空客近地警告和能量管理的一些認(rèn)識(shí)

金龍

摘 要：民航飛行中，近地警告系統(tǒng)的作用是防止可控飛行撞地事故，近地警告系統(tǒng)的報(bào)警閾值設(shè)定對(duì)報(bào)警性能產(chǎn)生的影響較大，影響航線的飛行安全，因此具有十分重要的研究?jī)r(jià)值。文章在介紹概念的基礎(chǔ)上，針對(duì)過(guò)大下降率這一報(bào)警方式進(jìn)行深入研究，結(jié)合實(shí)際筆者實(shí)際工作情況，提出具有參考性的應(yīng)對(duì)策略，幫助管理部門(mén)優(yōu)化管制策略，以達(dá)到促進(jìn)民航運(yùn)輸系統(tǒng)整體性發(fā)展的目的。

關(guān)鍵詞：近地警告；飛行；策略

中圖分類(lèi)號(hào)：F562 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）29-0189-02

Abstract： In the civil aviation flight， the role of the near-ground warning system is to prevent controllable flight impact on the ground. The setting of the alarm threshold of the near-earth alarm system has a great impact on the alarm performance， and affects the flight safety of the flight path， so it has a very important research value. On the basis of the introduction of the concept， this paper makes a deep research on the alarming mode of excessive decline rate， combining with the actual working situation of the author， and puts forward some referential countermeasures to help the management department to optimize the control strategy. In order to achieve the purpose of promoting the overall development of civil aviation transportation system.

Keywords： ground proximity warning； flight； strategy

飛機(jī)撞地失事分為兩種情形，第一種情形是災(zāi)難性氣象或飛機(jī)機(jī)械故障導(dǎo)致飛機(jī)失去控制而墜毀，這種情形稱(chēng)為失控撞地；第二種情形是飛機(jī)沒(méi)有機(jī)械故障，在正常操作飛行中因?yàn)椴涣私獾匦味驳秸系K物上，或者無(wú)法預(yù)測(cè)氣象，導(dǎo)致飛機(jī)撞到障礙物而發(fā)生的事故，還有進(jìn)近著陸過(guò)程中由于誤判高度造成的事故，這類(lèi)情形稱(chēng)為可控飛行撞地。根據(jù)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)可控飛行撞地是影響飛行安全的首要因素。

1 空客飛機(jī)警告系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程

上個(gè)世紀(jì)80年代，空客推出A300-600與A310后，變?yōu)閮扇酥茩C(jī)組?？湛鸵鈭D將自動(dòng)化系統(tǒng)代替飛行工程師的職責(zé)，研發(fā)出空客特色的ECAM系統(tǒng)，該系統(tǒng)意味著，空客自動(dòng)化理念已變成先進(jìn)民用飛機(jī)自動(dòng)化水平的標(biāo)志。

第一代ECAM是空客A300-600以及A310上推出的。第一代 ECAM沒(méi)有百分百代替機(jī)電式的發(fā)動(dòng)機(jī)指令，但是對(duì)比之前的系統(tǒng)，已經(jīng)擁有ECAM幾種典型的功能，包括空客特色的ADV與高級(jí)排序架構(gòu)、飛行階段觸發(fā)簡(jiǎn)圖頁(yè)、自動(dòng)顯示系統(tǒng)畫(huà)面、全自動(dòng)電子檢查單、派生/根源/獨(dú)立故障。上面這些功能并非憑空想象出來(lái)的，而是通過(guò)深入研究空客二人制機(jī)組在處理一般情況下的操作程序以及工作量之后，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。后續(xù)開(kāi)發(fā)的第二代ECAM與第三代ECAM系統(tǒng)有較大的改進(jìn)，在典型特征上仍然保持與第一代ECAM基本一致。

通過(guò)研究空客A310以來(lái)的不同機(jī)型，并參考龐巴迪交流的經(jīng)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)空客ECAM對(duì)全部警告類(lèi)消息都做了排序。這代表著每一個(gè)警告消息在設(shè)計(jì)過(guò)程中已擁有對(duì)應(yīng)的序號(hào)。當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)狀況時(shí)，ECAM系統(tǒng)傳達(dá)的消息并非根據(jù)時(shí)間排序，而是根據(jù)提前準(zhǔn)備好的序號(hào)進(jìn)行排列。如果設(shè)計(jì)過(guò)程準(zhǔn)確無(wú)誤，不管以哪種形式出現(xiàn)警告，飛行員都可以根據(jù)ECAM的指令以最高效的方式處理突發(fā)狀況。

2 TOO STEEP PATH情況下的能量管理

2.1 能量管理原理

在航線確定之后，對(duì)應(yīng)的飛行過(guò)程是確定的，均要經(jīng)過(guò)起飛、爬升、巡航、下降、進(jìn)近、降落等步驟。由于飛機(jī)的飛機(jī)特性存在差異，本文以空客飛機(jī)為例展開(kāi)闡述。

