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观察、感知、操控:飞行员视觉技能的解析与优化

3系飞行员  · 公众号  ·  · 2024-03-27 18:00

正文

前言

致所有在航天之路上不断披荆斩棘、负重前行的朋友们:

高三时,你们通过了航空公司组织的体检,成功考入了航空专业。然而,这只是开始。接下来,你们将面对前所未闻的学科:空气动力学、飞行原理、发动机原理、航空法、人为因素、英语等等。无论你们之前是文科还是理科出身,都必须全力以赴,掌握这些学科,才能迈向飞行生涯的新篇章。

艰难地抵达航校后,对于从未接触过飞行的你们来说,单飞就像一座遥不可及的高山,挡在通往蓝天的道路上。毕业于航校后,进入航空公司,面对的是更多需要学习的知识:运行手册、机型手册、航线规划、客机与小型飞机的差异等等。这些知识就像汹涌的大海,压得你们喘不过气。

这是作者的亲身经历,我深信,这也是大部分飞行员初期生涯的写照。

每一位梦想成为机长的飞行员,除了工作,相信大部分时间就是在学习和思考飞行。

为了早日实现飞行梦想,成为机长,你不断努力,在领导和机长教员面前尽展自己的优秀。所以走路的时候在思考,睡觉的时候在思考,和女(男)朋友吃饭的时候在思考,以至于女(男)朋友和你聊天的时候,看你心不在焉,以为你心里一直想着前任。当然这么说有点夸张了,但事实就是,对于飞行这一行,有太多太多的东西需要思考了。

“你说你一天到晚心不在焉的到底在想什么吖?”

“我在想飞行的事吖,最近感觉起落都不会飞了,老是挨批,怎么飞都感觉不太对。”

“那教员怎么教你就怎么飞呗,有什么好纠结的呢?”

“不是的,他们每个人教的方法都不太一样,我也曾经试过其中一些方法,但依旧没有太好的改变。”

“那你之前单飞的时候都是怎么落地的吖?”

“我也不知道,凭着感觉就下去了,但是有时候挺有感觉,有时候又没有感觉。”

我们之所以依赖感觉来操纵飞机,是因为我们可能还没有完全掌握正确的方法。就像一千个读者心中有一千个哈姆雷特一样,每当我们向教员询问如何对准瞄准点、如何在拉平时观察下沉时,问一千位教员都会得到一千种不同的答案。这些答案都是正确的,都是他们个人感知的表达。然而,每个人对运动现象的理解和感受都是独特的,因此我们得到的回答也各不相同,甚至有时候会觉得有些超出了常规,似乎带有一些玄学的味道。

这种问题原本只在低小时飞行员身上出现,但近年来却在高级别副驾驶中越来越普遍。造成这种现象的原因有以下几点:1. 航空公司所飞的机型大多是仪表运行飞机,日常航班中约80%采用盲降进近方式,导致飞行员依靠目视技巧操纵飞机的时间很少,甚至不到总飞行时间的5%。2. 现代飞行器普遍装备了高水平的自动化设备,过度依赖这些设备会导致飞行员基本驾驶技能下降。3. 新冠疫情期间航班任务大幅减少,导致飞行员,特别是副驾驶员参与起降操作的频率大幅减少。

在准确进行进近并保持正确的视线拉平方面,这些都是基本的目视问题,同时也是每位飞行员成长为一名合格机长所必须克服的关键挑战。掌握目视技能的重要性不言而喻。在没有找到合适的参照物来判断飞机运动趋势之前,即使进行了大量练习,我们也不会有太多的提高。

本文旨在阐述飞机在五边目视进近时,目视参考物会如何变化,并指导读者找到适合的参照物,以观察飞机的运动趋势。通过科学方法,破解感觉和玄学之谜,并提出一些操纵上的建议,帮助大家更快更好的掌握目视技能。

关于五边对点

让我们回顾一下航校教练关于对点问题的教导:“到了五边,我们将油门调至五边设置,然后通过俯仰调整目标空速至进近速度,一旦稳定下来,飞机的运动轨迹就固定在风挡上的某一点位置,我们把这个点称作参考点。对于塞斯纳来说,大致位于风挡中间;而对于GROB来说,则大致位于磁罗盘的位置。然后,利用参考点对准跑道上的瞄准点,便可实现对点飞行。”

