基于RNP AR進(jìn)近程序的最后進(jìn)近航段分析

王志學(xué)，李 曄

（中國南方航空股份有限公司廣州飛行部，廣州 510405）

所需導(dǎo)航性能（RNP）是目前國際上熱門研究和著重發(fā)展的航行新技術(shù)，是對在規(guī)定空域內(nèi)運(yùn)行所需要的導(dǎo)航性能精度的聲明，它對于在一個(gè)規(guī)定空域中的運(yùn)行至關(guān)重要。國際民航組織（ICAO）新航行系統(tǒng)（FANS）特別委員會(huì)對RNP的定義為：在一個(gè)指定的空域內(nèi)運(yùn)行的航空器在水平方向上（經(jīng)緯度位置點(diǎn)）所需的導(dǎo)航精度。RNP的類型根據(jù)航空器至少有95%的時(shí)間能夠達(dá)到預(yù)計(jì)導(dǎo)航性能精度的數(shù)值來確定，用RNPX來表示在一個(gè)區(qū)域，或者一條航線，或者一個(gè)程序中的最低導(dǎo)航系統(tǒng)條件[1]。RNP類型如表1所示。

在RNP空域中飛行的每架飛機(jī)應(yīng)該有一個(gè)系統(tǒng)導(dǎo)航位置的誤差總計(jì)，應(yīng)等于或者小于95%的飛行時(shí)間的RNP值。

RNP進(jìn)近是指以RNP方式實(shí)施進(jìn)近，或以直線進(jìn)近階段的RNAV（基于GNSS）進(jìn)近程序，精度值一般為0.3，但對復(fù)飛導(dǎo)航精度不做要求，復(fù)飛程序可以轉(zhuǎn)變成傳統(tǒng)導(dǎo)航方式，使用衛(wèi)星導(dǎo)航為主要方式，程序設(shè)計(jì)時(shí)需考慮衛(wèi)星失效或機(jī)載監(jiān)控和告警功能喪失導(dǎo)致失去RNP進(jìn)近能力的可接受性（余度），對通訊和雷達(dá)監(jiān)視不做要求。在運(yùn)行批準(zhǔn)上，同一種類型飛機(jī)獲得批準(zhǔn)即可,如A319系列，實(shí)施的機(jī)場目前為三亞、伊春、溫州。

表1 RNP類型Tab.1 RNP types

RNP AR是一種更高類型的進(jìn)近。ICAO對其的應(yīng)用定義為:要求特殊授權(quán)的所需導(dǎo)航性能運(yùn)行項(xiàng)目，其精度值要求在0.3～0.1之間，最后進(jìn)近定位點(diǎn)（FAF）之前和之后為曲線飛行航跡。水平精度警戒區(qū)域被限制在2RNP值以內(nèi),并沒有額外裕度，只允許使用衛(wèi)星導(dǎo)航，并且能對精度進(jìn)行預(yù)測，做此類進(jìn)近每一架飛機(jī)和每一個(gè)人員都必須得到局方的特別授權(quán)批準(zhǔn)，實(shí)施的機(jī)場有拉薩貢嘎機(jī)場、云南麗江機(jī)場等。

1 RNP AR的最后進(jìn)近航段分析

最后進(jìn)近航段水平引導(dǎo)基于RNP，應(yīng)使用0.3的RNP值進(jìn)行評估。僅在RNP0.3導(dǎo)致在DH超過90 m或能獲得重要運(yùn)行利益的情況下，可使用較小的RNP值，最小值為0.1。

1.1 側(cè)向保護(hù)

對于RNP/AR程序（RNP值在0.3～0.1之間）的保護(hù)區(qū)則不考慮緩沖區(qū)，通過附加的審定、批準(zhǔn)和機(jī)組訓(xùn)練來保證在沒有緩沖區(qū)時(shí)，仍能保證在適當(dāng)?shù)陌踩椒秶鷥?nèi)。RNP/AR準(zhǔn)則能提供與當(dāng)前國際運(yùn)輸航空事故率相當(dāng)?shù)陌踩?，不?huì)導(dǎo)致總運(yùn)行事故率的增加。對RNP/AR程序，主區(qū)域半寬為2RNP，沒有緩沖區(qū)或副區(qū)，即最后進(jìn)近航段的側(cè)向保護(hù)區(qū)半寬為2×0.1[2]。

1.2 垂直保護(hù)

