ระบบจัดการการบิน ( FMS ) เป็นส่วนประกอบพื้นฐานของระบบอิเล็กทรอนิกส์การบินในเครื่องบิน โดยสารสมัยใหม่ FMS เป็นระบบคอมพิวเตอร์เฉพาะทางที่ทำงานอัตโนมัติในงานต่างๆ ระหว่างการบิน ช่วยลดภาระงานของลูกเรือจนถึงจุดที่เครื่องบินพลเรือนสมัยใหม่ไม่จำเป็นต้องมีวิศวกรการบินหรือนักนำทาง อีกต่อไป หน้าที่หลักอย่างหนึ่งคือการจัดการแผนการบินระหว่างการบิน โดยใช้เซ็นเซอร์ต่างๆ (เช่นGPSและINSซึ่งมักได้รับการสนับสนุนจากการนำทางด้วยวิทยุ ) เพื่อกำหนดตำแหน่งของเครื่องบิน FMS สามารถนำทางเครื่องบินไปตามแผนการบินได้ จากห้องนักบิน โดยปกติแล้ว FMS จะถูกควบคุมผ่านหน่วยแสดงผลควบคุม (CDU) ซึ่งประกอบด้วยหน้าจอขนาดเล็กและแป้นพิมพ์หรือหน้าจอสัมผัส FMS จะส่งแผนการบินเพื่อแสดงผลไปยังระบบเครื่องมือการบินอิเล็กทรอนิกส์ (EFIS) จอแสดงผลการนำทาง (ND) หรือจอแสดงผลมัลติฟังก์ชัน (MFD) โดยสรุปแล้ว FMS เป็นระบบคู่ที่ประกอบด้วยคอมพิวเตอร์จัดการการบิน (FMC) CDU และบัสสื่อสารข้ามระบบ

ระบบ FMS สมัยใหม่ได้รับการแนะนำในเครื่องบินโบอิ้ง 767แม้ว่าจะมีคอมพิวเตอร์นำทางรุ่นก่อนหน้าอยู่แล้วก็ตาม^{[ 1 ]}ปัจจุบัน ระบบที่คล้ายกับ FMS มีอยู่ในเครื่องบินขนาดเล็กอย่างเซสนา 182ในการพัฒนา ระบบ FMS มีขนาด ความสามารถ และการควบคุมที่แตกต่างกันมากมาย อย่างไรก็ตาม ลักษณะบางอย่างเป็นเรื่องปกติสำหรับ FMS ทุกประเภท

ระบบจัดการการบิน ( FMS) ทุกระบบมีฐานข้อมูลการนำทาง ฐานข้อมูลการนำทางประกอบด้วยองค์ประกอบต่างๆ ที่ใช้ในการสร้างแผนการบิน ซึ่งกำหนดไว้ตาม มาตรฐาน ARINC 424โดยปกติแล้ว ฐานข้อมูลการนำทาง (NDB) จะได้รับการอัปเดตทุกๆ 28 วัน เพื่อให้มั่นใจว่าข้อมูลในฐานข้อมูลเป็นปัจจุบัน ระบบ FMS แต่ละระบบจะมีเพียงส่วนย่อยของข้อมูล ARINC/ AIRACที่เกี่ยวข้องกับความสามารถของระบบ FMS นั้นๆ เท่านั้น

ฐานข้อมูลการบินแห่งชาติ (NDB) ประกอบด้วยข้อมูลทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการจัดทำแผนการบิน ซึ่งประกอบด้วย:

