RNP運行在“九寨—北京”航線上的優(yōu)勢研究

張炳祥，張 序，陳 琳，徐 馳，譚 力，侯 勇，陳 彬

1.中國民航大學 空中交通管理學院，天津 300300；2.中國國際航空股份有限公司運行控制中心西南分控中心 飛行簽派室，成都 610202；3.中國國際航空股份有限公司西南分公司 飛行部，成都 610202；4.中國國際航空股份有限公司培訓部 西南分部，成都 610202)

在過去幾十年里，中國民航依靠飛行人員精湛的技術、機務人員精心的維護和運行人員細心的保障，在成都一九寨等高原航線上保持了良好的安全飛行記錄。但是高原機場的運行難度還是給航空公司帶來了很多困難，為了更有效地保證高原飛行安全、提高經濟效益，2005年，國航在拉薩/貢嘎機場使用B757-200型飛機成功地完成了RNP試飛，為中國民航以后在高原機場實施RNP運行奠定了堅實的基礎。RNP的實施使得各航空公司在運行高原航線時能夠更加安全，更加高效。本文主要結合國航在實踐運行RNP程序的情況，根據(jù)其運行特點和機場特點分析RNP運行在九寨-北京航線上的應用，并與傳統(tǒng)運行程序相對比，總結出RNP運行在九寨-北京航線上的具體優(yōu)勢，為在高原機場和高原航線上RNP運行的提供借鑒。

1 RNP的基本概念

RNP即所需性能導航[1]是指在相應的導航基礎設施條件下，航空器在指定的空域內或者沿航路、儀表飛行程序飛行時對系統(tǒng)精確性、完好性、可用性、連續(xù)性以及功能等方面的性能要求，是一種導航方式。精度是指在指定空域或航路按照某類區(qū)域導航方式運行時，95%的飛行時間內橫向和縱向的總系統(tǒng)誤差必須(實際位置相當于期望位置的偏差)保持在一定的范圍內，例如實施RNP5運行時，精度要求95%的總飛行時間內橫向和縱向總系統(tǒng)誤差必須在正負5 NM之內，沿航跡誤差也必須在正負5 NM之內。完整性是指根據(jù)適航審定，航空器導航設備故障被規(guī)定為重大故障。連續(xù)性是指如果運營人可以轉用另一個不同的導航系統(tǒng)并飛往合適的機場，失去功能可以被歸為小故障?？捎眯允侵冈谥付w行計劃期間，運營人必須在某類區(qū)域導航運行期間沿途有足夠的，合適的導航設施提供良好的導航信號。

2 航線分析

2.1 北京—九寨航線的運行情況

國航向空管部門拍發(fā)的北京—九寨航線的領航計劃報如下：

(FPL-CCA4122-IS

-A319/M-SDE3FGHIRWYZ/LB1

-ZBAA0730

-K0849S0980 SOSDI W75 BEGRI W76 NONIT G212 EXUMI W135 NUGLA

G212 SUBUL H93 GYN H92 JZH

-ZUJZ0222 ZUUU

-PBN/A1B1D1L1O1S2T1 NAV/ABAS REG/B6227

EET/ZLHW0102 ZPKM0150

SEL/CGMR

RMK/ACAS II)

由報文可知航班總計飛行時間約為2小時22分鐘，備降場為成都，該公司使用A319飛機值飛，該飛機具備RNP運行的機載設備。國航九寨北京航線的具體飛行線路為“K0849S0980 SOSDI W75 BEGRI W76 NONIT G212 EXUMI W135 NUGLA G212 SUBUL H93 GYN H92 JZH”。

此外，由于機場地處高原，機場儲油能力不足，一般僅對航班提供補油。根據(jù)機場使用規(guī)定，由于機場地處高原地形復雜不接受備降；同時機場也不適合備降[3]。特別要注意的一點是由于國航九寨出港的航班后續(xù)銜接的航線有成都、重慶、北京、浦東和廣州，因此在成都起飛的油量有所不同，因此需要簽派員在放行過程中提示到機組油量的差異[4]，成都起飛的油量要求如下表1所示。

