新支線飛機(jī)RNAV飛行操作程序的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證①

劉波 李建國(guó) 貝亮

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.22.007

摘 要：區(qū)域?qū)Ш剑≧NAV）是一種先進(jìn)的飛行運(yùn)行方式，具備RNAV能力的民用飛機(jī)可以充分發(fā)揮機(jī)載設(shè)備性能，降低飛機(jī)對(duì)導(dǎo)航臺(tái)的依賴，減少飛行時(shí)間，降低燃油消耗，減小空管負(fù)擔(dān)，增加空域容量，提高航空公司的運(yùn)行效益。該文結(jié)合新支線飛機(jī)為滿足交付用戶運(yùn)行RNAV的需求，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)RNAV程序和驗(yàn)證RNAV程序進(jìn)行了概括性的論述，探討了如何編制質(zhì)量合格和滿足適航運(yùn)行要求的RNAV飛行操作程序，希望對(duì)后續(xù)其他大型客機(jī)的運(yùn)行操作程序編制具有借鑒和指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：區(qū)域?qū)Ш?RNAV 飛行操作程序 程序設(shè)計(jì) 驗(yàn)證

中圖分類號(hào)：R95 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）08（a）-0007-05

國(guó)際民航組織（ICAO）提出了基于性能的導(dǎo)航（PBN）的概念和標(biāo)準(zhǔn)，作為飛行運(yùn)行和導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展的基本指導(dǎo)準(zhǔn)則。PBN將一系列不同的導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用歸納到一起，涵蓋了從航路到進(jìn)近著陸的所有飛行階段。其目的是為了充分利用現(xiàn)代航空器機(jī)載設(shè)備和導(dǎo)航系統(tǒng)，提供全球一致的適航要求和運(yùn)行批準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。RNAV1和RNAV2是ICAO PBN導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用的一種，一般用于有雷達(dá)監(jiān)視和直接陸空通信聯(lián)系的航路和終端區(qū)飛行。RNAV1和RNAV2對(duì)航空器的適航要求是相同的，對(duì)運(yùn)行要求有所區(qū)別。

1 RNAV概述

區(qū)域?qū)Ш剑≧NAV）是一種先進(jìn)的飛行運(yùn)行方式，它可以使航空器在導(dǎo)航信號(hào)覆蓋范圍之內(nèi)，或在機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備的能力限制之內(nèi)，或二者的組合，沿任意期望的航徑飛行[1]。因此它可以充分發(fā)揮機(jī)載設(shè)備性能，減少飛行時(shí)間，降低燃油消耗，降低飛機(jī)對(duì)導(dǎo)航臺(tái)的依賴，減小空域管理的負(fù)擔(dān)，增加空域容量，提高運(yùn)行效益。正因?yàn)镽NAV的這種先進(jìn)性，使得它對(duì)運(yùn)行條件、機(jī)載設(shè)備、運(yùn)行程序和參與運(yùn)行的人員都有比傳統(tǒng)導(dǎo)航方式較高的要求。因此，航空公司實(shí)施RNAV運(yùn)行，必須按照局方的相關(guān)咨詢通告的要求進(jìn)行適航和運(yùn)行評(píng)估，以確認(rèn)自己在設(shè)備和人員方面具有實(shí)施這一運(yùn)行的能力，并通過(guò)局方審定，獲得適航和運(yùn)行批準(zhǔn)，并附相應(yīng)的運(yùn)行規(guī)范。

根據(jù)中國(guó)民航《基于性能的導(dǎo)航實(shí)施路線圖》，我國(guó)在中期（2013—2016）實(shí)現(xiàn)PBN全面應(yīng)用，遠(yuǎn)期（2017—2025）實(shí)現(xiàn)PBN與通訊導(dǎo)航監(jiān)控/空中交通管理的系統(tǒng)整合[2]。根據(jù)中期的運(yùn)行目標(biāo)分析，新研制的民用飛機(jī)必需具備航路RNAV-2或RNP-2，終端區(qū)RNAV-1或RNP-1，使用BARO-VNAV的RNP進(jìn)近能力。

作為我國(guó)第一款新研制的渦扇噴氣式支線飛機(jī)——新支線飛機(jī)在TC（型號(hào)合格證）取證期間，飛機(jī)進(jìn)行了相關(guān)設(shè)備及飛機(jī)功能的驗(yàn)證，但是還不能滿足航空公司進(jìn)行RNAV運(yùn)行時(shí)的操作程序要求。為滿足這一要求，需要根據(jù)機(jī)型特點(diǎn)，組織相關(guān)人員對(duì)航空公司的運(yùn)行要求和飛機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析，編寫RNAV飛行操作程序并進(jìn)行RNAV試飛驗(yàn)證。

