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A320进近过程中的能量管理(一)

3系飞行员  · 公众号  ·  · 2020-10-26 22:57

正文


飞行中时常会听到教员讲评说:“你这能量管理上还得加强一下”或者“你这调速还要积极主动一点”。什么是能量管理?又如何准确的掌握调速时机?这些或多或少会给我们带来困惑和迷茫,特别是成长中的新副驾驶。小编当年就有类似的经历,这不在此抛砖引玉来说说A320飞机进近中的能量管理!


在介绍能量管理前,我们先来回顾和了解几个概念。

什么是进近?


通俗点说进近就是从巡航下降开始,按照机场的进场程序在1000ftAGL建立稳定进近 (仪表进近或目视条件时在 500ft ,为后续的安全落地创造好的条件 这一阶段


飞机在巡航高度时,具有非常高的势能(高度)和动能(速度),在飞机落地的时候如此大的能量是极具危险的,所以进近实际上是一个让飞机消耗能量的过程。



决断关口


决断关口(Decision Gate) 在进近及着陆阶段, 一连串能量目标(速度和高度)组成的一道道关口, 进近中飞机 必须达到各个关口的要求才能继续进近。如果预计下个目标中一个或多个要素达不到要求,应该毫不迟疑地采取必要的纠正措施。


决断关口概念也适用于对天气条件、跑道状况、飞机状态以及机组准备的评估等——如FAF点前必须满足规定的进近标准,否则不 进近或飞越FAF。公司运行手册和操作手册中对此类关口要求有详细说明,此处不再赘述。

通常,决断关口的设置应包括以下点位:

走廊口或是进近区域边界点;

起始进近定位点:IAF,一般为本场导航台或切本场台;

中间进近定位点:IF,一般为五边第一个点;

最后进近定位点:FAF,一般为截获最后进近剖面的点;

仪表进近AGL1000ft/目视AGL500ft

决断高度或最低下降高度(CFDA概念中为DDA)。

对决断关口进行具体设计,请参考进场/进近图。此外,外指点标(OM)或者自主选择的其它定位点也可以作为评判关口,以确定进近是否如预期实施。


1000ft AGL (或500ft AGL )应作为一个重要的决断关口 ,作为飞机的最后稳定高度,必须实现下列条件:

飞机在正确的水平和垂直飞行航径上;

飞机在所需的着陆形态;

推力稳定,通常在慢车之上,以保持在所需下滑道上的目标速度;

无过大的飞行参数偏差。


进近能量曲线


以飞机的能量作为纵坐标/飞机与跑道头的剩余距离作为横坐标,所得出的一条曲线,即进近能量曲线。进近能量曲线是描述进近中飞机能量与剩余飞行距离函数关系的曲线。



飞机的能量曲线位置越高代表飞机拥有的能量越大,随着飞机越来越接近跑道,飞机的能量不断减小,曲线也越来越低,同时曲线越趋于平缓,当飞机落在跑道并全停下来,飞机能量减小为零。但能量的减小过程不是线性的,而是具有一定的曲度,进近的策略就体现在如何对这个曲度进行调节。


影响因素


飞机的能量水平由高度和速度组成 在整个下降和进近过程中, 又受 以下诸多 因素的影响

位置:距离接地点位置决定当前的能量总体需求;

高度:高度具有的势能是下降过程中无法再生的能量;

速度:动能与势能的转化作用使能量得以管理,大速度具能量消耗较快的特点,而绿点速度(对空客机型而言)作为最佳升阻比速度消耗能量较慢;

构型:襟缝翼、扰流板及起落架的放出将改变气动外形,增加能量消耗的速率;

推力:推力的大小对总体能量消耗进行补偿或维持当前总能量;

空气:空气流动(风)和空气密度(高海拔机场)将改变对能量水平的预测。


介绍完这些概念后,就让我们来看看飞行中如何有效地实施能量管理吧! 最完美的能量管理应该是在整个进近过程中,飞机仅需要依靠自身的高度和速度就可以达到指定的飞行状态,而不需要额外的能量供给(油门一直处于慢车状态)。


当然航班实际运行过程中受到 很多不确定的因素 的影响 (直飞航段、管制要求的速度调整和空中风变化) 这些 将改变对飞机的能量消耗的预测 ,要做到理想状态似乎有点“不切实际”



A320的 金科玉律中有一条就说到了“ 任何时候都要合理使用自动化 ”,对于能量管理方面我们的首选自然是“使用管理的下降”。


FMGS对下降顶点(TOD)的计算是从五边进近上1000ft、速度为VAPP的位置方向进行计算的,同时在管理的速度下将所有的速度和高度限制考虑进去。计算机将根据相关位置的限制将下降剖面分为以下几个航段:




更多的解释大家可参考A320 FCOM DSC-22-30-70 AP/FD垂直方式 下降方式中的介绍。


如果我们能按照计划飞行,在这种情况下机组完全可以使用管理的下降方式,把更多的精力放在对飞机的监控以及其他影响安全的因素上。但现实情况可能又会不一样,进场排序、雷雨绕飞、盘旋等待、直飞五边等情况,飞行中我们都有可能碰到。所以除了管理的下降外,作为飞行员我们需要知道的远远不止这些。