2.2 航班運行監(jiān)控

由于RNP運行依賴于星基導航，而衛(wèi)星的位置隨時間變化而變化，這就造成了ANP值隨時變化。衛(wèi)星位置的變動也就使得每天某一段時間RNP程序不能使用。如表2所示，九寨機場的進離程序RNP 0.3的可用時間為當天的0400到第二天的0300(UTC時)，除預測0806到0808(UTC時)這2分鐘不可用，而九寨機場的離場程序RNP 0.3預測在0806到0812(UTC時)這6分鐘之間是不可用的。因此在實際運行時應該避開此段時間。同時，由于ANP值是估計值，并存在計算誤差，所以可能在某一時段ANP值大于RNP值，當簽派員發(fā)現(xiàn)此情況時應當及時通知機長，提醒機組在進近過程中要特別注意該時間段的影響。

表1 九寨出港航線前一段成都起飛加油情況

表2 A319機型在九寨機場RNP使用的預測有效時段

2.3 RNP運行在九寨機場實施的要求

根據(jù)相關規(guī)定[5-6]，執(zhí)飛高原航線的機長要求完成相應的高原訓練，獲得相應的高原運行機長授權。高原機場運行的帶隊機長的年齡不超過55歲，需要RNP等特殊類型導航資格跟航路或區(qū)域上兩個航站之間擔任帶隊機長的飛行員應當在前12個月之內以局方認可的方式，證明其適應于該導航系統(tǒng)的使用?？团摮藙諉T必須完成相應的高原航線訓練，取得高原航線乘務飛行資格。簽派員要求具有相應的機型資格，完成高原航線簽派放行的訓練，取得高原航線簽派放行的資格。飛機上配備“多傳感器導航系統(tǒng)”設施，如GNSS(全球導航衛(wèi)星系統(tǒng))，GPS(全球定位系統(tǒng)),FMS(飛行管理系統(tǒng))，IRS(慣性基準系統(tǒng))，VOR,DME滿足飛機執(zhí)行RNP運行所需要的要求，使得飛機在飛行的任何時候都滿足ANP(實際導航性能)小于RNP(所需導航性能)的要求有相應的應急程序[7]，使得飛機在設備故障或因其他原因不能進行RNP運行時，能夠立即使用傳統(tǒng)飛行程序，從而保證飛機飛行的安全。制定了相應的一發(fā)失效飄降和座艙釋壓等程序。

2.4 RNP運行在九寨機場實施的情況和具體優(yōu)勢

2.4.1 RNP在九寨機場運行后的優(yōu)勢概述

RNP運行在九寨機場實施后，成功的解決了02號跑道不能起飛和落地標準過高的問題，降低了飛機離場和復飛時所需要的梯度，增加了飛機的業(yè)載；另一方面，RNP程序的航跡相比傳統(tǒng)程序更安全，能夠通過精密的導航性能來避開主要障礙物，提高飛行的安全水平；RNP運行還解決了單發(fā)情況下，飛機越障安全裕度小的問題，可以實現(xiàn)安全的起飛和從任意航路點的復飛；由于RNP運行使得九寨機場可以雙向運行，20號跑道經常出現(xiàn)的順風超標問題也被成功解決，提高了機場的利用率，同時也提高了航空公司的航班正常率，提升了公司的效益。

RNP程序與傳統(tǒng)導航程序相比有這些優(yōu)勢的主要原因有：與傳統(tǒng)導航程序相比，RNP程序的保護區(qū)(障礙物評估區(qū))明顯減小；飛機能夠運用自身高精度的導航設施實現(xiàn)在某一空域的靈活飛行，可以在保證安全的情況下沿任意路徑飛行，而不用依賴地面導航設施，因此可以靈活避開障礙物，從而減小所需要的爬升梯度；飛機還可以依靠自身機載系統(tǒng)提供垂直引導(如Baro-VNAV)，減少飛機梯級下降，甚至實現(xiàn)連續(xù)下降(CDA)減小飛行員負荷，從而減小可控飛行撞地(CFIT)。

