基于Baro-VNAV氣壓式垂直導(dǎo)航的PBN進(jìn)近程序研究

魯 力

(中國民用航空飛行學(xué)院 空中交通管理學(xué)院，四川 廣漢 618307)

1 引言

隨著PBN程序的廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外大多數(shù)機(jī)場基于Baro-VNAV氣壓式垂直導(dǎo)航的飛行程序設(shè)計(jì)越來越普遍，相關(guān)民航領(lǐng)域的研究也越來越多。2013年，向碩凌等[1]研究了Baro-VNAV保護(hù)區(qū)中的障礙物如何進(jìn)行自動(dòng)評(píng)估，對(duì)PBN超障評(píng)估計(jì)算提供了便利的手段。西南地區(qū)空管局胡孝本[1]在2014年研究了高高原條件下的溫度對(duì)氣壓表垂直導(dǎo)航的影響，剖析了高高原機(jī)場溫度對(duì)飛行高度的影響。同在2014年，帥楠[3]在研究中運(yùn)用GIS軟件結(jié)合算法完成Baro-VNAV垂直導(dǎo)航的保護(hù)區(qū)繪制，為Baro-VNAV程序的保護(hù)區(qū)繪制提供了思路。2019年，魯力[4]提出PBN程序在地形復(fù)雜機(jī)場的保護(hù)區(qū)自動(dòng)繪制，為PBN飛行程序的初步設(shè)計(jì)提供了合理的思路。2020年，劉順吉[5]對(duì)比了ICAO文件和FAA規(guī)范中PBN飛行程序的差異并進(jìn)行實(shí)例研究，為讀者提供了兩種規(guī)范文件的差異性。

本研究依據(jù)8168運(yùn)行規(guī)范，為設(shè)計(jì)機(jī)場PBN程序人員提供Baro-VNAV垂直導(dǎo)航的設(shè)計(jì)思路，包括了保護(hù)區(qū)的繪制以及計(jì)算方法，具有一定的可靠性和適用性。

2 理論設(shè)計(jì)思路

Baro-VNAV氣壓式垂直導(dǎo)航的進(jìn)近程序沒有最后進(jìn)近定位點(diǎn)以及復(fù)飛點(diǎn)，水平保護(hù)區(qū)和僅有水平引導(dǎo)的LNAV進(jìn)近程序保護(hù)區(qū)一致。若采用機(jī)載氣壓表的高度數(shù)據(jù)作為垂直引導(dǎo)，則需要分析該程序中的障礙物是否滿足OAS面的限制條件，OAS面又包括FAS(Final approach surface)，水平面以及復(fù)飛面，每一個(gè)面都有其特定要求，OAS面的水平保護(hù)區(qū)圖和沒有氣壓表垂直引導(dǎo)的保護(hù)區(qū)圖一致，但剖面圖的分析卻不一樣。

2.1 FAS面

起點(diǎn)：設(shè)計(jì)飛行程序需要從跑道入口往前設(shè)計(jì)，F(xiàn)AS面起點(diǎn)和Hi特定高度有關(guān)，當(dāng)高度低于5000英尺，該高度為75 m，F(xiàn)AS起點(diǎn)從跑道入口標(biāo)高沿公布的下滑角度(VPA)沿升至Hi以上再后前推一個(gè)ATT值即可。但實(shí)際如果溫度過低，對(duì)飛行安全是極為不利的，由于溫度低，氣壓變低，機(jī)載氣壓表基于氣壓顯示高度，因此，飛機(jī)上顯示的高度比實(shí)際飛機(jī)真實(shí)高度，因此有提前接地風(fēng)險(xiǎn)，因此在低溫條件下，實(shí)際飛機(jī)的下滑軌跡應(yīng)當(dāng)在公布的下滑軌跡之下，那么當(dāng)前主要工作是解決實(shí)際下滑梯度值，可以由公式(1)求解：

(1)

