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清华大学自动化系导航与控制研究所飞行管理系统研究团队助力中国大飞机C919研发

祖国七十三周年华诞之际，国产C919大型客机完成全部适航审定工作后获中国民用航空局颁发的型号合格证，标志着我国具备了自主研制世界一流大型客机能力。在这项举世关注的重大工程中，清华大学自动化系导航与控制研究所的程农和李清两位老师在大飞机重大专项立项之初受邀参加了大型客机联合工程队，他们积极投身于大型客机的论证工作，为C919飞行管理系统的联合论证提供了重要的技术支持。

程农参加了航电核心技术飞行管理系统的论证工作，李清参加了飞行控制系统的论证工作。通过两位老师在中国商飞半年时间的联合论证工作，清华大学与上海飞机设计研究院建立了良好的互信合作关系，回到学校之后，程农继续承担了C919飞机关键技术攻关项目“飞行管理系统功能模块及综合导航系统信息融合软件开发研究”项目，李清承担了C919飞机“飞控系统余度配置关键技术研究”课题。飞行管理系统(FMS)是大型民机的核心系统之一，实现飞机全航线的自动飞行与管理。自动化系根据两个项目的研究需求，成立了由师生共同参加的跨学科研究团队。其中，程农负责导航与飞行管理的总体技术，李清负责自动飞行与控制，程朋负责与空管相关的技术，宋靖雁、梁斌、张涛、萧德云、慕春棣等老师都选派研究生参加了项目的研究工作。两个项目完成验收之后，中国商飞继续委托研究团队承担了“四维制导等实现‘自由飞行’的先进飞行管理技术研究”以及“C919飞机所需导航性能(RNP)需求验证关键技术研究”等项目。

大飞机的飞行管理技术和系统长期由西方发达国家垄断。在大飞机专项实施初期，我国存在体系性的空白。为了自主突破和掌握这一关键技术，自动化系飞行管理团队基于国际标准规范，面向下一代空管系统(ATM)和新航行体系，采用基于模型的系统工程(MBSE)方法，构建了基于轨迹运行(TBO)的飞行管理系统(FMS)体系架构。开发了飞行管理系统核心功能关键算法，在国内率先实现了飞行管理系统核心功能的逻辑集成，实现了系统级基于模型的功能验证和确认的关键技术。突破了机载导航数据库自动建库技术，实现了基于性能的导航(PBN)及飞行器在时空信息系统中的四维制导基准构建。开发了四维航迹预测算法，解决了满足所需到达时间(RAT)要求的轨迹优化问题，实现了四维航迹精确制导。采用分布式仿真架构和多语言的开发环境，研究开发了飞行管理系统仿真验证测试平台，支持了国产大飞机飞行管理系统的工程化研究与应用。系统性地解决了大飞机飞行管理系统中的关键技术问题，对C919的研发作出了重要贡献。

图1 研究团队在上海飞机设计研究院调试飞行管理系统仿真平台(左三为已故副教授程朋)

图2 2014年1月交付上海飞机设计研究院的飞行管理系统仿真平台

经过十余年攻关，获得发明专利8项。软件著作权21项、发表论文47篇、培养博士后1名，博士研究生4名、硕士研究生31名.

图3 2019年升级交付上海飞机设计研究院飞行管理系统仿真平台软件

“大飞机飞行管理系统关键技术研究”成果获得2021年中国航空学会科技进步一等奖。

图4 团队获得中国航空学会科技进步一等奖(左三：程农、右二：李清)

通过大飞机项目，导航与控制研究所培养出了王乾、李大川、陈小龙、王贺、邹翔、王潘、杨磊斌、卢则鹏、于丹妮等一批热爱祖国航空事业、专业技术素质过硬的人才队伍。从自动化系毕业后，他们大多在我国航空工业系统的研究院所继续从事下一代航空先进技术的研究工作，并已快速成为青年科研骨干和新时代的创新领军者。