RNP/AR的進(jìn)場、起始進(jìn)近和中間進(jìn)近使用基本RNP的垂直超障準(zhǔn)則，在此不做分析。

由于RNP/AR最后進(jìn)近的垂直引導(dǎo)（VNAV）是基于氣壓，因此，不能使用遠(yuǎn)距高度表撥正源，最后進(jìn)近航段不得設(shè)置在對風(fēng)和氣壓有嚴(yán)重影響的地形上，障礙物不得穿透目視保護(hù)面。最后進(jìn)近航段區(qū)域從最后進(jìn)近定位點(diǎn)（FAF）前1×RNP處開始，在著陸跑道入口點(diǎn)（LTP）處結(jié)束。區(qū)域包含傾斜的超障面（OCS），以評估超障高（OCH）前的障礙物，還包含從OCH到LTP的目視航段面，如圖2所示[2]。

圖2 最后進(jìn)近航段評估面Fig.2 Final approach segment obstacle assessment surface

由此可見，最后進(jìn)近航段中最核心的問題是確定最小超障余度（MOC），通常用垂直誤差分配（VEB）來表示。VEB隨程序設(shè)計(jì)確定的特定值而定：RNP值、LTP標(biāo)高（MSL）、從LTP到FAF的距離、垂直航徑角（VPA）、跑道入口基準(zhǔn)高（RDH）、最低溫度、坡度角、直線航段或RF航段[2-5]。

對于氣壓高度表和機(jī)組能力，可通過審定、批準(zhǔn)及訓(xùn)練來保證滿足該保護(hù)面的要求。

1.2.1 垂直航徑角（VPA）和跑道入口基準(zhǔn)高（RDH）

標(biāo)準(zhǔn)和最小的VPA都是3°。只有因障礙物的原因不適合使用3°VPA，或者運(yùn)行受最低可用溫度的限制時(shí)，可使用大于3°的下滑角。表2列出了不同航空器類型的允許最大下滑角，如果要求的下滑角大于航空器類型的最大允許角，不應(yīng)公布該類型航空器的OCA/H。如果跑道具有儀表著陸系統(tǒng)（ILS），用于同一跑道的RNP程序應(yīng)具有相同的RDH和下滑角值。如跑道無ILS但具有目視下滑坡度指示器（VGSI）系統(tǒng)，RNP程序的VPA應(yīng)盡量與VGSI的角度一致。如VGSI角度與VPA角度相差超過0.2°時(shí)，應(yīng)在進(jìn)近圖中予以說明。下滑角不應(yīng)使航空器下降率超過300 m/min（1 000 ft/min）

表2 最大VPATab.2Maximum VPA

1.2.2 可變的誤差

實(shí)際導(dǎo)航性能誤差（ANPE）。實(shí)際導(dǎo)航性能（ANP）取決于所需導(dǎo)航性能（RNP）。

RNP是由制造商保證飛機(jī)的實(shí)際位置在95%的時(shí)間里都將在指示的RNP范圍內(nèi)。即如果RNP為2 n mile（RNP2），那么95%的時(shí)間里飛機(jī)將在指示位置為圓心2 n mlie為半徑的圓內(nèi)。對于RNP0.1，該圓的半徑減至0.1 n mlie。為將95%RNP轉(zhuǎn)換為3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差（3σ），需乘以系數(shù) 1.225。盡管ANP可能優(yōu)于RNP，仍使用保守的RNP用來確定該誤差的垂直分量。通過VPA的正切值，水平位置誤差將轉(zhuǎn)換為垂直誤差。如式（1）所示（單位：m）

航路點(diǎn)分辨率誤差（WPR）。該誤差是垂直航徑定義誤差的分量，它的出現(xiàn)是因?yàn)楹铰伏c(diǎn)的指示位置和實(shí)際位置稍有些差別。水平位置誤差的保守估計(jì)值是18.3 m（60 ft），它是基于計(jì)算的坐標(biāo)分辨率，F(xiàn)MS數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)值和FMS的計(jì)算分辨率來確定的（單位：m）。

飛行技術(shù)誤差（FTE）。審定和批準(zhǔn)的飛行技術(shù)誤差值為 22.8 m（75 ft）。

高度測量系統(tǒng)誤差（ASE）。高度測量系統(tǒng)本身存在的誤差。ASE方程由制造商根據(jù)飛行測試數(shù)據(jù)提供。通常的靜壓源誤差由大氣數(shù)據(jù)慣性基準(zhǔn)組件（ADIRU）或大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)（ADC）來確定（m）

垂直角度誤差（VAE）。FMS確定VPA時(shí)產(chǎn)生的誤差，該誤差保守地估計(jì)為不超過0.01°（3σ）

終端自動(dòng)情報(bào)系統(tǒng)（ATIS）誤差。假定由于0.5 hPa誤差或0.02 in調(diào)定誤差為6.1 m（20 ft）。

1.2.3 偏移誤差

機(jī)體幾何誤差（BG）。根據(jù)下滑航徑與輪子的距離8 m固定值及坡度角和固定40 m（或指定的值）半翼展計(jì)算得出。直線航段為固定值8 m(26 ft)，曲線航段為

