空客近地警告和能量管理的一些认识

金龙

摘 要：民航飞行中，近地警告系统的作用是防止可控飞行撞地事故，近地警告系统的报警阈值设定对报警性能产生的影响较大，影响航线的飞行安全，因此具有十分重要的研究价值。文章在介绍概念的基础上，针对过大下降率这一报警方式进行深入研究，结合实际笔者实际工作情况，提出具有参考性的应对策略，帮助管理部门优化管制策略，以达到促进民航运输系统整体性发展的目的。

关键词：近地警告；飞行；策略

中图分类号：F562 文献标志码：A 文章编号：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

飞机撞地失事分为两种情形，第一种情形是灾难性气象或飞机机械故障导致飞机失去控制而坠毁，这种情形称为失控撞地；第二种情形是飞机没有机械故障，在正常操作飞行中因为不了解地形而撞到障碍物上，或者无法预测气象，导致飞机撞到障碍物而发生的事故，还有进近着陆过程中由于误判高度造成的事故，这类情形称为可控飞行撞地。根据数据，可以发现可控飞行撞地是影响飞行安全的首要因素。

1 空客飞机警告系统发展过程

上个世纪80年代，空客推出A300-600与A310后，变为两人制机组。空客意图将自动化系统代替飞行工程师的职责，研发出空客特色的ECAM系统，该系统意味着，空客自动化理念已变成先进民用飞机自动化水平的标志。

第一代ECAM是空客A300-600以及A310上推出的。第一代 ECAM没有百分百代替机电式的发动机指令，但是对比之前的系统，已经拥有ECAM几种典型的功能，包括空客特色的ADV与高级排序架构、飞行阶段触发简图页、自动显示系统画面、全自动电子检查单、派生/根源/独立故障。上面这些功能并非凭空想象出来的，而是通过深入研究空客二人制机组在处理一般情况下的操作程序以及工作量之后，专门设计的产品。后续开发的第二代ECAM与第三代ECAM系统有较大的改进，在典型特征上仍然保持与第一代ECAM基本一致。

通過研究空客A310以来的不同机型，并参考庞巴迪交流的经验，可以发现空客ECAM对全部警告类消息都做了排序。这代表着每一个警告消息在设计过程中已拥有对应的序号。当出现突发状况时，ECAM系统传达的消息并非根据时间排序，而是根据提前准备好的序号进行排列。如果设计过程准确无误，不管以哪种形式出现警告，飞行员都可以根据ECAM的指令以最高效的方式处理突发状况。

2 TOO STEEP PATH情况下的能量管理

2.1 能量管理原理

在航线确定之后，对应的飞行过程是确定的，均要经过起飞、爬升、巡航、下降、进近、降落等步骤。由于飞机的飞机特性存在差异，本文以空客飞机为例展开阐述。

飞机下降和进近的过程中，飞机的能量不断消耗。飞机在巡航的阶段，具有较高的高度势能和动能，这会对飞机落地造成很大的威胁。在一些限制区，山区进近时，由于二点之间距离较短，但要求下降的高度较多，在MCDU计划页面这二点之间就会出现TOO STEEP PATH的显示，以提醒飞行员前方下降剖面有一个过陡的航段，也代表着此处有较大能量的累积。因此，飞行员在下降和进近过程中要消耗多余的能量，飞机通过势能的转化以及发动机推力的持续补偿，让飞机动能维持在一定的能量水平，这个过程一直持续到飞机到达跑道入口拉平高度，随后飞机进入着陆阶段。

飞机的能量水平由于势能（高度）与动能（速度）组成。在飞机下降和进近的阶段，必须考虑位置、速度、高度、推力、构型、空气等因素。位置，具体内容是距离接地点位置决定当前的能量总体需求。速度，具体内容是通过动能与势能的转化，对飞机的能量进行管理，速度快具有能量消耗快的特征。高度，具体内容是高度具有势能属于飞机下降阶段无法再生的能量。推力，具体内容是推力的大小对总体能量消耗进行补偿或者维持当前总能量。构型，具体内容是飞机的起落架、扰流板的放出将会改变气动外形，加快能量消耗的速率。空气，具体内容是空气高海拔机场和风会改变能量水平的预估。

