空客近地警告和能量管理的一些認識

金龍

摘 要：民航飛行中，近地警告系統的作用是防止可控飛行撞地事故，近地警告系統的報警閾值設定對報警性能產生的影響較大，影響航線的飛行安全，因此具有十分重要的研究價值。文章在介紹概念的基礎上，針對過大下降率這一報警方式進行深入研究，結合實際筆者實際工作情況，提出具有參考性的應對策略，幫助管理部門優化管制策略，以達到促進民航運輸系統整體性發展的目的。

關鍵詞：近地警告；飛行；策略

中圖分類號：F562 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）29-0189-02

Abstract： In the civil aviation flight， the role of the near-ground warning system is to prevent controllable flight impact on the ground. The setting of the alarm threshold of the near-earth alarm system has a great impact on the alarm performance， and affects the flight safety of the flight path， so it has a very important research value. On the basis of the introduction of the concept， this paper makes a deep research on the alarming mode of excessive decline rate， combining with the actual working situation of the author， and puts forward some referential countermeasures to help the management department to optimize the control strategy. In order to achieve the purpose of promoting the overall development of civil aviation transportation system.

Keywords： ground proximity warning； flight； strategy

飛機撞地失事分為兩種情形，第一種情形是災難性氣象或飛機機械故障導致飛機失去控制而墜毀，這種情形稱為失控撞地；第二種情形是飛機沒有機械故障，在正常操作飛行中因為不了解地形而撞到障礙物上，或者無法預測氣象，導致飛機撞到障礙物而發生的事故，還有進近著陸過程中由于誤判高度造成的事故，這類情形稱為可控飛行撞地。根據數據，可以發現可控飛行撞地是影響飛行安全的首要因素。

1 空客飛機警告系統發展過程

上個世紀80年代，空客推出A300-600與A310后，變為兩人制機組。空客意圖將自動化系統代替飛行工程師的職責，研發出空客特色的ECAM系統，該系統意味著，空客自動化理念已變成先進民用飛機自動化水平的標志。

第一代ECAM是空客A300-600以及A310上推出的。第一代 ECAM沒有百分百代替機電式的發動機指令，但是對比之前的系統，已經擁有ECAM幾種典型的功能，包括空客特色的ADV與高級排序架構、飛行階段觸發簡圖頁、自動顯示系統畫面、全自動電子檢查單、派生/根源/獨立故障。上面這些功能并非憑空想象出來的，而是通過深入研究空客二人制機組在處理一般情況下的操作程序以及工作量之后，專門設計的產品。后續開發的第二代ECAM與第三代ECAM系統有較大的改進，在典型特征上仍然保持與第一代ECAM基本一致。

通過研究空客A310以來的不同機型，并參考龐巴迪交流的經驗，可以發現空客ECAM對全部警告類消息都做了排序。這代表著每一個警告消息在設計過程中已擁有對應的序號。當出現突發狀況時，ECAM系統傳達的消息并非根據時間排序，而是根據提前準備好的序號進行排列。如果設計過程準確無誤，不管以哪種形式出現警告，飛行員都可以根據ECAM的指令以最高效的方式處理突發狀況。

2 TOO STEEP PATH情況下的能量管理

2.1 能量管理原理

在航線確定之后，對應的飛行過程是確定的，均要經過起飛、爬升、巡航、下降、進近、降落等步驟。由于飛機的飛機特性存在差異，本文以空客飛機為例展開闡述。

飛機下降和進近的過程中，飛機的能量不斷消耗。飛機在巡航的階段，具有較高的高度勢能和動能，這會對飛機落地造成很大的威脅。在一些限制區，山區進近時，由于二點之間距離較短，但要求下降的高度較多，在MCDU計劃頁面這二點之間就會出現TOO STEEP PATH的顯示，以提醒飛行員前方下降剖面有一個過陡的航段，也代表著此處有較大能量的累積。因此，飛行員在下降和進近過程中要消耗多余的能量，飛機通過勢能的轉化以及發動機推力的持續補償，讓飛機動能維持在一定的能量水平，這個過程一直持續到飛機到達跑道入口拉平高度，隨后飛機進入著陸階段。

飛機的能量水平由于勢能（高度）與動能（速度）組成。在飛機下降和進近的階段，必須考慮位置、速度、高度、推力、構型、空氣等因素。位置，具體內容是距離接地點位置決定當前的能量總體需求。速度，具體內容是通過動能與勢能的轉化，對飛機的能量進行管理，速度快具有能量消耗快的特征。高度，具體內容是高度具有勢能屬于飛機下降階段無法再生的能量。推力，具體內容是推力的大小對總體能量消耗進行補償或者維持當前總能量。構型，具體內容是飛機的起落架、擾流板的放出將會改變氣動外形，加快能量消耗的速率。空氣，具體內容是空氣高海拔機場和風會改變能量水平的預估。