2.4.2 航線直飛優(yōu)勢

長期以來飛往九寨的航班都需要經停成都，因此航空公司通常將旅客都集中在成都雙流機場后，再飛往九寨機場。這樣大大增加了旅客的出行時間，降低了飛機的使用率。一般情況下北京飛往成都的航班飛行時間為2小時左右，而成都飛往九寨的時間為40分鐘左右；而北京直飛九寨的飛行時間為2小時20分鐘。如果經停成都，僅僅飛行時間就多出了20分鐘。而在實際運行中，經停的航班還必須滿足過站時間的要求。61～150客座的飛機需要滿足的最小過站時間為50分鐘。如國航A319值飛京-蓉-寨航線，就需要在成都的過站時間至少50分鐘。僅此算來，直飛九寨就比經停成都節(jié)省了70分鐘的時間。如果再考慮到成都雙流機場為我國繁忙機場之一，航路量大，流控嚴重，那么節(jié)省的時間將不僅僅是70分鐘。

與直飛的航班相比，經停成都后飛往九寨的航班所攜帶的油量幾乎相同卻將多經歷一次起飛和爬升，這將使得飛機的維護成本，特別是發(fā)動機的維護成本大大提高。與此同時如果直飛航班能夠選擇最佳高度飛行，那么將節(jié)省大量油量。

2.4.3 RNP程序的障礙物評估區(qū)小

RNP程序障礙物評估區(qū)(保護區(qū))較小。由于地面導航設施無線電信號的特性，傳統(tǒng)飛行程序的保護區(qū)呈發(fā)散狀[8]。以VOR作航跡引導為例，它的保護區(qū)會以7.8度的角度進行擴散，距離導航臺越遠，保護區(qū)的寬度就越大，所需要評估的障礙物就越多。特別是在考慮轉彎時的保護區(qū)時，要考慮定位誤差、飛行操作誤差和風的影響等，它的保護區(qū)會更大。RNP飛行程序保護區(qū)的寬度是固定的，為標稱航跡左右兩倍的RNP值。

以九寨機場運行的RNP-AR為例，局方批準的精度為0.3海里，即RNP0.3，它的障礙物評估區(qū)的寬度為標稱航跡左右各0.6海里，保護區(qū)總寬度為1.2海里。而在傳統(tǒng)程序中，當VOR臺作為IF點時，考慮到過臺誤差，IF點的起始保護區(qū)半寬也有1海里，即保護區(qū)總寬度為2海里，此后還會以一定的角度擴大，顯然傳統(tǒng)程序的保護區(qū)總寬度必然大于RNP 0.3運行時1.2海里的總寬度。此外，RNP飛行程序在轉彎時的保護區(qū)寬度仍然為兩倍的RNP值；而傳統(tǒng)程序中，轉彎時的保護區(qū)需要擴大。保護區(qū)寬度的減小意味著所需要評估的障礙物的減少，也就意味著飛機可能能以更低的高度飛行，更小的梯度爬升，也就能裝載更多的業(yè)載。