國際標(biāo)準(zhǔn)大氣溫度偏差（ISAD）。ISAD為偏移誤差，即所指示高度的非標(biāo)準(zhǔn)溫度的平均誤差不為0。在低于標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)，飛機(jī)實(shí)際高度將低于指示高度；而高于標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)，實(shí)際高度高于指示高度。使用下列公式計(jì)算因溫度偏差（ISAD）而導(dǎo)致的高度誤差

式中：ISAD為誤差量（ft）；h為LTP的平均海拔高度（ft）；Δh為高于 LTP 的高度（ft）；ΔISA 為與標(biāo)準(zhǔn)溫度的差值（℃）。

綜合以上信息，考慮各誤差因素可計(jì)算最小超障余度MOC、進(jìn)近障礙物超障面（OCS）斜率和OCS面的起點(diǎn)到LTP的距離，有

2 拉薩機(jī)場最后進(jìn)近航段MOC的確定

拉薩機(jī)場海拔高度3 570 m，高高原地區(qū)的氣象變化難以預(yù)測。強(qiáng)風(fēng)引起的揚(yáng)沙發(fā)展迅速，嚴(yán)重影響低高度的水平能見度，同時(shí)地形擾動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)力亂流，導(dǎo)致顛簸和風(fēng)切變。機(jī)場終端沒有雷達(dá)監(jiān)控，地面導(dǎo)航設(shè)備缺乏，進(jìn)離場實(shí)行程序管制并且使用同一航路，造成大量的延誤；機(jī)場附近的復(fù)雜地形、地貌限制了儀表飛行程序的設(shè)計(jì)，按照傳統(tǒng)儀表設(shè)計(jì)方法制定的進(jìn)離場程序，需要較大的程序設(shè)計(jì)梯度，甚至無法針對某些跑道設(shè)計(jì)儀表進(jìn)近、離場程序。之前在拉薩機(jī)場的應(yīng)急程序設(shè)計(jì)都是基于目視飛行氣象條件，從而導(dǎo)致高高原機(jī)場的著陸天氣標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于平原機(jī)場通常使用的天氣標(biāo)準(zhǔn)，這是影響正常運(yùn)行的主要因素。

考慮設(shè)計(jì)變量：ΔISA=-20℃；RNP=0.14；翼展半寬=68 ft；二倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的垂直飛行技術(shù)誤差假定為75 ft（FTE＝75 ft）；終端自動(dòng)情報(bào)服務(wù)（ATIS）二倍標(biāo)準(zhǔn)偏差高度表撥正的垂直誤差假定20 ft（ATIS＝20 ft）；假定最大坡度角為 18°（φ ＝ 18°）；精密最后進(jìn)近定位點(diǎn)高度（PFAF）為13 200 ft；著陸跑道入口點(diǎn)標(biāo)高（LTPelev）（LTPelev＝11 711 ft）；飛越入口高（RDH，RDH ＝55 ft）；下滑角 θ＝ 3°。

根據(jù)以上值進(jìn)行計(jì)算

溫度偏差為：

由于最后進(jìn)近航段為直線航段，因此BG=8（m）

根據(jù)MOCFAF處OCS面的高和MOC250可計(jì)算進(jìn)近障礙物超障面（OCS）斜率和OCS面的起點(diǎn)到LTP的距離為

3 最后進(jìn)近航段設(shè)計(jì)需考慮的其他因素

在進(jìn)行RNP AR的程序設(shè)計(jì)時(shí)，除需考慮側(cè)向保護(hù)、垂直保護(hù)、航空器類別和速度的限制、航空器的轉(zhuǎn)彎半徑、轉(zhuǎn)彎坡度之外，還應(yīng)當(dāng)考慮航空器設(shè)備的要求以及應(yīng)急程序等。

3.1 一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)失效返場程序設(shè)計(jì)