1.1 RNAV和傳統(tǒng)導(dǎo)航方式的區(qū)別

傳統(tǒng)的飛行程序都是基于地面導(dǎo)航臺(tái)站運(yùn)行，需要逐一飛過(guò)導(dǎo)航臺(tái)。飛行具有如下一些難以克服的缺陷：航段繁多，航線無(wú)法最優(yōu)化；無(wú)法實(shí)現(xiàn)空間利用最大化；臺(tái)站維護(hù)成本高且無(wú)法實(shí)現(xiàn)高精度導(dǎo)航。

RNAV飛行操作程序則是操作飛機(jī)通過(guò)星基導(dǎo)航來(lái)進(jìn)行航跡規(guī)劃，通過(guò)飛越航路點(diǎn)飛行。它完全不受任何地面導(dǎo)航設(shè)施的影響，能夠有效突破空域限制，及時(shí)規(guī)避障礙物，可以一種更加靈活而安全的方式進(jìn)行飛行。RNAV飛行操作程序使用的導(dǎo)航源定位精度一般非常高，而且定位性能基本恒定。因此使用RNAV程序不但可使飛行距離縮短，經(jīng)濟(jì)效益明顯提升，還可以輕松地實(shí)現(xiàn)平行航路的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)有限空域利用的最大化。同時(shí)，RNAV飛行航跡更加簡(jiǎn)潔，可以有效減輕飛行員和管制員的負(fù)擔(dān)。具備RNAV運(yùn)行能力的飛機(jī)將會(huì)大大降低飛機(jī)對(duì)導(dǎo)航臺(tái)的依賴，將會(huì)顯著減少地面設(shè)施成本。RNAV和傳統(tǒng)導(dǎo)航方式示意圖如圖1所示。

1.2 RNAV飛行操作程序和飛行程序的區(qū)別

程序是為達(dá)到特定目的而制定的，具有固定順序的動(dòng)作和/或決策的邏輯序列。對(duì)于民用飛機(jī)主制造商來(lái)說(shuō)，具體機(jī)型的飛行操作程序就是機(jī)組操作飛機(jī)最佳實(shí)踐的組合，是用于向用戶提供的標(biāo)準(zhǔn)操作依據(jù)。這里需要重點(diǎn)說(shuō)明一下飛行操作程序設(shè)計(jì)和飛行程序設(shè)計(jì)的區(qū)別。

飛行機(jī)組操作程序設(shè)計(jì)開發(fā)的目的是為機(jī)型提供安全、準(zhǔn)確、高效和方便的飛行操作說(shuō)明，為飛行機(jī)組在飛機(jī)正常、非正常及緊急情況下操作飛機(jī)執(zhí)行飛行任務(wù)提供指導(dǎo)。操作程序開發(fā)的依據(jù)是飛機(jī)（尤其是駕駛艙）設(shè)計(jì)理念，各系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理，相關(guān)民航規(guī)章要求類似型號(hào)機(jī)組操作程序，航空事故調(diào)查數(shù)據(jù)，制造商和運(yùn)營(yíng)人政策等[3]。該文所提的飛行操作程序正是針對(duì)飛機(jī)主制造商的飛機(jī)機(jī)型特點(diǎn)量身定做的操作程序。

而飛行程序設(shè)計(jì)就是為航空器設(shè)定其在終端區(qū)內(nèi)起飛或下降著陸時(shí)使用的飛行路線[4]，是為機(jī)場(chǎng)和導(dǎo)航設(shè)施的建設(shè)工程提供必需的和工程主要決策依據(jù)的航行技術(shù)服務(wù)，以及為空中交通運(yùn)輸和空中交通管制服務(wù)提供法定的飛行和管制必需的技術(shù)依據(jù)[5]。設(shè)計(jì)飛行程序的目的是保證航空器在機(jī)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)按規(guī)定程序安全而有秩序地飛行，避免在起飛離場(chǎng)和進(jìn)近著陸的過(guò)程中，航空器與地面障礙物、航空器與航空器之間相撞。