飛機(jī)下降和進(jìn)近的過(guò)程中，飛機(jī)的能量不斷消耗。飛機(jī)在巡航的階段，具有較高的高度勢(shì)能和動(dòng)能，這會(huì)對(duì)飛機(jī)落地造成很大的威脅。在一些限制區(qū)，山區(qū)進(jìn)近時(shí)，由于二點(diǎn)之間距離較短，但要求下降的高度較多，在MCDU計(jì)劃頁(yè)面這二點(diǎn)之間就會(huì)出現(xiàn)TOO STEEP PATH的顯示，以提醒飛行員前方下降剖面有一個(gè)過(guò)陡的航段，也代表著此處有較大能量的累積。因此，飛行員在下降和進(jìn)近過(guò)程中要消耗多余的能量，飛機(jī)通過(guò)勢(shì)能的轉(zhuǎn)化以及發(fā)動(dòng)機(jī)推力的持續(xù)補(bǔ)償，讓飛機(jī)動(dòng)能維持在一定的能量水平，這個(gè)過(guò)程一直持續(xù)到飛機(jī)到達(dá)跑道入口拉平高度，隨后飛機(jī)進(jìn)入著陸階段。

飛機(jī)的能量水平由于勢(shì)能（高度）與動(dòng)能（速度）組成。在飛機(jī)下降和進(jìn)近的階段，必須考慮位置、速度、高度、推力、構(gòu)型、空氣等因素。位置，具體內(nèi)容是距離接地點(diǎn)位置決定當(dāng)前的能量總體需求。速度，具體內(nèi)容是通過(guò)動(dòng)能與勢(shì)能的轉(zhuǎn)化，對(duì)飛機(jī)的能量進(jìn)行管理，速度快具有能量消耗快的特征。高度，具體內(nèi)容是高度具有勢(shì)能屬于飛機(jī)下降階段無(wú)法再生的能量。推力，具體內(nèi)容是推力的大小對(duì)總體能量消耗進(jìn)行補(bǔ)償或者維持當(dāng)前總能量。構(gòu)型，具體內(nèi)容是飛機(jī)的起落架、擾流板的放出將會(huì)改變氣動(dòng)外形，加快能量消耗的速率?？諝?，具體內(nèi)容是空氣高海拔機(jī)場(chǎng)和風(fēng)會(huì)改變能量水平的預(yù)估。

2.2 具體步驟

在掌握能量管理之前，先要了解決斷關(guān)口的概念。在飛機(jī)進(jìn)近與著陸的過(guò)程中，很多個(gè)目標(biāo)組成一道道關(guān)口，一定要到達(dá)各關(guān)口的要求，才能順利進(jìn)近。在此過(guò)程中，若存在任何要素或者任何目標(biāo)未能達(dá)成目標(biāo)，飛行員必須馬上采取措施。決斷關(guān)口的設(shè)置需要考慮這些點(diǎn)位：起始進(jìn)近定位點(diǎn)、走廊口或是進(jìn)近區(qū)域邊界點(diǎn)、中間進(jìn)近定位點(diǎn)、儀表進(jìn)近/目視、最后進(jìn)近定位點(diǎn)。

在設(shè)計(jì)決斷關(guān)口的過(guò)程中，需要借鑒進(jìn)近/進(jìn)場(chǎng)圖。在此基礎(chǔ)上，自主選擇的其他定位點(diǎn)或是外指點(diǎn)標(biāo)可以作為評(píng)判關(guān)口，作用是判斷進(jìn)近是否按照計(jì)劃開(kāi)展。儀表進(jìn)近/目視應(yīng)該作為一個(gè)關(guān)鍵的決斷關(guān)口，作為飛機(jī)的最終穩(wěn)定高度，不得不實(shí)現(xiàn)以下條件：飛機(jī)在所需著陸狀態(tài)、無(wú)過(guò)大的飛行參數(shù)偏差、一般在慢車(chē)之上保持在所需下滑道上的目標(biāo)速度且推力穩(wěn)定、飛機(jī)在正確的水平和垂直飛行航徑上。根據(jù)航空公司的規(guī)定，若飛機(jī)在目視條件AGL500英尺或是儀表?xiàng)l件下AGL1000英尺，沒(méi)有以著陸形態(tài)穩(wěn)定在進(jìn)近航徑上，則需要選擇復(fù)飛，除非機(jī)組判定飛機(jī)偏離是由于外部顛簸導(dǎo)致，需要小幅度的修正就可以扭轉(zhuǎn)偏離狀態(tài)，變?yōu)榉€(wěn)定的情況。