一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)失效返場程序的設(shè)計(jì)同樣受到地形和地面導(dǎo)航設(shè)施的限制，目前拉薩機(jī)場的一發(fā)失效程序基于目視飛行氣象條件，完全依賴飛行員目視飛行，要求很高的天氣標(biāo)準(zhǔn)。使用RNP/RNAV概念設(shè)計(jì)的一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)失效返場程序與現(xiàn)有的程序比較，具有明顯的優(yōu)勢。①RNP/RNAV運(yùn)行可以充分根據(jù)地形特征，設(shè)計(jì)任意的曲線航段，在拉薩機(jī)場沿河谷走向設(shè)計(jì)的一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)失效返場程序更加安全，這一功能是傳統(tǒng)儀表設(shè)計(jì)方法無法實(shí)現(xiàn)的；②RNP/RNAV一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)失效返場程序的設(shè)計(jì)可以依照儀表氣象條件，降低起降標(biāo)準(zhǔn)；③RNP/RNAV一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)失效返場程序的設(shè)計(jì)，不再僅僅依賴飛行員的人工操作，而是能夠充分利用自動(dòng)駕駛和飛行指引儀等機(jī)載設(shè)備，以顯著降低飛行員在發(fā)動(dòng)機(jī)失效后的工作強(qiáng)度，減少操縱失誤[1]。

3.2 飛行設(shè)備要求

RNP運(yùn)行所要求的設(shè)備是根據(jù)運(yùn)行的RNP類型來決定的。對RNP1和RNAV1而言，該設(shè)備要能在導(dǎo)航設(shè)備使用數(shù)據(jù)之前確認(rèn)其傳感器輸入的數(shù)據(jù)，并且能依據(jù)所使用的傳感器和滯后時(shí)間計(jì)算估計(jì)的位置誤差。對RNP2，4，10，12.6和20而言，規(guī)定的RNP1設(shè)備是理想狀況但不是必需的必備的。在水平方向上，飛行機(jī)組要能完全控制飛行以滿足要求。因此，RNP RNAV的功能設(shè)備必須包括通過飛行管理操縱顯示組件（FM CDU）飛行界面，反映導(dǎo)航、飛行計(jì)劃、告警功能和RNP值數(shù)據(jù)庫的基本的飛行顯示和機(jī)組告警系統(tǒng)。

在正常航班飛行實(shí)施進(jìn)近時(shí)，垂直剖面盡量不要高，在IAF點(diǎn)核實(shí)QNH的數(shù)值,檢查兩部指示上相差小于75 ft（局方要求是100 ft），以便在VIP點(diǎn)，F(xiàn)INAL APP接通在正確的垂直坡面上。在VIP點(diǎn)之前按壓APP，接通APP NAV方式，預(yù)位FINAL APP方式。類似于盲降，通過VIP點(diǎn)后，當(dāng)切入下滑坡面后，檢查FINAL APP方式接通，并調(diào)整好復(fù)飛高度。建立全形態(tài)最晚時(shí)機(jī)為13 700 ft，全形態(tài)建立后接通APU引氣。注意20 000 ft收放襟翼限制。

4 結(jié)語

依據(jù)RNP AR的儀表進(jìn)近程序設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行的最后進(jìn)近航段設(shè)計(jì)，可以降低地形復(fù)雜機(jī)場的起降天氣標(biāo)準(zhǔn)，使09L跑道的能見度標(biāo)準(zhǔn)由原來目視進(jìn)近的8 000 m減小到RNAV(RNP)進(jìn)近的5 000 m，降低決斷高度，減少備降返航的發(fā)生，提高飛行正常率，減小無效飛行。RNP進(jìn)近程序?qū)嵤┖螅?9L跑道也可以實(shí)現(xiàn)儀表進(jìn)近。

要求授權(quán)RNP進(jìn)近（RNP AR APCH）運(yùn)行規(guī)范適用于需要較高導(dǎo)航性能要求的機(jī)場進(jìn)近運(yùn)行，如地形復(fù)雜的機(jī)場，同時(shí)要求運(yùn)營人必須滿足額外的對飛機(jī)及機(jī)組的要求并獲得局方的運(yùn)行授權(quán)。要求授權(quán)RNP程序比其他區(qū)域?qū)Ш匠绦蚓邆涓蟮倪\(yùn)行及安全優(yōu)勢。通過采用更高的導(dǎo)航精度、完整性以及可控能力要求，將大大提高運(yùn)行安全性，降低可控撞地（CFIT）的風(fēng)險(xiǎn)。

[1]曾 明.RNP進(jìn)近方法的優(yōu)缺點(diǎn)[J].中國民用航空，2010（120）：31-34.

[2]中國民航局.要求授權(quán)的RNP儀表進(jìn)近程序設(shè)計(jì)手冊[G].中國民航局，2006.

[3]ICAO.ICAO Doc 9613，ICAO基于性能的導(dǎo)航技術(shù)手冊[G].2007.

[4]中國民用航空局.PBN的詳細(xì)介紹及其飛行程序設(shè)計(jì) [G].中國民用航空局，2007.

[5]ICAO.PBN RNP AR Design Manual，ICAO Doc 9905[S].2009.