由上述的定義描述可知，飛行操作程序與飛行程序的使用方還是有很大區(qū)別的，飛行操作程序主要是提供給航空公司的飛行員使用，飛行程序則是具有通用性，除了可以供飛行員參考外，更主要的是提供給機(jī)場(chǎng)以及導(dǎo)航設(shè)施建設(shè)方，以及空中交通管制方使用和作為技術(shù)服務(wù)依據(jù)。該文所提的RNAV程序設(shè)計(jì)僅僅是指供飛行員直接操作飛機(jī)使用的飛行操作程序。

2 RNAV飛行操作程序的設(shè)計(jì)

為編制滿足新支線飛機(jī)特點(diǎn)和航空公司運(yùn)行要求的RNAV程序，根據(jù)《在航路和終端區(qū)實(shí)施RNAV1和RNAV2的運(yùn)行指南》中的相關(guān)要求，對(duì)新支線飛機(jī)的RNAV程序初步設(shè)計(jì)為如下4個(gè)部分：第一部分需給出RNAV運(yùn)行時(shí)的最低設(shè)備要求；第二部分給出RNAV運(yùn)行系統(tǒng)精度的檢查方法；第三部分給出RNAV運(yùn)行時(shí)機(jī)組正常操作程序（飛行前、起飛后、進(jìn)近準(zhǔn)備）；第四部分給出RNAV應(yīng)急程序。

2.1 RNAV對(duì)機(jī)載設(shè)備要求

RNAV有對(duì)機(jī)載設(shè)備的最低要求。RNAV涉及的航電系統(tǒng)包括飛行管理系統(tǒng)（FMS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、測(cè)距器（DME）、大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)（ADS）、慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)（IRS）、顯示系統(tǒng)等多方面。

對(duì)新支線飛機(jī)來(lái)說(shuō)，F(xiàn)MS為RNAV的計(jì)算核心。在飛機(jī)進(jìn)行RNAV運(yùn)行時(shí)，必須以FMS作為導(dǎo)航源。FMS接收GPS、DME、ADS、IRS等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算位置不確定性估計(jì)（EPU）和橫向偏差（XTK），在EPU大于規(guī)定的 RNAV值時(shí)，提供告警信息。GPS導(dǎo)航模式為飛機(jī)進(jìn)行 RNP運(yùn)行時(shí)FMS最主要、最優(yōu)先選用的導(dǎo)航傳感器模式。

RNAV飛行中FMS的導(dǎo)航模式優(yōu)先順序?yàn)镚PS→DME/DME→IRS。RNAV1和RNAV2運(yùn)行過(guò)程中，如果GPS可用，則主用GPS導(dǎo)航模式，如果GPS導(dǎo)航模式失效，F(xiàn)MS可以使用DME/DME/IRS導(dǎo)航模式。在終端區(qū)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)GPS、DME均不可用時(shí)，F(xiàn)MS會(huì)使用IRS導(dǎo)航模式進(jìn)行位置解算。

電子飛行儀表系統(tǒng)（EFIS）為RNAV運(yùn)行時(shí)的顯示部件，將顯示RNAV飛行計(jì)劃、橫向偏差、飛行階段字符、告警等信息。新支線飛機(jī)進(jìn)行RNAV1和RNAV2運(yùn)行的最小設(shè)備清單，詳見表1。

2.2 RNAV運(yùn)行系統(tǒng)精度的檢查方法

系統(tǒng)精度檢查，通過(guò)按壓駕駛艙中央操作臺(tái)上CDU中的PROG按鍵和NEXT按鍵，CDU上將顯示PROGRESS2/2頁(yè)面比較EPU值和要求的RNP值。RNAV1要求在95%的飛行時(shí)間內(nèi)，總系統(tǒng)誤差不超過(guò)1 NM；RNAV2要求在95%的飛行時(shí)間內(nèi)，總系統(tǒng)誤差不超過(guò)2 NM[1]。對(duì)于新支線飛機(jī)，當(dāng)AP接通時(shí)，總系統(tǒng)誤差等于EPU值；當(dāng)AP不接通時(shí)，飛行員應(yīng)確定橫向偏差指示器上橫向偏離刻度和與航路或飛行程序的導(dǎo)航精度要求相匹配。

2.3 RNAV運(yùn)行時(shí)機(jī)組操作程序設(shè)計(jì)

2.3.1 飛行前

獲得ATC發(fā)布的RNAV程序運(yùn)行許可。確認(rèn)導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫(kù)是當(dāng)前可用的-在CDU上STATUS頁(yè)面核實(shí)日期有效。確認(rèn)接收到GPS信號(hào)，GPS核實(shí)可用。初始化FMS位置，并核對(duì)位置信息正確。飛行計(jì)劃輸入RNAV DP程序，并確認(rèn)DP程序與航圖描述的航路以及指定的航路一致。無(wú)線電導(dǎo)航調(diào)諧模式設(shè)定為AUTO模式。VOR/DME USE抑制。PF導(dǎo)航源選擇FMS作為導(dǎo)航源。