但是这种方法在民航客机上的适用性减弱了。为什么呢?首先,我们回顾一下之前在航校学到的知识:“油门+姿态=性能。”我们都了解,特定的油门和姿态会导致特定的性能,也就是说可以产生特定的几何轨迹。然而,这种方法有其局限性。对于航校的螺旋桨飞机来说,每次进近时,襟翼设置基本不变,而且小型飞机通常不会飞很远,因此大气和机场环境相对稳定,导致每次进近时,在飞行3°下滑线时飞机的进近姿态通常是基本一致的。在相同的进近姿态,飞机的运动点就位于风挡上的一个固定点。

然而,将这种方法应用到航线客机上就不太合适了。以A320机型为例,A320家族一般在进近时使用全襟翼设置。从A318到A321,每个机型在相同的襟翼设置下,沿3°下滑线进近时的进近姿态是不同的。对于同一机型,在特定机场或特定天气条件下,需要考虑选择襟翼3着陆,此时进近的进近姿态和全襟翼的进近姿态也会有所不同。另外,当地速保护启用时,进近速度的增加会导致进近姿态的减小。

综上所述,由于航线飞机的运行条件比航校的小型飞机复杂得多,因此沿着3°下滑线进近时飞机的进近姿态也会有所不同,这使得我们无法确保飞机的运动轨迹永远都位于风挡上的一个固定点上。

(轨迹参考点在风挡上的投影位置根据进近姿态而变化,左图为襟翼3,进近姿态约6°,右图为襟翼全,进近姿态约1°)

那是否意味着每次进近都需要重新在飞机的风挡上寻找飞机运动轨迹的参考点呢?这样做固然可行,但并不建议。因为这样做会消耗飞行员大量的精力。当我们专注于确认飞机的运动轨迹在风挡上的具体位置时,很容易忽略飞机其他参数的变化,比如飞机的方向。

不妨尝试一下以下方法,首先让我们从理论上来分析:

1. 假设飞机沿着3°下滑线向着瞄准点移动,飞机的参考点将始终与跑道瞄准点重合,不会移动,只是瞄准点在我们的风挡上不断变大。

2. 如果飞机的姿态保持不变,但是顶风增加导致飞机轨迹逐渐升高,则跑道瞄准点会逐渐移动到风挡参考点下方;相反,顺风增加导致飞机轨迹逐渐升高,则跑道瞄准点会逐渐移动到风挡参考点上方。

那么现在我们先不考虑风挡上的参考点,当我们沿着3°下滑线飞行时,会出现以下三种情况之一:

第一种情况:跑道瞄准点的位置没有变化(或者变化速度非常缓慢),这表明飞机的运动轨迹基本上与跑道瞄准点一致,这是我们期望的结果。

第二种情况:跑道瞄准点逐渐向下移动,这表明飞机有上升的趋势。

第三种情况:跑道瞄准点逐渐向上移动,这表明飞机有下降的趋势。在这种情况下,我们不需要关注风挡上的参考点位置,而是根据PAPI灯和跑道瞄准点提供的目视线索来判断飞机的位置和趋势,从而做出调整。

因此,我们现在需要采取以下步骤:

首先,确保飞机稳定地沿着3°下滑线飞行(使用FPV-3°或者1/2地速下降率)。

其次,一边感知飞机的运动轨迹,一边自问:“在我不进行任何操纵的情况下,跑道瞄准点将会从我脚下经过还是从我头顶经过?”如果难以观察到变化,这可能意味着飞机的运动轨迹基本上朝向瞄准点,或者偏离下滑剖面的速度变化太小,超出了我们的视觉感知范围。在这种情况下,我们不必急于做出毫无根据的调整,可以等待PAPI灯状态的改变或者瞄准点出现明显的变化趋势时再做出相应的调整。调整的幅度应与瞄准点移动的速度成比例。

相比于寻找风挡上的参考点,判断瞄准点的移动趋势会更直观和快速。同时,在观察和感受飞机运动轨迹与跑道瞄准点的相对空间关系时,由于此时我们的视线放得比较开,所以能够更好地评估飞机当前的状态(俯仰、横滚、飞机能量等)。


关于拉平

老规矩,让我们回忆一下航校教练关于拉平操作的教导:“拉平时,在合适的高度,收油门,把飞机姿态抬升至仪表板顶部与地平线重合,视线随着飞机抬头移至地平线处,感受飞机下沉,发现飞机下沉了,再带杆,保持仪表板顶部与地平线重合,不断重复直到落地。”在这一系列操纵里面飞机是如何运动的?小型飞机通常进近姿态为0°,当我们把飞机姿态抬升至仪表板顶部与地平线重合时飞机基本上是平飞,这时候油门收慢车,空速不断减少,飞机姿态不断变大,然后到达着陆姿态,飞机接地。这种就是小型飞机的拉平方法,因为小型飞机的前起落架与主起落架间距比较小,所以从进近过渡到着陆必须需要用一个近似平飞的轨迹去把空速消耗掉,以达到一个较大的姿态着陆,从而可以使主轮吸收掉接地瞬间的冲击。