2.4.4 RNP程序航跡設計靈活

由于RNP運行不依賴于地面導航設施，因此也就不受導航設施較少，導航信息覆蓋范圍和地形對信號屏蔽的影響；同時可以根據(jù)需要在飛機性能允許的情況下設計任意的轉彎航跡，選擇最佳的地形進行飛行，引導飛機從側方繞過障礙物，而不用使用大梯度爬升來飛越障礙物。也正因為這樣，RNP飛行程序的離場和復飛爬升梯度遠遠小于傳統(tǒng)儀表飛行程序的設計梯度。RNP程序在九寨機場的運行能使飛機成功的避開機場周圍的高山。九寨機場北端凈空條件差，在進行傳統(tǒng)程序運行時，有標高很高的障礙物在保護區(qū)范圍內，如果使用02 號跑道起飛，將需要極大的爬升梯度，考慮到飛機性能在高原機場大幅衰減的情況下，這是極不安全也是不可能實現(xiàn)的。障礙物的存在也使得02號跑道的落地標準極高，需要晝間且能見度極好的情況下才能落地，因此在實際運行中，很少有航空公司使用02號跑道落地。RNP程序的運行成功的解決了九寨機場02號跑道不能起降的問題，實現(xiàn)了九寨機場的雙向起降。由于使用RNP程序飛行可以避開02號跑道前的障礙物，起飛時所要求的梯度大大減??；另外能夠繞主要開障礙物也使得02號跑道可以實現(xiàn)飛機的安全落地。障礙物評估區(qū)的減小，也使飛機能夠下降到更低的高度，02號跑道的著陸標準也因此大大降低，減少了航班在低能見度，低云情況下的復飛，返航或備降的情況。九寨機場實現(xiàn)雙向起降后，從根本上解決長期以來20號跑道順風超標的問題，使得空管部門能夠根據(jù)機場的風向選擇合適的跑道起飛。我們都知道逆風能增加飛機的升力，對飛機的飛起著陸是有利的，能在九寨機場選擇逆風起降將能提高飛機起飛著陸的安全性。

2.4.5 RNP程序是有垂直引導的非精密進近

使用氣壓式垂直導航來提供垂直引導。傳統(tǒng)程序分為精密進近和非精密進近兩大類，非精密進近不能提供垂直引導，在我國常見的非精密進近有VOR/DME進近，NDB/DME進近等；精密進近能夠提供垂直引導，在我國普遍使用ILS程序作為精密進近。無論是精密進近還是非精密進近都受到地面導航設施的限制，而RNP運行可以依靠自身的機載設備在最后進近階段使用氣壓垂直引導(Baro-VNAV)來提供引導，因此飛行員可以利用自動駕駛或飛行指引系統(tǒng)駕駛飛機到跑道頭。傳統(tǒng)程序中的非精密進近由于飛機不能獲得垂直引導，在建立目視參考以后需要飛行員選擇合適的下滑角或下滑率，一旦操作不當很可能使飛機高度下降過大，造成近地警告而復飛，甚至撞地；下降率過小又可能使飛機在跑道中后端接地而沖出跑道，造成人員和飛機的損失。RNP運行時，飛機能按照固定角度下降，對準跑道中心線和跑道頭并以穩(wěn)定的速度進近，這樣更加安全且對飛行員負荷更小。與ILS進近不同，RNP程序的固定下滑角度是由飛機的機載設備計算并提供的，而ILS進近是通過地面導航設施提供下滑道來實現(xiàn)的，因此我們可以把RNP進近稱為有垂直引導的非精密進近。此外，RNP程序運行可以使飛機由開始下降點(TOD點)或IAF點之前某處便以固定下滑角下滑實現(xiàn)連續(xù)下降(CDA)或實現(xiàn)連續(xù)下降最后進近(CDFA)。連續(xù)下降與梯級下降相比對飛行員的負荷更小，且更加省油，但目前實施連續(xù)下降還存在諸多問題需要解決。

2.4.6 RNP運行的應急程序

RNP程序還使得一發(fā)失效后的應急程序更加安全。在高高原機場此類飛機性能大幅降低，凈空條件很差的機場，原本設計的標準進離場程序，復飛程序已經選擇了最佳的航線來盡量避開障礙物，但即使如此，所要求的爬升梯度仍然很大。因此按照傳統(tǒng)程序已經很難再設計出一發(fā)失效的應急程序，或者設計出的程序安全裕度較小。RNP程序設計的一發(fā)失效應急程序能夠繞開障礙物，減小了地形對障礙物的影響，降低了對飛機性能的要求，為飛行安全提供了保障。最后，RNP運行從系統(tǒng)上提高了運行的安全性。RNP運行要求各有關方面的有機結合，包括飛機的適航認證，機組的飛行訓練(理論和實踐)，簽派員的培訓，空中交通管制員的培訓，運行質量監(jiān)督等各個方面。從系統(tǒng)上保證RNP運行的安全，使發(fā)生飛行事故的風險降到最低。