需要注意的事項(xiàng)：在公布航路上的全部航路點(diǎn)都已加入的前提下，允許根據(jù)ATC的許可指令，從數(shù)據(jù)庫(kù)中通過(guò)插入或刪除指定的航路點(diǎn)來(lái)修改航路。不允許通過(guò)人工輸入經(jīng)緯度坐標(biāo)或用距離/方位方式輸入或創(chuàng)建一個(gè)新的航路點(diǎn)。

2.3.2 起飛后

橫向?qū)Ш侥Ｊ剑∟AV）選擇，自動(dòng)駕駛儀（AP）按需接通，導(dǎo)航精度檢查——按壓CDU中的PROG按鍵和NEXT按鍵，顯示PROGRESS 2/2頁(yè)面比較EPU值和要求的RNP值。這里需要注意的是：飛行員必須在500 ft以下接通橫向?qū)Ш侥Ｊ剑∟AV），建議在條件允許的情況下，盡早接通LNAV。這是新支線飛機(jī)的機(jī)型特點(diǎn)，必需嚴(yán)格遵守執(zhí)行。

2.3.3 進(jìn)近準(zhǔn)備

飛行計(jì)劃輸入STAR程序并確認(rèn)檢查，PF一側(cè)的導(dǎo)航源確認(rèn)為FMS，自動(dòng)駕駛儀確認(rèn)接通，橫向?qū)Ш侥Ｊ剑↙NAV）確認(rèn)接通，導(dǎo)航精度檢查確認(rèn)。

2.4 RNAV應(yīng)急程序

飛行員必須將遇到的任何RNAV能力丟失的情況及時(shí)通知ATC，同時(shí)報(bào)告擬采取的措施。如果不能滿足RNAV運(yùn)行要求，飛行員必須盡快通知ATC。

一旦出現(xiàn)通信失效，機(jī)組應(yīng)按照公布的通信失效程序繼續(xù)執(zhí)行RNAV程序。應(yīng)急程序中應(yīng)給出關(guān)鍵設(shè)備項(xiàng)失效后的操作程序，例如要給出GPS導(dǎo)航精度降級(jí)、FMS失效、FD失效等的處置措施。

3 RNAV飛行操作程序的驗(yàn)證

3.1 RNAV試飛驗(yàn)證規(guī)劃

RNAV飛行機(jī)組操作程序是根據(jù)AC-91-FS-2008-09中有關(guān)RNAV機(jī)組操作程序并結(jié)合新支線飛機(jī)的實(shí)際特點(diǎn)編制而成。根據(jù)AC-91-24對(duì)飛行操作程序的驗(yàn)證要求[6]，對(duì)編制的RNAV程序進(jìn)行了如下的試飛驗(yàn)證規(guī)劃，詳見表2。

3.2 RNAV程序驗(yàn)證流程圖

RNAV程序驗(yàn)證流程圖如下圖2所示。

3.3 RNAV運(yùn)行空域總體要求

在終端區(qū)（RNAV1）運(yùn)行時(shí)，要求雷達(dá)全程有效覆蓋；管制員與飛行員全程通信；有公布的RNAV進(jìn)場(chǎng)、離場(chǎng)、進(jìn)近程序；確定和協(xié)調(diào)該空域的可用性。

在航路（RNAV2）運(yùn)行時(shí)，要求在8 400 m以上；管制員與飛行員全程通信；理論上雷達(dá)全程有效覆蓋。

3.4 RNAV飛行計(jì)劃

根據(jù)驗(yàn)證規(guī)劃，共需試飛3架次，分別如下。

第一段從銀川河?xùn)|機(jī)場(chǎng)起飛降落至蘭州中川機(jī)場(chǎng)（RNAV正常程序）。計(jì)劃從銀川機(jī)場(chǎng)RW21跑道起飛，降落至蘭州機(jī)場(chǎng)RW18跑道。共經(jīng)過(guò)5個(gè)定位點(diǎn)，375 NM。全程預(yù)計(jì)1 h左右，整個(gè)航路如圖3所示。