2.2 具體步驟

在掌握能量管理之前，先要了解決斷關口的概念。在飛機進近與著陸的過程中，很多個目標組成一道道關口，一定要到達各關口的要求，才能順利進近。在此過程中，若存在任何要素或者任何目標未能達成目標，飛行員必須馬上采取措施。決斷關口的設置需要考慮這些點位：起始進近定位點、走廊口或是進近區域邊界點、中間進近定位點、儀表進近/目視、最后進近定位點。

在設計決斷關口的過程中，需要借鑒進近/進場圖。在此基礎上，自主選擇的其他定位點或是外指點標可以作為評判關口，作用是判斷進近是否按照計劃開展。儀表進近/目視應該作為一個關鍵的決斷關口，作為飛機的最終穩定高度，不得不實現以下條件：飛機在所需著陸狀態、無過大的飛行參數偏差、一般在慢車之上保持在所需下滑道上的目標速度且推力穩定、飛機在正確的水平和垂直飛行航徑上。根據航空公司的規定，若飛機在目視條件AGL500英尺或是儀表條件下AGL1000英尺，沒有以著陸形態穩定在進近航徑上，則需要選擇復飛，除非機組判定飛機偏離是由于外部顛簸導致，需要小幅度的修正就可以扭轉偏離狀態，變為穩定的情況。

3 TOO STEEP PATH情況下的進近和著陸

飛機在進近剖面上建立完著陸形態后，能量消耗速率會變為整個飛行過程的最大值。這種能量消耗速率是必須的，若能量消耗過少，會對飛機的著陸造成影響。若通過勢能轉化為動能來滿足飛機進近的需要，這種情況也是不安全的，如果需要復飛，發動機需要更多時間加速到最大推力，這樣會導致缺乏能量可以修正小速度或者開啟復飛。

以下闡述的前提是飛行方式FMA在NAV模式之中。為了更為直觀表述，暫且舉例把前方進近航路的二個點設為VV011和VV012，這兩點位置在起始進近點前。由于限制要求，過VV011限制高度為17700FT，過VV012限制高度為7900FT，這兩點距離為5海里。按照這個限制設定，MCDU計劃頁面上這二點之間肯定會出現一個剖面過陡的信息，既有TOO STEEP PATH的顯示。

在從VV011前下降時，將17700FT的改平點做在VV011時，進程頁PROG的重直偏離VDEV會顯示出正常。這是因為此時的VDEV是從前一點的VV011的高度限制17700FT計算的。由此，在剖面上會很合適。但如果此時考慮不到后面有“TOO DEEP PATH”剖面過陡的信息，不減速降低能量，勢必會造成飛機過了VV011后，VDEV一下子會高幾千尺，即高于下降剖面很多。因此時的計算機又會從前一點的VV012的限制高度7900FT計算出新的重直偏離。

那么易引出一個問題：這么短的距離要消耗這么多的高度，如在VV011前沒有準備好降低能量的措施，勢必造成進近失敗。由牛頓第一定律可獲知，除非受到外來的作用力，否則物體的速度可以保持不變。當飛機在巡航高度保持速度不變的直線飛行時，此刻飛機相當于所受的外力合力為零。在飛機進近階段也是同樣的道理，如果外力合力一直為零，從理論層面來看，飛機將“飛”到目視參考點上，此刻飛機在垂直方向的剩余能量是不可接受的，這會對飛機的著陸造成嚴重威脅。

基于此，又該如何正確處置前方“TOO DEEP PATH”剖面過陡的情況呢？首先在下降中用下降率方式，將17700FT的改平點做在VV011上方后，隨即在MCDU計劃頁上的VV011右側的高度限制17700FT刪掉，計劃頁面的上TOO DEEP PATH隨即消失。此時的計算機會從VV0012的7900FT限制高度計算出一個正確的實際高出正常剖面較高的重直偏離數值，在第一時間就提供了高于剖面的正確偏離數值，這時完全處于主動位置，有時間來減速，放外型。在飛機拉平過程中，飛機的運動趨勢是關鍵所在，飛機拉平時擁有較為穩定的進近速度與垂直速度，若存在偏差，飛機便會脫離計劃，因此必須改變拉平速率，讓飛機得到有效的控制。理想情況下，由于飛機垂直方向的速度為零，飛機可在類圓周運動的最低點接地，此時飛機起落架承載負荷較小。大多數情況下，飛行員在收油門之前，會借鑒外部的目視參考，加上過往的經驗來判斷是否需要調整計劃，選擇一個較合適的速度飛行，同時保證飛行航徑角穩定，用標準程序的著陸技術便可獲得正常的接地速度。伴隨著緩慢且連續的下滑弧線，此時飛行員確保17700FT過VV011時額外多余的能量已消耗完，為穩定進近做好充足的準備。

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