• จุดแวะพัก/ทางแยก
• แอร์เวย์ส
• อุปกรณ์ช่วยนำทางด้วยคลื่นวิทยุ ได้แก่อุปกรณ์วัดระยะทาง (DME), ระบบระบุ ตำแหน่งรอบทิศทาง VHF (VOR), สัญญาณนำทางแบบไม่ระบุทิศทาง (NDB) และระบบลงจอดด้วยเครื่องมือ (ILS)
• สนามบิน
• รันเวย์
• การออกเดินทางด้วยเครื่องมือมาตรฐาน (SID)
• การมาถึงที่อาคารผู้โดยสารมาตรฐาน (STAR)
• รูปแบบการบินวนรอ (เฉพาะในส่วนหนึ่งของ IAP เท่านั้น แม้ว่าจะสามารถเข้าสู่รูปแบบนี้ได้ตามคำสั่งของ ATC หรือตามดุลยพินิจของนักบิน)
• ขั้นตอนการใช้เครื่องมือช่วยนำทาง (IAP)

นักบินสามารถกำหนดจุดหมาย (waypoints) ได้ตามเส้นทาง หรือโดยอ้างอิงจากจุดหมายอื่นๆ ด้วยการป้อนชื่อสถานที่ในรูปแบบของจุดหมาย (เช่น VOR, NDB, ILS, สนามบิน หรือจุดหมาย/ทางแยก)

โดยทั่วไป แผนการบินจะถูกกำหนดบนภาคพื้นดินก่อนออกเดินทาง ไม่ว่าจะเป็นโดยนักบินสำหรับเครื่องบินขนาดเล็ก หรือโดยผู้ควบคุมการบินมืออาชีพสำหรับเครื่องบินโดยสารขนาดใหญ่ แผนการบินจะถูกป้อนเข้าสู่ระบบ FMS โดยการพิมพ์เอง เลือกจากคลังเส้นทางบินทั่วไปที่บันทึกไว้ (เส้นทางบินของบริษัท) หรือผ่านการ เชื่อมต่อข้อมูล ACARSกับศูนย์ควบคุมการบินของสายการบิน

ในระหว่างการตรวจสอบก่อนบิน จะมีการป้อนข้อมูลอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการจัดการแผนการบิน ซึ่งอาจรวมถึงข้อมูลด้านสมรรถนะ เช่น น้ำหนักรวม น้ำหนักเชื้อเพลิง และจุดศูนย์ถ่วง นอกจากนี้ยังจะรวมถึงระดับความสูงต่างๆ รวมถึงระดับความสูงในการบินเริ่มต้น สำหรับเครื่องบินที่ไม่มีGPSจะต้องระบุตำแหน่งเริ่มต้นด้วย

นักบินใช้ระบบ FMS ในการปรับเปลี่ยนแผนการบินระหว่างบินด้วยเหตุผลต่างๆ การออกแบบทางวิศวกรรมที่สำคัญช่วยลดจำนวนการกดแป้นพิมพ์เพื่อลดภาระงานของนักบินระหว่างบินและกำจัดข้อมูลที่ก่อให้เกิดความสับสน (ข้อมูลที่ทำให้เข้าใจผิดอย่างอันตราย) นอกจากนี้ ระบบ FMS ยังส่งข้อมูลแผนการบินเพื่อแสดงบนจอแสดงผลการนำทาง (ND) ของระบบเครื่องมือวัดการบินอิเล็กทรอนิกส์ ( EFIS ) ในห้องนักบิน โดยทั่วไปแผนการบินจะปรากฏเป็นเส้นสีม่วงแดง พร้อมกับแสดงสนามบินอื่นๆ อุปกรณ์ช่วยวิทยุ และจุดอ้างอิง

ระบบจัดการการบิน (FMS) บางระบบสามารถคำนวณแผนการบินพิเศษได้ ซึ่งมักใช้สำหรับความต้องการทางยุทธวิธี เช่น รูปแบบการค้นหา การนัดพบ วงโคจรของเครื่องบินเติมเชื้อเพลิงกลางอากาศ และจุดปล่อยตัวกลางอากาศที่คำนวณได้ (CARP) เพื่อการกระโดดร่มที่แม่นยำ

