終端區(qū)航空器連續(xù)下降進近原理分析

張加林

摘 要：民航吞吐量的增長，民航飛機飛行過程中的能源浪費和環(huán)境污染問題也日益顯著。傳統(tǒng)梯級儀表進近著陸程序在平飛階段所造成的大氣污染和噪聲污染，嚴(yán)重影響了機場附近居民的正常生活。文章從終端區(qū)的基本飛行程序入手，通過分析連續(xù)下降進近程序的原理和運行過程，提高航空器進近著陸階段的運行效率和安全性能，展望了CDA今后的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：儀表進近程序（IAP）；連續(xù)下降進近（CDA）；連續(xù)下降運行（CDO）；節(jié)能減排

安全、舒適、快速、經(jīng)濟、環(huán)保是民航運輸?shù)奈宕筇攸c，既是民航產(chǎn)業(yè)運營、發(fā)展的目標(biāo)，也是大型客機研制成功與否的準(zhǔn)則。

上世紀(jì)六七十年代，美國航空航天局、德國漢莎航空公司和英國航空公司三方合作首次提出連續(xù)下降進近程序。最初，連續(xù)下降進近的定義是指飛行器在高度6000英尺高度下進入下滑道，不包括或最多包括一個不超過2海里的水平航段，現(xiàn)如今CDA已經(jīng)實現(xiàn)了無水平航段。CDA技術(shù)有幾大優(yōu)勢，包括更小的發(fā)動機推力、更少的推力改變次數(shù)、高下滑航線、著陸整體過程維持時間短、排放少和噪音低等。

目前，國外對CDA/CDFA的研究和運行已進入試行驗證階段。從2002年開始，歐美國家就開始了對CDA程序的研究。而且，隨著4D飛行器導(dǎo)航技術(shù)的廣泛運用，空管效率相比較過去有了很大提高，CDA技術(shù)也將會有更光明的發(fā)展前景。

在美國路易斯維爾國際機場的試飛試驗中，試驗場地選擇了美國路易斯維爾國際機場，實驗小組由美國麻省理工大學(xué)研究人員與美國波音公司的技術(shù)保障人員構(gòu)成，選擇了UPS公司機隊的波音757-200和波音767-300作為測試機型。實驗數(shù)據(jù)顯示：采用CDA運行，每次航班與傳統(tǒng)梯級進近著陸方式相比較，節(jié)約燃料400-500磅，進近時的噪音峰值降低了3.9-6.5分貝，著陸過程中氮氧化物排放量減小了30%，進近程序的持續(xù)時間最多一次實驗減少了147秒。除此之外，法國民航局也開展了類似實驗，2008年在馬賽普羅旺斯機場31R跑道進行了CDA程序試飛測試，航空器分別采用傳統(tǒng)梯級下降和CDA，對比兩次發(fā)動機推力、運行的高度、平均速度、噪聲水平等具體數(shù)值，取得了類似的結(jié)果?？梢姡珻DA在各方面相比較傳統(tǒng)進近方式優(yōu)勢明顯。

除了上述試飛試驗得出的環(huán)境污染、噪聲污染方面的數(shù)據(jù)之外，立足于空中交通管制的CDA運行研究也在歐美等航空發(fā)達國家相繼展開。馬庫斯·本杰明·羅澤爾于在2008年5月發(fā)表的《對于連續(xù)下降進近航線中的速度優(yōu)化》一文中表示，目前CDA技術(shù)開展與推廣的最大瓶頸在于：空管人員無法精確的預(yù)測航跡，目前各國空域流量日益增大狀況下，對于CDA的安全運行有所顧忌，但如果能夠精確預(yù)測航跡，管制員就能合理調(diào)控，避免航空器間的沖突發(fā)生。馬庫斯·本杰明·羅澤爾還提到，目前的解決途徑之一就是將4D航跡廣泛推廣，深入研究。