统计数据显示,大约70%的匆忙和不稳定进近与下降及进近剖面管理不善和/或能量管理不当 有着密切联系。 其中高于要求的垂直飞行剖面和/或大于要求的速度(高能量)占30%;低于要求的垂直飞行剖面和/或小于要求的速度(低能量)占40%。因此,管理好飞机能量是保证飞行安全的重要一环。

对于能量管理的具体方法和措施,相信这是个仁者见仁智者见智的话题,不管是采用哪种方法,我们的目标都是一样的,确保飞机在整个进近过程中状态是稳定的以及飞机的安全着陆。只要我们的方法达到了预期的效果都是合理的、正确的。




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此处小编主要通过“决断关口”的引入来说明进近中能量管理的概念。

进近的目标是使飞机在1000ftAGL时达到稳定进近,所以我们就可以从目标结果向前面一步一步的反向倒推,得出各个“决断关口”飞机需要满足的速度和高度要求。




我们将以长沙黄花机场为例,给大家来进行阐述说明决断关口的设计。 黄花机场处于京广航路上,由于大托铺军用机场的存在设有两条走廊,入场点(走廊口)分别为西线的LLC(老粮仓)和南线LIG(醴陵),此外还有东/北两个入场点,分别是DAPRO和OVTAN。限及篇幅, 此处 将以南线从LIG- 1X 进港使用36号跑道盲降为例,来说明如何使能量得到妥善的管理。



实际飞行中,我们通常会选择一个航向切入五边来建立盲降,切入五边的点有中间进近定位点IF,该点公布的指定高度,同样也是ATC指挥的高度,往往是低于该点的实际截获下滑道的高度的,这是程序设计者基于安全余度的考量。从IF点到FAF很多机场的程序设计是保持平飞或者以较为平缓的梯度下降一定的高度。实际 反向 推导的点可以从FAF点开始,计算一个更为合理且易于操作的下降剖面


由图 得知 FAF点的高度为700/2300ft/ 速度为180kt,这也是进近时飞机最后过FAF点需要达到的状态。 FAF点则可以作为我们五边进近过程中的最后的一个“决断关口”点(仅限于能量管理)。



IF点距离本场VOR台13.0海里,根据“一比三”法则(1海里对应300ft/100m)过IF点截获下滑道的实际高度为:

2300+(13-8.2)×300=3740ft

此时飞机的速度在180kt左右,根据飞机重量和机场环境的差异,可保持形态1建立盲降或者形态2选择速度下建立盲降。


IF点作为五边进近过程中一个重要的参考点,很多情况下是五边的第一个点或者管制指挥直飞的点,在IF点的速度、高度是否合理直接关系到后续进近的稳定以及需要采取的有效措施,所以IF点也可以作为我们的另一个“决断关口”点。




HA152是RNAV R36号的IAF点, IAF点作为我们进近的起始点,不管在哪个机场以及使用哪种进场程序,都可以作为我们进近是的一个重要“决断关口”。 图中标注的高度为1200/3900,我们来推导一下过HA152的实际合适高度为多少。

HA164到HA152的距离为5NM,飞机保持180kt的速度过HA152的实际高度为:


3740+5×300=5240ft(约1590米)


LIG则是南线上我们选择的第一个决断关口,飞行中管制指挥过LIG的高度一般为4200m/13800ft,按照我们正常计算的能量剖面,即使是保持250kt的速度,我们还是高于预计的能量剖面。所以如果是按照程序建立盲降,后续阶段我们还需要采取拉减速板或者提前减速的方法来保持预计的能量剖面。

LIG距离HA152的距离为23NM,假设过LIG的速度为250kt,则飞机过LIG的高度为:
5240+(23-5)×300=10640ft(约3240米)

对于LIG-1X进场程序,我们可以选择LIG/HA152(FAF点)/HA164(IF点)以及8.2CSX(FAF点)作为此进场程序中的几个“决断关口”点。


通过对每个决断关口能量的计算后,机组 对整个下降剖面建立自己的预期,有助于机组在飞行运行过程建立情景意识。这样的计算通常可于飞行前准备时做出,最晚也不应迟于下降前完成,并需在进近简令中得到明确,设立为操作驾驶员(PF)和辅助操作驾驶员(PMF)共同的目标,互相提醒以对下降剖面进行监控和调整,使之满足各个关口的能量需求。


常用的性能数据


所有的计算和分析都是需要大量的数据来作为依据的,能量管理的计算自然也不例外。以 性能数据是根据实际飞行的记录和统计归纳和实践验证得出的,具有一定的精确性,但并不具有严密的学术科学性,只可在实际飞行中作为参考使用。

在静风平原机场,飞机不超重且不使用防冰和没有安全高度限制的条件下,这些常用性能数据是:




我们有时也会碰到 由于某种原因(空军活动/相对飞机影响)ATC不能指挥下高度,进而导致飞机高于我们计算的能量剖面。







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