เมื่อเครื่องบินขึ้นบินแล้ว หน้าที่หลักของระบบจัดการการบิน (FMS) คือการหาตำแหน่งที่แน่นอนกล่าวคือ การกำหนดตำแหน่งของเครื่องบินและความแม่นยำของตำแหน่งนั้น ระบบ FMS แบบง่ายๆ จะใช้เซ็นเซอร์เพียงตัวเดียว โดยทั่วไปคือGPSเพื่อกำหนดตำแหน่ง แต่ระบบ FMS สมัยใหม่จะใช้เซ็นเซอร์หลายตัวเท่าที่จะเป็นไปได้ เช่น VOR เพื่อกำหนดและตรวจสอบความถูกต้องของตำแหน่งที่แน่นอน บางระบบ FMS ใช้ตัวกรอง Kalmanเพื่อรวมตำแหน่งจากเซ็นเซอร์ต่างๆ เข้าเป็นตำแหน่งเดียว เซ็นเซอร์ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่:

• เครื่องรับสัญญาณ GPS คุณภาพระดับสายการบินทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์หลัก เนื่องจากมีความแม่นยำและความน่าเชื่อถือสูงสุด
• อุปกรณ์ช่วยนำทางวิทยุที่ออกแบบมาสำหรับอากาศยานนั้นจัดเป็นเซ็นเซอร์คุณภาพสูงอันดับสอง ซึ่งรวมถึง:
  • การสแกน DME ( อุปกรณ์วัดระยะทาง ) ที่ตรวจสอบระยะทางจากสถานี DME ที่แตกต่างกันห้าแห่งพร้อมกันเพื่อกำหนดตำแหน่งหนึ่งตำแหน่งทุกๆ 10 วินาที^{[ 2 ]}
  • VOR ( VHF omnidirectional radio range ) คืออุปกรณ์ที่ให้ข้อมูลทิศทาง หากมีสถานี VOR สองสถานี ก็สามารถระบุตำแหน่งของเครื่องบินได้ แต่ความแม่นยำนั้นมีจำกัด
• ระบบอ้างอิงเฉื่อย (IRS) ใช้ไจโรสโคปเลเซอร์แบบวงแหวนและมาตรวัดความเร่งในการคำนวณตำแหน่งของเครื่องบิน ระบบเหล่านี้มีความแม่นยำสูงและไม่ขึ้นอยู่กับแหล่งข้อมูลภายนอก เครื่องบินโดยสารใช้ค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักของ IRS อิสระสามระบบเพื่อกำหนดตำแหน่ง "IRS ผสมสามระบบ"

ระบบ FMS จะตรวจสอบข้อมูลจากเซ็นเซอร์ต่างๆ อย่างต่อเนื่อง และกำหนดตำแหน่งและความแม่นยำของเครื่องบินแต่ละลำ ความแม่นยำนี้เรียกว่า ประสิทธิภาพการนำทางจริง (Actual Navigation Performance: ANP) ซึ่งเป็นวงกลมที่เครื่องบินสามารถบินอยู่ภายในได้ทุกเมื่อ โดยวัดเป็นเส้นผ่านศูนย์กลางในหน่วยไมล์ทะเล น่านฟ้าในปัจจุบันมีประสิทธิภาพการนำทางที่ต้องการ (Required Navigation Performance: RNP) เครื่องบินจะต้องมีค่า ANP น้อยกว่าค่า RNP เพื่อที่จะสามารถปฏิบัติการในน่านฟ้าสูงบางระดับได้

เมื่อได้รับแผนการบินและตำแหน่งของเครื่องบินแล้ว ระบบ FMS จะคำนวณเส้นทางที่ต้องบินตาม นักบินสามารถบินตามเส้นทางนี้ด้วยตนเอง (คล้ายกับการบินตามรัศมี VOR) หรือตั้งค่า ระบบนักบินอัตโนมัติ ให้บินตามเส้นทางนั้นก็ได้