2.2 具体步骤

在掌握能量管理之前，先要了解决断关口的概念。在飞机进近与着陆的过程中，很多个目标组成一道道关口，一定要到达各关口的要求，才能顺利进近。在此过程中，若存在任何要素或者任何目标未能达成目标，飞行员必须马上采取措施。决断关口的设置需要考虑这些点位：起始进近定位点、走廊口或是进近区域边界点、中间进近定位点、仪表进近/目视、最后进近定位点。

在设计决断关口的过程中，需要借鉴进近/进场图。在此基础上，自主选择的其他定位点或是外指点标可以作为评判关口，作用是判断进近是否按照计划开展。仪表进近/目视应该作为一个关键的决断关口，作为飞机的最终稳定高度，不得不实现以下条件：飞机在所需着陆状态、无过大的飞行参数偏差、一般在慢车之上保持在所需下滑道上的目标速度且推力稳定、飞机在正确的水平和垂直飞行航径上。根据航空公司的规定，若飞机在目视条件AGL500英尺或是仪表条件下AGL1000英尺，没有以着陆形态稳定在进近航径上，则需要选择复飞，除非机组判定飞机偏离是由于外部颠簸导致，需要小幅度的修正就可以扭转偏离状态，变为稳定的情况。

3 TOO STEEP PATH情况下的进近和着陆

飞机在进近剖面上建立完着陆形态后，能量消耗速率会变为整个飞行过程的最大值。这种能量消耗速率是必须的，若能量消耗过少，会对飞机的着陆造成影响。若通过势能转化为动能来满足飞机进近的需要，这种情况也是不安全的，如果需要复飞，发动机需要更多时间加速到最大推力，这样会导致缺乏能量可以修正小速度或者开启复飞。

以下阐述的前提是飞行方式FMA在NAV模式之中。为了更为直观表述，暂且举例把前方进近航路的二个点设为VV011和VV012，这两点位置在起始进近点前。由于限制要求，过VV011限制高度为17700FT，过VV012限制高度为7900FT，这两点距离为5海里。按照这个限制设定，MCDU计划页面上这二点之间肯定会出现一个剖面过陡的信息，既有TOO STEEP PATH的显示。

在从VV011前下降时，将17700FT的改平点做在VV011时，进程页PROG的重直偏离VDEV会显示出正常。这是因为此时的VDEV是从前一点的VV011的高度限制17700FT计算的。由此，在剖面上会很合适。但如果此时考虑不到后面有“TOO DEEP PATH”剖面过陡的信息，不减速降低能量，势必会造成飞机过了VV011后，VDEV一下子会高几千尺，即高于下降剖面很多。因此時的计算机又会从前一点的VV012的限制高度7900FT计算出新的重直偏离。

那么易引出一个问题：这么短的距离要消耗这么多的高度，如在VV011前没有准备好降低能量的措施，势必造成进近失败。由牛顿第一定律可获知，除非受到外来的作用力，否则物体的速度可以保持不变。当飞机在巡航高度保持速度不变的直线飞行时，此刻飞机相当于所受的外力合力为零。在飞机进近阶段也是同样的道理，如果外力合力一直为零，从理论层面来看，飞机将“飞”到目视参考点上，此刻飞机在垂直方向的剩余能量是不可接受的，这会对飞机的着陆造成严重威胁。

基于此，又该如何正确处置前方“TOO DEEP PATH”剖面过陡的情况呢？首先在下降中用下降率方式，将17700FT的改平点做在VV011上方后，随即在MCDU计划页上的VV011右侧的高度限制17700FT删掉，计划页面的上TOO DEEP PATH随即消失。此时的计算机会从VV0012的7900FT限制高度计算出一个正确的实际高出正常剖面较高的重直偏离数值，在第一时间就提供了高于剖面的正确偏离数值，这时完全处于主动位置，有时间来减速，放外型。在飞机拉平过程中，飞机的运动趋势是关键所在，飞机拉平时拥有较为稳定的进近速度与垂直速度，若存在偏差，飞机便会脱离计划，因此必须改变拉平速率，让飞机得到有效的控制。理想情况下，由于飞机垂直方向的速度为零，飞机可在类圆周运动的最低点接地，此时飞机起落架承载负荷较小。大多数情况下，飞行员在收油门之前，会借鉴外部的目视参考，加上过往的经验来判断是否需要调整计划，选择一个较合适的速度飞行，同时保证飞行航径角稳定，用标准程序的着陆技术便可获得正常的接地速度。伴随着缓慢且连续的下滑弧线，此时飞行员确保17700FT过VV011时额外多余的能量已消耗完，为稳定进近做好充足的准备。

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