第二段從蘭州中川機(jī)場(chǎng)起飛降落至西寧曹家堡機(jī)場(chǎng)（RNAV正常程序）。計(jì)劃從蘭州機(jī)場(chǎng)RW18跑道起飛，降落至西寧機(jī)場(chǎng)RW11跑道。共經(jīng)過(guò)5個(gè)定位點(diǎn)，175 NM。全程預(yù)計(jì)40 min左右，整個(gè)航路如圖4所示。

第三段從西寧曹家堡機(jī)場(chǎng)起飛降落至銀川河?xùn)|機(jī)場(chǎng)（模擬導(dǎo)航降級(jí)程序）。計(jì)劃從西寧機(jī)場(chǎng)RW11跑道起飛，降落至銀川機(jī)場(chǎng)RW21跑道。共經(jīng)過(guò)7個(gè)定位點(diǎn)，485.5 NM。全程預(yù)計(jì)1 h20 min左右，整個(gè)航路如圖5所示。

3.5 執(zhí)行RNAV真機(jī)試飛驗(yàn)證

起飛前按照RNAV飛行機(jī)組操作程序的要求進(jìn)行飛行前準(zhǔn)備。

起飛后，執(zhí)行起飛機(jī)場(chǎng)的RNAV1離場(chǎng)程序。

在航路飛行階段，按照RNAV2飛行過(guò)程中需檢查確認(rèn)CDUPROGRESS頁(yè)面上顯示的RNAV/RNP值為2。在RNAV2階段進(jìn)行導(dǎo)航模式的模擬降級(jí)，按照RNAV應(yīng)急程序的要求，檢查相關(guān)告警和導(dǎo)航模式的切換。

進(jìn)近前按照RNAV飛行機(jī)組操作程序的要求進(jìn)行進(jìn)近前準(zhǔn)備，執(zhí)行降落機(jī)場(chǎng)的RNAV1進(jìn)場(chǎng)程序，直至截獲盲降LOC信號(hào)。

3.6 驗(yàn)證評(píng)估和結(jié)論

新支線飛機(jī)于2016年6月從寧夏銀川機(jī)場(chǎng)起飛，經(jīng)過(guò)銀川—蘭州、蘭州—西寧、西寧—蘭州、蘭州—銀川等4個(gè)航段近1 d的飛行驗(yàn)證，順利完成了RNAV程序驗(yàn)證試飛任務(wù)。此次試飛共驗(yàn)證完成了RNAV離場(chǎng)、進(jìn)近、航路和導(dǎo)航性能降級(jí)4項(xiàng)RNAV飛行程序任務(wù)。其中根據(jù)RNAV試飛要求：RNAV1離場(chǎng)和進(jìn)場(chǎng)程序執(zhí)行了兩次，RNAV2航路模擬降級(jí)程序執(zhí)行了1次，RNAV2航路正常飛行程序執(zhí)行了兩次。

機(jī)組根據(jù)上述驗(yàn)證情況，及時(shí)填寫了程序結(jié)論為“通過(guò)”的程序驗(yàn)證記錄單，同時(shí)機(jī)組根據(jù)驗(yàn)證評(píng)述表也給出了RNAV飛行操作程序設(shè)計(jì)合理的最終評(píng)價(jià)。至此，標(biāo)志著設(shè)計(jì)完成的RVAV飛行操作程序可以加入到飛行機(jī)組操作手冊(cè)中成為正式可交付用戶使用的運(yùn)行操作程序。

4 結(jié)語(yǔ)

和執(zhí)行傳統(tǒng)儀表飛行程序的飛機(jī)相比，具有區(qū)域?qū)Ш焦δ懿⑼瑫r(shí)提供了RNAV程序的各機(jī)型在役飛機(jī)，利用先進(jìn)的RNAV導(dǎo)航方法，可徹底擺脫對(duì)地面導(dǎo)航臺(tái)的束縛和依賴，航空公司也可靈活地設(shè)計(jì)基于航路點(diǎn)的公司級(jí)飛行計(jì)劃，充分利用航線的空域資源，顯著提高航空公司的運(yùn)行效率，對(duì)航空公司的經(jīng)濟(jì)效益和安全性貢獻(xiàn)明顯。該文正是通過(guò)開展基于新支線飛機(jī)機(jī)型特點(diǎn)的RNAV飛行操作程序設(shè)計(jì)工作并成功組織實(shí)施RNAV真機(jī)試飛驗(yàn)證工作，不僅證明了新支線飛機(jī)具備RNAV運(yùn)行的能力，也可向用戶提供能真正用于實(shí)際航線運(yùn)行使用的RNAV飛行操作程序。

參考文獻(xiàn)

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