3 TOO STEEP PATH情況下的進(jìn)近和著陸

飛機(jī)在進(jìn)近剖面上建立完著陸形態(tài)后，能量消耗速率會(huì)變?yōu)檎麄€(gè)飛行過(guò)程的最大值。這種能量消耗速率是必須的，若能量消耗過(guò)少，會(huì)對(duì)飛機(jī)的著陸造成影響。若通過(guò)勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能來(lái)滿(mǎn)足飛機(jī)進(jìn)近的需要，這種情況也是不安全的，如果需要復(fù)飛，發(fā)動(dòng)機(jī)需要更多時(shí)間加速到最大推力，這樣會(huì)導(dǎo)致缺乏能量可以修正小速度或者開(kāi)啟復(fù)飛。

以下闡述的前提是飛行方式FMA在NAV模式之中。為了更為直觀表述，暫且舉例把前方進(jìn)近航路的二個(gè)點(diǎn)設(shè)為VV011和VV012，這兩點(diǎn)位置在起始進(jìn)近點(diǎn)前。由于限制要求，過(guò)VV011限制高度為17700FT，過(guò)VV012限制高度為7900FT，這兩點(diǎn)距離為5海里。按照這個(gè)限制設(shè)定，MCDU計(jì)劃頁(yè)面上這二點(diǎn)之間肯定會(huì)出現(xiàn)一個(gè)剖面過(guò)陡的信息，既有TOO STEEP PATH的顯示。

在從VV011前下降時(shí)，將17700FT的改平點(diǎn)做在VV011時(shí)，進(jìn)程頁(yè)P(yáng)ROG的重直偏離VDEV會(huì)顯示出正常。這是因?yàn)榇藭r(shí)的VDEV是從前一點(diǎn)的VV011的高度限制17700FT計(jì)算的。由此，在剖面上會(huì)很合適。但如果此時(shí)考慮不到后面有“TOO DEEP PATH”剖面過(guò)陡的信息，不減速降低能量，勢(shì)必會(huì)造成飛機(jī)過(guò)了VV011后，VDEV一下子會(huì)高幾千尺，即高于下降剖面很多。因此時(shí)的計(jì)算機(jī)又會(huì)從前一點(diǎn)的VV012的限制高度7900FT計(jì)算出新的重直偏離。

那么易引出一個(gè)問(wèn)題：這么短的距離要消耗這么多的高度，如在VV011前沒(méi)有準(zhǔn)備好降低能量的措施，勢(shì)必造成進(jìn)近失敗。由牛頓第一定律可獲知，除非受到外來(lái)的作用力，否則物體的速度可以保持不變。當(dāng)飛機(jī)在巡航高度保持速度不變的直線飛行時(shí)，此刻飛機(jī)相當(dāng)于所受的外力合力為零。在飛機(jī)進(jìn)近階段也是同樣的道理，如果外力合力一直為零，從理論層面來(lái)看，飛機(jī)將“飛”到目視參考點(diǎn)上，此刻飛機(jī)在垂直方向的剩余能量是不可接受的，這會(huì)對(duì)飛機(jī)的著陸造成嚴(yán)重威脅。

基于此，又該如何正確處置前方“TOO DEEP PATH”剖面過(guò)陡的情況呢？首先在下降中用下降率方式，將17700FT的改平點(diǎn)做在VV011上方后，隨即在MCDU計(jì)劃頁(yè)上的VV011右側(cè)的高度限制17700FT刪掉，計(jì)劃頁(yè)面的上TOO DEEP PATH隨即消失。此時(shí)的計(jì)算機(jī)會(huì)從VV0012的7900FT限制高度計(jì)算出一個(gè)正確的實(shí)際高出正常剖面較高的重直偏離數(shù)值，在第一時(shí)間就提供了高于剖面的正確偏離數(shù)值，這時(shí)完全處于主動(dòng)位置，有時(shí)間來(lái)減速，放外型。在飛機(jī)拉平過(guò)程中，飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)是關(guān)鍵所在，飛機(jī)拉平時(shí)擁有較為穩(wěn)定的進(jìn)近速度與垂直速度，若存在偏差，飛機(jī)便會(huì)脫離計(jì)劃，因此必須改變拉平速率，讓飛機(jī)得到有效的控制。理想情況下，由于飛機(jī)垂直方向的速度為零，飛機(jī)可在類(lèi)圓周運(yùn)動(dòng)的最低點(diǎn)接地，此時(shí)飛機(jī)起落架承載負(fù)荷較小。大多數(shù)情況下，飛行員在收油門(mén)之前，會(huì)借鑒外部的目視參考，加上過(guò)往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷是否需要調(diào)整計(jì)劃，選擇一個(gè)較合適的速度飛行，同時(shí)保證飛行航徑角穩(wěn)定，用標(biāo)準(zhǔn)程序的著陸技術(shù)便可獲得正常的接地速度。伴隨著緩慢且連續(xù)的下滑弧線，此時(shí)飛行員確保17700FT過(guò)VV011時(shí)額外多余的能量已消耗完，為穩(wěn)定進(jìn)近做好充足的準(zhǔn)備。

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