這里的航空器4D航跡是指，航空器的3D空間位置，加上飛行時間，形成一個4維立體式的空中航跡。該技術(shù)在機載飛行管理系統(tǒng)（FMS）、流量管理系統(tǒng)、空管自動化系統(tǒng)中均有應(yīng)用，但存在一些不足。由于航空器在使用傳統(tǒng)進近程序時，飛行路徑不連續(xù)，且在終端區(qū)內(nèi)飛行速度和高度變化比較大，因此飛行航跡預(yù)測精度較差，且航跡預(yù)測過程較復(fù)雜，耗時長。研究表明，通過構(gòu)建基本飛行數(shù)學(xué)模型來預(yù)測4D航跡， 可以提高航跡預(yù)測精度和效率。

通過飛行數(shù)學(xué)模型預(yù)測航跡，通過數(shù)學(xué)計算，得出下降頂點和ETA等數(shù)據(jù)，4D航跡預(yù)測系統(tǒng)將ETA通報給管制員，以便管制員提前調(diào)整落地時間，確保安全運行的前提下，還能保證靈活的調(diào)控時間間隔、下降時限。2008年，SAS公司在斯德哥爾摩阿蘭達國際機場進行了4000次4D航跡運行，減少240噸燃油消耗，減少了756噸的廢氣排放。美國納沃斯公司對此做了更進一步的研究，研究證實了若將CDA程序結(jié)合4D航跡運行，理論上能比二者分別運行節(jié)約更多的燃油和時間，而且廢氣排放量也大大減少。

相比之下，國內(nèi)的CDA的研究還處于起步階段，目前主要是理論階段的研究。中國民航局飛行標(biāo)準(zhǔn)司（簡稱飛標(biāo)司）在2008年對CDA的飛行方法、飛行程序設(shè)計進行了研究。國內(nèi)的一些民航方面專家和學(xué)者也對于CDA這一新興進近著陸程序進行了研究，并提出了自己的看法，通過對比國外試行情況，對我國的CDA發(fā)展前景做出的大膽的預(yù)測和評估。

通過國外CDA試飛試驗可以看出，實施CDA程序，不僅能夠減輕管制員和飛行員的工作負擔(dān)，而且節(jié)約了燃油，縮短了整個過程的時間，降低了噪音，減少了排放，提高了運行效率。以發(fā)展的眼光看，CDA程序具備良好安全性能、經(jīng)濟效益和環(huán)境優(yōu)勢，是未來必然的發(fā)展趨勢。文章以天津濱海國際機場為試驗機場，依照符合要求的CDA程序設(shè)計參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，通過研究4D航跡算法，建立CDA進近程序的數(shù)學(xué)模型，為CDA技術(shù)的最終投入運行積累了實踐經(jīng)驗和數(shù)據(jù)支持。

國內(nèi)外CDA的發(fā)展現(xiàn)狀，從終端區(qū)航空器的基本飛行程序機飛行原理出發(fā)，并結(jié)合飛機的空氣動力學(xué)相關(guān)學(xué)科知識，分析了CDA與現(xiàn)行儀表著陸程序相比的優(yōu)勢與劣勢。結(jié)合我國民航發(fā)展實際情況，得出以下結(jié)論：

（1）采用CDA技術(shù)能夠很好的實現(xiàn)節(jié)能減排，減少機場周邊居民受到的噪音困擾；

（2）數(shù)學(xué)模型較為復(fù)雜，程序操作難度較大；

（3）飛行員的工作負荷增加；

（4）難以繪總下滑曲線；

（5）CDA實際運行對導(dǎo)航設(shè)備的精密程度要求高，對各項設(shè)備要求較高；

（6）4D導(dǎo)航在國內(nèi)的發(fā)展亟待大力實施。

實施CDA著陸程序，發(fā)展飛機的4D導(dǎo)航技術(shù)，這將大大提高飛行安全和效率，降低機場的運營成本，節(jié)能減排，實現(xiàn)“綠色機場”。

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