โหมด FMS โดยทั่วไปเรียกว่า LNAV หรือ Lateral Navigation สำหรับแผนการบินในแนวนอน และ VNAV หรือ Vertical Navigation สำหรับแผนการบินในแนวตั้ง VNAV จะกำหนดเป้าหมายความเร็วและมุมเงยหรือระดับความสูง และ LNAV จะกำหนดคำสั่งควบคุมการหมุนให้กับระบบนักบินอัตโนมัติ

เครื่องบินที่ทันสมัย ​​โดยทั่วไปคือเครื่องบินโดยสาร เช่นแอร์บัส A320หรือโบอิ้ง 737และเครื่องบินอื่นๆ ที่ใช้เครื่องยนต์เทอร์โบแฟน จะมีระบบนำทางแนวตั้งที่มีประสิทธิภาพสูงสุด ( VNAV ) จุดประสงค์ของ VNAV คือการคาดการณ์และปรับเส้นทางการบินในแนวดิ่งให้เหมาะสมที่สุด การนำทางนี้รวมถึงการควบคุมแกนการเอียงและการควบคุมคันเร่ง

ระบบ FMS จำเป็นต้องมีแบบจำลองการบินและเครื่องยนต์ที่ครอบคลุม เพื่อให้ได้ข้อมูลที่จำเป็นในการดำเนินการนี้ ฟังก์ชันนี้สามารถสร้างเส้นทางแนวตั้งที่คาดการณ์ไว้ตามแผนการบินด้านข้างโดยใช้ข้อมูลนี้ โดยปกติแล้ว ผู้ผลิตเครื่องบินจะเป็นแหล่งข้อมูลเดียวของแบบจำลองการบินที่ครอบคลุมนี้

ระบบ FMS จะสร้างแผนการบินแนวตั้งขึ้นระหว่างการเตรียมการบิน โดยจะใช้ร่วมกับแผนการบินด้านข้าง เพื่อใช้ข้อมูลน้ำหนักเปล่าเริ่มต้น น้ำหนักเชื้อเพลิง จุดศูนย์ถ่วง และระดับความสูงในการบิน ขั้นตอนแรกในการบินแนวตั้งคือการบินขึ้นสู่ระดับความสูงในการบิน ข้อจำกัดด้านความสูง เช่น "ที่หรือสูงกว่า 8,000 ฟุต" จะปรากฏอยู่ในจุดอ้างอิง SID บางจุด การลดแรงขับ หรือการไต่ระดับแบบ "FLEX" อาจถูกนำมาใช้ตลอดการบินขึ้นเพื่อถนอมเครื่องยนต์ แต่ละปัจจัยต้องนำมาพิจารณาเมื่อทำการวางแผนการบินแนวตั้ง

การติดตั้งระบบนำทางแนวตั้ง (VNAV) ที่แม่นยำนั้นยากและมีค่าใช้จ่ายสูง แต่คุ้มค่าในด้านการประหยัดเชื้อเพลิง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการบินในระดับความสูงคงที่และการลดระดับ ในช่วงการบินในระดับความสูงคงที่ ซึ่งเป็นช่วงที่ใช้เชื้อเพลิงมากที่สุด มีวิธีการประหยัดเชื้อเพลิงได้หลายวิธี

เมื่อเครื่องบินเผาผลาญเชื้อเพลิง เครื่องบินจะเบาลงและสามารถบินได้สูงขึ้นซึ่งมีแรงต้านน้อยกว่าการบินขึ้นแบบเป็นขั้นบันไดหรือการบินขึ้นแบบต่อเนื่องช่วยให้ทำเช่นนั้นได้ ระบบ VNAV สามารถกำหนดตำแหน่งที่ควรบินขึ้นแบบเป็นขั้นบันไดหรือแบบต่อเนื่อง (ซึ่งเครื่องบินจะบินขึ้นอย่างต่อเนื่อง) เพื่อลดการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงให้น้อยที่สุด

การเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานช่วยให้ FMS สามารถกำหนดความเร็วที่ดีที่สุดหรือประหยัดที่สุดในการบินในระดับ ซึ่งมักเรียกว่าความเร็ว ECONโดยอิงจากดัชนีต้นทุนซึ่งป้อนเข้าไปเพื่อให้น้ำหนักระหว่างความเร็วและประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงดัชนีต้นทุนคำนวณโดยการหารต้นทุนต่อชั่วโมงในการใช้งานเครื่องบินด้วยต้นทุนของเชื้อเพลิง^{[ 3 ] [ 4 ]}โดยทั่วไป ดัชนีต้นทุน 999 จะให้ความเร็ว ECON ที่เร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้โดยไม่คำนึงถึงเชื้อเพลิง และดัชนีต้นทุนเป็นศูนย์จะให้ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงสูงสุดโดยไม่คำนึงถึงต้นทุนต่อชั่วโมงอื่นๆ เช่น ค่าบำรุงรักษาและค่าใช้จ่ายของลูกเรือ โหมด ECON คือความเร็ว VNAV ที่เครื่องบินโดยสารส่วนใหญ่ใช้ในการบินแบบครูซ

RTA หรือเวลาที่ต้องมาถึงตามกำหนด ช่วยให้ระบบ VNAV กำหนดเป้าหมายการมาถึงที่จุดหมายเฉพาะในเวลาที่กำหนด ซึ่งมักมีประโยชน์สำหรับการจัดตารางเวลาการลงจอดของสนามบิน ในกรณีนี้ VNAV จะควบคุมความเร็วในการบินหรือดัชนีต้นทุนเพื่อให้แน่ใจว่าตรงตาม RTA

สิ่งแรกที่ระบบ VNAV คำนวณสำหรับการลดระดับคือจุดเริ่มต้นของการลดระดับ (Top of Descent Point หรือ TOD) นี่คือจุดที่การลดระดับอย่างมีประสิทธิภาพและสะดวกสบายเริ่มต้นขึ้น โดยปกติแล้วจะเป็นการลดระดับโดยใช้เครื่องยนต์เดินเบา แต่สำหรับเครื่องบินบางลำ การลดระดับโดยใช้เครื่องยนต์เดินเบาอาจชันเกินไปและทำให้รู้สึกไม่สบาย ระบบ FMS จะคำนวณ TOD โดย "บิน" ย้อนกลับจากจุดที่เครื่องบินแตะพื้น ผ่านการเข้าสู่ขั้นตอนการลงจอด และจนถึงระดับการบินปกติ โดยใช้แผนการบิน โมเดลการบินของเครื่องบิน และทิศทางลมในการลดระดับ สำหรับระบบ FMS ของสายการบิน การคำนวณนี้มีความซับซ้อนและแม่นยำมาก แต่สำหรับระบบ FMS แบบง่าย (ในเครื่องบินขนาดเล็ก) สามารถกำหนดได้โดยใช้ "หลักการคร่าวๆ" เช่น เส้นทางการลดระดับ 3 องศา