然而,将这种方法应用到民航客机上就不太合适了。目前,大多数民航客机的进近姿态一般为高于地平线几度。以A320为例,一般的进近姿态为2.5°。此外,民航客机的前起落架与主起落架之间的间距相对较大。因此,即使飞行员不做任何操纵,也可以确保主起落架先于前起落架接地,倘若用小型飞机的拉平方法来飞,那么大概率会使平飘距离变长进而减少可用跑道着陆距离裕度。所以民航客机的“拉平”技术,并不是使飞机平飞,而是调整飞机的下降率,以一个合适的下沉接地。

那么我们该怎么做呢?让我们先来看一下A320手册中关于拉平技术是怎么描述的:"为了正确估计拉平时的下降率和飞机相对于地面的位置,应往飞机前面远方看。拉平过中典型的俯仰增量大约为 4 °,可能会导致机动中 一个10kt 速度减小下的 -1 °飞行航迹角。不得使飞机平飘或尝试通过加大俯仰姿态来延长拉平以达到完全平稳接地的目的。平飘可能会延长,这将增加着陆距离以及机尾触地的风险。"

为了正确估计拉平时的下降率和飞机相对于地面的位置,应往飞机前面远方看,我们知道看向远前方的其中一个好处是能更好的判断飞机的方向,可是远前方要看多远?远前方到底有什么参照物可以帮助我们判断飞机的下降率与相对地面的位置?当我们在小飞机上拉平时,我们看到什么?随着姿态的抬高,我们的视线基本上被仪表板遮挡住,所以这时我们的主视觉是看不到任何参照物的,我们是靠身体和视觉的边缘(余光)去感受下沉进而完成落地的。

那怎么用边缘视觉去判断下沉?当飞机里地面越来越近的时候,跑道会变得越来越宽,我们的大脑在接收到这个信息后会告诉我们飞机离地面越来越近,而变宽的速率则会告诉我们与地面的接近率。

(飞行员用边缘视觉去感受飞机与跑道的接近率)

但是用边缘视觉去感受下沉这个方法是有弊端的,首先,对于初学者来说,用边缘视觉去感受下沉需要一定的训练才可以掌握。第二,请大家回忆一下自己驾车在高速公路上飞驰的场景,我们望向远方,感受车的运动轨迹,这时我们边缘视觉看到我们侧面的景物是模糊的,因为距离较近的景物都会快速通过到我们身后,直到前方的某一个点,景物才会变得清晰,速度越快这个点会离我们越远,速度越小,这个点离我们越近。因为我们从看到一个物体到大脑识别该物体是需要一定时间,近距离的物体相对移动速度超过了大脑的感知阈值,所以景物会变模糊。飞机即使在拉平过程中,速度会比车快得多,所以我们如果用边缘视觉去感受下沉的话,因为目视线索相当模糊,从而导致对感受飞机下沉有一定的滞后。

(车辆在高速公路行驶时侧面近距离的景象是模糊的,直到某一个点景象才会变清晰)

(同理飞机在降落时,侧面近距离的景象是模糊的,必须看远处的侧面才能有足够的目视线索判断飞机下沉。)

当我们使用双眼时,双眼当中有一只眼睛是主用眼,另外一只是辅助眼。我们的大脑会优先接受主用眼的信息。要测试那只眼是主用眼的方法很简单,任意选取一个7米外的参照物,然后双手握拳伸直,伸出双手的食指和拇指,组成一个三角形,然后把参照物放在该三角形中央,这时把三角形向自己脸部拉近,并把三角形保持在中央,到最后三角型停留的地方就是我们的主用眼(通常惯用手为右手的人主用眼就是右眼,反之亦然)。主用眼的边缘视觉会比辅助眼的边缘视觉要看得清晰,假如一个右眼为主用眼的人坐到左边操纵飞机,那么他左眼的边缘视觉是没有右眼清晰的,拉平时容易误判飞机与跑道的接近率。第三,随着我们的年纪增大,视线范围也会变窄,边缘视觉会变得越来越模糊,导致用边缘视觉去感受下沉的难度越来越大。







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