航数据库管理工作中多年来的实际经验阐述相关内容。

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背景介绍

所有现代运输航空器都有自己的飞行管理系统(简称FMS),它综合了导航信号接收器,惯性基准系统(简称IRS)、大气数据、飞行操作、仪表和显示、油门控制、数据链各方面的数据信息,最终汇总到FMC进行处理和计算。FMC是系统的心脏,履行导航和性能计算并且提供控制和指引指令,FMC和它包含的相关数据库是现代航空器航电设备的核心基础。

一般而言,FMC包含两个数据库:性能数据库和导航数据库。性能数据库使飞行机组在飞行中不再需要查阅性能手册,并向 FMC提供计算俯仰和推力指令所需的信息。所需的所有正常信息均可显示在控制显示单元(简称CDU)上。而导航数据库则包含通过查阅航图而得到的大部分信息。事实上除此以外,FMC首先需要一个航电设备厂商研发自带的飞行操作程序(简称OFP)和对应的软件数据库,只有通过它才能让FMC真正正确使用性能数据库和导航数据库以及指挥航电设备。所有这些数据都以带电可擦可编程只读存储器的方式保存在FMC中,可以使用特定的数据装载机进行更新。

我们日常使用的导航数据库包含了导航设备、航路点、机场、跑道以及公司选择的其它信息,如标准仪表离场、标准进场、进近和公司航路等丰富的情报资料信息。这些信息都按照ARINC424的标准格式编码在导航数据库中,并按照国际民航组织附件15的要求以28天一个周期进行定期更新。

高质量的导航数据库是现代飞行安全的基础,目前世界上主要有三个导航数据库服务商,分别是德国的杰普逊(属于美国波音公司子公司),瑞士的LIDO(属于德国汉莎航空公司),英国的NavTech(属于空客公司),这三个服务商会定期整理加入国际民航组织的各国地区情报资料信信息,并以ARINC424的标准格式进行编码。当数据编码检查完成,会提供给对应的FMC航电设备厂商,由他们再生成适用于不同FMC的特定格式文件,才能最终装载在飞机上使用。这些航电设备厂商主要有霍尼韦尔,通用电气,泰雷兹,罗克韦尔柯林斯等。

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导航数据库的限制

近年来,随着全球导航数据信息的不断暴涨和导航技术飞速发展,储存导航数据信息的容量和方式要求也越来越多,因此,飞机上的FMC硬件设备也在不断更新适应需求。当然,如果能够通过不断更换升级FMC提高导航数据库的能力是最安全有效的解决途径,但是对于一些飞机由于升级费用或者使用年限等因素综合考虑会不再升级,因此对于仍在使用的老旧型号FMC,主要问题就是导航数据库的各种能力限制。

2.1

数据容量限制

在现代计算机使用的导航数据库中,数据是以字节或字符来定义容量的,比如GE公司生产的最大容量为288K FMC,它代表的最大数据容量是288000个字符,对于不同OPF程序类型(如16位,32位等)代表了不同的字节KB数据量。比如16位的OFP程序,需要2个字节来定义一个字符,数据容量就是大约576000字节。如下表1所示,是部分波音机型使用的新旧FMC容量能力对比:

▲表1 部分波音机型使用的新旧FMC容量能力对比

但是需要注意的是,这个容量并不是公司可以使用的容量,因为FMC自带的OFP软件系统和性能数据库会占用掉一部分容量,如下图1所示,型号2907A的容量256K的FMC实际能够使用的只有216K:

▲图1型号2907A的容量表

在航空公司能够使用的这部分有限容量里面,包含了服务商提供的标准数据和客户化数据。标准数据是数据库服务商根据各国情报资料整理发布的全球完整导航数据信息,而客户化数据则是公司自己运行需要的一些不公布或者定制数据,如特殊机场,公司航路等。仅从标准数据量来看,杰普逊公司预测每年就有至少3%的数据增加幅度,其他服务商也分别预测每年6%-8%的增幅。此外,航空公司自身的不断发展也会导致运行所需要的客户化数据不断增加。因此,最为直接和重要的限制是数据总容量的限制。

2.2

导航数据库编码限制

随着现代导航技术和国际民航标准ARINC424版本的不断更新,越来越多导航信息需要不断扩展数据记录储存位置。对于老旧FMC而言,从设计之初由于年代久远并没有预留足够的数据记录储存位置,因此也就从根本上限制了对编码方式的支持能力。以下表2是GE公司不同版本的OPF编码能力匹配表:

▲表2 GE公司不同版本的OPF编码能力匹配表

2.3

特殊限制

航空公司在运行中经常会发现使用相同数据库服务商的数据,在不同飞机上实际使用却会出现一些差异,这是由于不同航电设备厂商生产的FMC,或相同航电设备安装不同版本的OFP有特殊限制。比如有的对每个机场的程序数量或者使用定位点有限制,有的不支持复合进近程序,有的不支持复飞程序等等,即使对于同一个公司不同版本的OFP特殊限制也会相差巨大,比如GE公司早期生产的U5.0版本每个机场最多只能保存70条进离场程序,而最新的U12.0版本则能够到达126条。