จากจุดเริ่มต้นการลงจอด (TOD) ระบบ VNAV จะกำหนดเส้นทางที่คาดการณ์ไว้ในแบบสี่มิติ เมื่อ VNAV สั่งให้คันเร่งลงไปที่ตำแหน่งรอบเดินเบา เครื่องบินจะเริ่มลดระดับลงตามเส้นทางของ VNAV หากเส้นทางที่คาดการณ์ไว้ไม่ถูกต้อง หรือลมที่พัดลงมาแตกต่างจากที่คาดการณ์ไว้ เครื่องบินจะไม่สามารถบินตามเส้นทางได้อย่างสมบูรณ์ เครื่องบินจะปรับระดับการเอียงเพื่อรักษาระดับการบิน เนื่องจากคันเร่งอยู่ที่ตำแหน่งรอบเดินเบา การปรับนี้จะควบคุมความเร็ว โดยปกติแล้ว FMS จะอนุญาตให้ความเร็วเปลี่ยนแปลงได้ภายในช่วงแคบๆ หลังจากนั้น คันเร่งจะเพิ่มขึ้น (หากเครื่องบินอยู่ต่ำกว่าเส้นทาง) หรือ FMS จะขอให้ใช้เบรกอากาศพร้อมข้อความ ซึ่งมักจะเป็น "ต้องใช้แรงต้าน" (หากเครื่องบินอยู่สูงกว่าเส้นทาง) ในเครื่องบินแอร์บัส ข้อความนี้จะปรากฏบน PFD ด้วย และหากเครื่องบินอยู่สูงมากบนเส้นทาง จะแสดงข้อความ "ต้องใช้แรงต้านมากขึ้น" ในเครื่องบินโบอิ้ง หากเครื่องบินเบี่ยงเบนจากเส้นทางที่กำหนดไว้มากเกินไป ระบบจะเปลี่ยนจาก VNAV PTH (ซึ่งบินตามเส้นทางที่คำนวณไว้) ไปเป็น VNAV SPD (ซึ่งลดระดับลงให้เร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในขณะที่รักษาระดับความเร็วที่เลือกไว้ คล้ายกับ OP DES (open descent) ในเครื่องบินแอร์บัส)

การลดระดับโดยใช้เครื่องยนต์เดินเบาอย่างเหมาะสม หรือที่เรียกว่า “การลดระดับสีเขียว” นั้นใช้เชื้อเพลิงน้อยที่สุด ลดมลพิษ (ทั้งในระดับความสูงและใกล้สนามบิน) และลดเสียงรบกวนในพื้นที่ แม้ว่าระบบจัดการการบิน (FMS) สมัยใหม่ส่วนใหญ่ของเครื่องบินโดยสารขนาดใหญ่จะสามารถทำการลดระดับโดยใช้เครื่องยนต์เดินเบาได้ แต่ระบบควบคุมการจราจรทางอากาศส่วนใหญ่ในขณะนี้ยังไม่สามารถจัดการกับเครื่องบินหลายลำที่แต่ละลำใช้เส้นทางการลดระดับที่เหมาะสมที่สุดของตนเองไปยังสนามบินได้ ดังนั้น การควบคุมการจราจรทางอากาศจึงลดการใช้การลดระดับโดยใช้เครื่องยนต์เดินเบาให้น้อยที่สุด

• ดัชนีบทความด้านการบิน
• คำย่อและตัวย่อในด้านการบิน
• ขั้นตอนการชดเชยด้านข้างเชิงกลยุทธ์

• ARINC 702A ระบบคอมพิวเตอร์บริหารจัดการการบินขั้นสูง
• ระบบอิเล็กทรอนิกส์การบิน องค์ประกอบ ซอฟต์แวร์ และฟังก์ชัน บทที่ 20 โดย แครี่ อาร์. สปิตเซอร์ISBN 0-8493-8438-9
• คู่มือผู้ใช้ FMC B737 บทที่ 1 โดย Bill Bulfer สำนักพิมพ์ Leading Edge Libraries
• Casner, SM คู่มือสำหรับนักบินเกี่ยวกับห้องนักบินของสายการบินสมัยใหม่นิวคาสเซิล เวสเทิร์นออสเตรเลีย บริษัท Aviation Supplies and Academics, 2007. ISBN 1-56027-683-5.
• Chappell, AR และคณะ "VNAV Tutor: การแก้ไขปัญหาความยากลำบากในการรับรู้โหมดการบินสำหรับนักบินของเครื่องบินห้องนักบินแบบกระจก" IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics Part A, Systems and Humans , เล่มที่ 27, ฉบับที่ 3, พฤษภาคม 1997, หน้า 372–385