3 結論

本文對RNP運行在九寨—北京航線上的優(yōu)勢進行了分析和研究。RNP是根據(jù)航空器自身先進的導航設備發(fā)展出來的一種先進導航方式，其優(yōu)點在于能夠靈活地設計航路，使航空器在保證安全的情況下沿任意路徑飛行，從而提高空域的容量，縮短飛行路徑。RNP運行要求飛機在飛行的95%的時間內位置偏差都在RNP值以內。與RNP對應的是ANP(實際導航性能)，它是當前飛機實際所具備的導航性能，RNP運行要求ANP值在飛行的任何時候都小于RNP值。ANP值是隨時變動的，它與衛(wèi)星所在的位置等條件有關，機組可以通過飛行管理計算機實時監(jiān)控到ANP的值。在本文中，九寨機場實施的RNP運行是指RNP AR APCH運行，它是要求局方授權的一種RNP運行程序，具體的RNP值為0.3海里。由于高高原機場海拔高空氣密度低，造成了飛機性能在高高原機場的大幅衰減，在相同表速情況下，真空速變大，因此在高高原機場起降需要更長的距離。九寨機場凈空條件也較差，周圍都是高山。在傳統(tǒng)程序中，為了保證飛行安全，滿足超障要求，在九寨機場起飛往往要求很大的爬升梯度，這一爬升梯度的要求直接限制了飛機的起飛重量，并使機場02號跑道在實際運行中不能使用，造成了九寨機場航班不正常率很高。RNP運行在九寨機場的實施主要解決了02號跑道不能起降的問題，并增加了航班在九寨機場運行的業(yè)載。02號跑道前方有障礙物，起飛時，傳統(tǒng)程序中要求很大的爬升梯度才能滿足越障要求，考慮到飛機性能的衰減，這幾乎是不可能實現(xiàn)的。也因為02號跑道障礙物的限制，在使用02號跑道降落時最低下降高度/決斷高度很高，能見度要求也很高，考慮到九寨機場氣象多變的因素，使得各航空公司在實際運行時基本不使用02號跑道落地。由于RNP程序能靈活設計航路，使得RNP程序在九寨機場的運行可以讓飛機避開障礙物；同時由于RNP程序需要的障礙物評估區(qū)更小，需要評估的障礙物也更少，飛機將可能下降到更低的高度，RNP程序也因此降低了九寨機場運行標準，使得飛機在02號跑道起降時也符合各項安全標準。九寨機場因為RNP程序實現(xiàn)了雙向運行，雙向運行使得機場標準得以降低。降低的標準將直接轉換成各航空公司的效益，起飛時要求的梯度小意味著航空公司可以增加業(yè)載，即可以裝更多的旅客和貨物，而起飛和著陸標準的降低將大大提升九寨機場的航班正常率，從而增加航空公司的效益。九寨機場的雙向起降也直接從根本上解決了時常出現(xiàn)的順風超標問題。由于氣象原因，九寨機場20號跑道時常出現(xiàn)順風超標的情況，在只能使用20號跑道起降時，機場不得不選擇關閉，實現(xiàn)雙向運行后，20號跑道的順風意味著02號跑道的逆風，而逆風起降是最有利的，所以九寨機場也因為RNP運行成功解決了順風超標的問題。RNP程序還有其他好處，例如設計出的一發(fā)失效后離場的程序將更安全，RNP運行還可以減輕飛行管制員的負荷，更加環(huán)保，也更加節(jié)省油量等。

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