如果航空公司实际运行过程中客户化数据较多,可能会产生更多限制,有的限制是能够在航电设备厂商的技术手册或说明文件中找到的,而有的限制甚至是厂家也不可预见和判断的,产生的错误现象往往很难找到原因,长期对运行造成不便。

3

老旧FMC的导航数据库管理

可以看到,版本越是老旧的FMC,其导航数据库的限制越多,航空公司在日常导航数据库管理工作中需要高度关注,对他们采取特殊的管理方式,有效的控制数据风险。

3.1

控制数据容量

如果发生数据库容量溢出,将必须删除一些数据才能够生成安装文件,如果不能有效控制这种现象发生,将会导致导航数据库制作发布的时间加长,严重影响导航数据库的装载时间。特别是如果发生二次制作时间过长导致数据库过期,将对公司安全运行带来极大的风险。因此,有效的控制数据总容量在一定安全范围内是最重要的管理基础。

首先在标准数据方面,航空公司需要决定哪些数据需要保留,而哪些相对不重要的数据需要删除。在删除数据时应该首先缩小数据选取范围,就像每次机组飞行只携带运行范围内的资料一样,导航数据库的数据范围首先也要缩小到公司日常运行的范围。相反的,如果不缩小运行范围,则意味着范围内的数据细节会减少,比如机场数量、航路数量等。其次在客户化数据方面,可以将不常用的公司航路、机场数据删除,比如只保留必须的PBN程序,删除传统程序。最后,由于标准数据的逐月递增,航空公司应该根据每个FMC的实际容量最大限制值,自己设定一个容量安全范围值,本期数据量接近或超过时,应该主动在下一期采取上述措施尽快优化减少数据,不要被动的等待数据溢出。

3.2

掌握FMC的限制技术材料

航空市场上的FMC型号种类繁多,每种设备的使用限制不同,相同厂家不同时代的产品也差异较多,如果每次遇到问题才通过询问或者咨询的方式了解掌握,则永远不能全面系统的了解掌握所有限制。特别是一些年代久远的老旧FMC,由于使用的公司越来越少,设备厂商保留的说明文档也可能越来越不完整,熟悉设备的工程师也越来越少,技术资料重要性尤为珍贵,笔者在与厂家沟通过程中也发现获取难度越来越大。因此航空公司要尽早和设备厂商取得联系,及时获取相关使用技术材料留存,才能及时准确掌握限制条件和每种数据类型对应的单位容量,对数据库数据做出合理有效的调整。

3.3

及时与导航数据库服务商沟通制定预案

在遇到国家地区有大规模情报资料更新的时候,可能无法提前判断更新数据带来的限制,此时航空公司应该提前和每个数据库服务商针对每种型号FMC的限制制定好不同等级的方案,如数据溢出时删除数据的类型先后顺序,同一种类型数据的先后顺序,避免数据溢出影响装载时间。

3.4

与相同设备的航空公司总结交流经验

从多年来的实际工作经验来看,不可避免会遇到一些无法预见的设备BUG或者数据出错现象,这些除了航空公司自身运行经验的积累,设备厂商的技术咨询协助,还需要和相同设备的航空公司总结交流经验,实现资源共享,经验互补,往往能够快速准确的找到问题的原因。

3.5

疑难问题的应对和处理

当遇到一些问题陷入困局时,例如没有技术资料和经验的问题,或者设备厂商和数据库服务商都无法判断错误信息的原因时,可以从两方面做一些尝试,首先尝试通过厂家协助下载FMC的数据进行译码,分析错误原因。其次,可以根据错误现象分析出所有能够想到的原因,采取排除法对数据库数据设置做调整测试,直到错误现象有变化或消失,从而找到原因。

3.6

合理升级FMC

在遇到老旧设备严重影响运行安全和效率的时候,则需要综合考虑各种因素对FMC进行合理升级。如果是简单的软件OFP升级,主要考虑的是OFP自身容量的增加,会使得原先的可用容量进一步缩小。如果是硬件FMC的更换,主要考虑的是选择合理的升级方案,降低费用。比如要结合考虑老旧飞机的退租使用年限,飞机运行的区域限制,公司今后运行种类和导航数据量的测算,不同版本升级所需要的费用等综合因素采取性价比最优的方案进行升级,且不可盲目追求大容量而导致实际使用产生浪费,也不可盲目追求费用便宜导致升级以后不久又无法满足运行需要。

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结语

目前,全球的老旧飞机运行主要集中在货运航空市场,虽然很多航空公司也在评估经济性的前提下不断缓慢的替换或者改装这些飞机,但在未来一段时间里,导航数据库的快速发展与老旧飞机FMC能力的落后这一突出矛盾仍会存在,航空公司在日常导航数据库管理工作中仍然需要继续对此加以重视,制定科学合理的工作流程,采取必要的对应措施缓解日常运行中的安全风险。

参考资料

[1] Smiths Industries , 1 December 1999, FMS NDB PREPARATION GUIDE.

[2] 中国民航局飞标司,《航空运营人导航数据库管理规范》(AC-91-FS-2014-21)2014.3.28

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  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20200825A0LHHG00?refer=cp_1026
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