終點(diǎn)：FAS包含最后進(jìn)近面及最后進(jìn)近側(cè)面，分別終止于和中間進(jìn)近航段的最低超障高度(MOCA)和超障面(OCS)相交。

2.2 水平面

水平主面保持與機(jī)場標(biāo)高持平，介于FAS和復(fù)飛面之間的平面部分。

水平面?zhèn)让孢吔绫人矫嬷髅娓?0 m。

2.3 復(fù)飛面

對(duì)于民用機(jī)場運(yùn)行的波音737、空客320等C類客機(jī)來講，復(fù)飛面起始于跑道入口之后1100 m處，2.5%梯度是標(biāo)稱復(fù)飛爬升梯度，包含復(fù)飛面及側(cè)面，側(cè)面邊界在復(fù)飛面之上30m。復(fù)飛面終止于復(fù)飛最早轉(zhuǎn)彎處。

3 實(shí)例分析

本研究以西南某機(jī)場為例，該機(jī)場標(biāo)高450 m，跑道磁方向019°，跑道長度3200 m，寬度45 m，近5年最低溫度-10 ℃，設(shè)計(jì)出的PBN進(jìn)近程序如圖1所示，從圖1可以看出O1、O2、O3障礙物的分布。

圖1 PBN進(jìn)近程序

驗(yàn)證該機(jī)場的最低溫度是否滿足最低下滑角2.5°的要求，計(jì)算方法根據(jù)公式2可得：

(2)

式(2)中：ΔTSTD代表場溫和標(biāo)準(zhǔn)海平面之間的溫差，L0代表標(biāo)準(zhǔn)氣溫遞減率(-0.0065 ℃/m)，hFAP代表最后進(jìn)近點(diǎn)處的高，T0代表標(biāo)準(zhǔn)海平面的溫度，hTHR代表跑道入口海拔高度，Tad為機(jī)場溫度。

計(jì)算出來在-10 ℃的條件下采用氣壓表垂直引導(dǎo)，下滑角為2.55°，滿足最低下滑角2.5°的要求。

繪制LNAV的進(jìn)近航段保護(hù)區(qū)圖2所示。

由于Baro-VNAV氣壓式垂直導(dǎo)航的進(jìn)近程序的水平保護(hù)區(qū)和LNAV一致，并且OAS面屬于其中的一部分，因此，根據(jù)前面的OAS面繪制方法，可以將OAS面繪制出來如圖3陰影部分所示。

圖2 LNAV的進(jìn)近航段保護(hù)區(qū)

圖3 VNAV的OAS面

列出所設(shè)計(jì)的飛行程序中的O1、O2、O3障礙物信息如表1所示。

表1 障礙物信息

因此機(jī)場凈空的障礙物對(duì)設(shè)計(jì)出來的PBN進(jìn)近飛行程序沒有影響，通過本研究流程可以設(shè)計(jì)Baro-VNAV進(jìn)近程序，并評(píng)估出機(jī)場最低氣溫對(duì)飛行有沒有不安全影響。

4 結(jié)語

本研究是根據(jù)8168文件對(duì)PBN采用氣壓表引導(dǎo)過程中，需要補(bǔ)償溫差對(duì)高度偏低所帶來的影響，在設(shè)計(jì)PBN飛行程序中，起到非常關(guān)鍵性的作用，但是本研究考慮的飛行方向僅有02號(hào)跑道，進(jìn)近方向偏少，障礙物由于地形原因較為簡單，障礙物較少，在實(shí)際設(shè)計(jì)VNAV程序時(shí)，假設(shè)地形較為復(fù)雜，還需要計(jì)算障礙物在OAS面內(nèi)是否穿透相應(yīng)的面，并計(jì)算OCH，在后續(xù)研究中，可以加入智能計(jì)算方法，將Baro-VNAV這種較為復(fù)雜的設(shè)計(jì)方法變得更加簡捷并應(yīng)用到設(shè)計(jì)的工作中。