关于起飞、复飞的性能评估方法及分析报告

文摘   2024-08-14 10:59   北京  



关于起飞、复飞的性能

评估方法及分析报告



——国航飞行技术管理部 顾凯



一、前言


对于起飞、复飞这两个飞行关键阶段的飞行程序设计、航空器性能基本要求、签派性能评估三者之间的关系,部分飞行机组存在混淆。就如同要想更好的实施基于胜任力的训练,我们首先需要理清金科玉律、九大核心胜任力、SOP之间的关系一样,对于起飞、复飞阶段性能评估,我们通过本文三部分内容,希望能够勾勒出一个基本的框架。

先来重现一个模拟机训练中的场景,在飞机即将起飞离地时,教员设置发动机失效,受训学员操作飞机离地后往往会在通讯环节进行如下的通话:“...发动机失效,保持一边,申请雷达引导...”。在V1时或V1后单发是初、复训中的必训科目,以上的场景相信大家都非常熟悉,但起飞后单发程序的处置中,真的可以保持一边吗?在没有制作相应EOSID的机场,飞行机组面对这样的非正常情况时,可以继续沿SID飞行吗?如果复飞单发,可以沿复飞路径飞行吗?

接下来,我们带着这些问题,针对起飞、复飞这两个阶段,从程序设计规范、规章对性能的要求以及签派放行时的越障评估三个方面进行分析。希望通过介绍,能够使飞行机组在运行不同机场离场及复飞程序时,更为全面地了解起飞、复飞性能要求与程序设计规范的关系,签派放行时对于不同机场起飞、复飞性能的越障评估与飞行实际运行时的越障性能考虑。



二、起飞、复飞阶段的程序设计规范
(关系)


(一)离场阶段程序设计(Ref.AC-97-FS-005R1)


1.设计原则

标准的程序设计梯度(PDG)为3.3%,起始于跑道末端(DER)之上5m(16ft)的一点。为了保证足够的超障余度(MOC),在标准的程序设计梯度(PDG)之下,还存在一个障碍物鉴别面(OIS)。

PDG在障碍物鉴别面(OIS)之上按至DER距离的0.8%提供附加余度。OIS的梯度为2.5%。

当有障碍物穿透OIS时,程序设计要求在航图上公布一个较3.3%更陡的PDG,以保证能按至DER距离的0.8%提供超障余度。


2.程序设计梯度的调整及公布

当有障碍物穿透2.5%的OIS面时,会调整程序设计的离场航线轨迹以避免OIS面被穿透。如果不行,则增大PDG以在穿透之前OIS面的障碍物之上,提供最小超障余度。(这个余度依然是从DER至障碍物距离的0.8%)

而这个因为障碍物穿透标准梯度而导致的超过3.3%的PDG会公布在航图上。


图一 程序设计梯度


为避开穿透障碍物而增加PDG时,PDG应该在飞越关键障碍物的位置点之后重新减小至标准的程序设计梯度(PDG)为3.3%。在障碍物上空同样是按照0.8%的梯度提供超障余度。


(二)复飞阶段程序设计(Ref.AC-97-FS-005R1)


1.总则

复飞相对于离场相对复杂,对于不同的进近类型程序设计规范不完全一致,比如水平保护区、起始爬升点SOC的确定、高度损失考虑(HL)等。但对于每个仪表进近程序都应制定一个复飞程序,并且应规定一个复飞程序的开始点和一个复飞程序的终止点。

(1)复飞程序起始于:

a.精密进近或有垂直引导(APV)程序达到决断高度/高(DA/H);或

b.非精密进近程序达到复飞点(MAPt)。


(2)复飞程序终止于一个高度/高,该高度/高必须足以允许:

a.    开始另一次进近;或

b.    回到指定的等待航线;或

c.    重新开始航线飞行。


2.爬升梯度和MOC

对于精密进近/非精密进近,在SOC点以后的标称爬升梯度为2.5%。如果复飞程序中规定了另外的梯度及与其相关的OCA/H值,则必须公布。


图二


非精密进近中间阶段的超障裕度主区30m、副区至外侧边界线性减小至零;最后阶段超障裕度主区50m、副区至外侧边界线性减小至零。


图三


精密进近的SOC位置及高度考虑了GP面(跑道入口平面-900m,与下滑道平行)到达OCA/H-HL时的高和距离。OCA/H和HL必须都对应于同一航空器。

直线复飞的超障裕度在最后复飞区内的障碍物标高/高必须小于:(OCA/H-HL)+do*tanZ


图四


注:do是从SOC开始平行于直线复飞航迹至障碍物的距离;Z复飞面与水平面的夹角。如果本准则不能满足,必须规定一个转弯以避开危险障碍物。如果转弯不可行,则增加OCA/H。



三、对航空器爬升性能的基本要求
(Ref.CCAR-25)


正常情况下,飞行机组必须确保程序设计规范的符合性,但在非正常情况下航空器是否还能严格按照程序设计规范的数据要求运行,则是一个需要评估确认的过程了。

举一个不恰当的例子,程序设计规范如同是道路的修建要求,这一套准则适用于双向十车道、120m宽的长安街,也同样适用于蜿蜒崎岖、高海拔的318国道。因此,道路是设计制造出来了,但预计在其上运行的汽车能不能达到性能要求,尤其是在发生故障时还能不能安全运行,则不再是程序设计的范畴了,接下来就是性能评估的工作。

性能评估通常分为两个部分:航空器性能基本要求(“出厂标准”)、签派放行时的评估要求(“实际运行情况”)。我们先来看航空器爬升性能的基本要求。


(一)起飞航迹的定义

起飞航迹从静止点起延伸至下列两点中较高者:飞机起飞过程中高于起飞表面450米(1500英尺);或完成从起飞到航路形态的转变并达到Vfto的一点。

注:航路形态指光洁形态、推力MCT设置;Vfto通常指绿点速度。


(二)V2速度定常爬升(起落架收上、单发停车)

在速度V2的定常爬升梯度,对于双发飞机不得小于2.4%。


(三)起飞航迹末端定常爬升

在Vfto的定常爬升梯度,对于双发飞机不得小于1.2%。


图五


(四)着陆爬升(着陆形态、全发工作)

当发动机功率(推力)是将油门操作杆从最小飞行慢车位置,开始移向复飞设置位置后8秒钟时的可用功率(推力),着陆形态的定常爬升梯度不得小于3.2%(基于跑道标高)。


图六


(五)进近爬升(进场形态,通常CONF2或3,单发)

以相应于正常全发工作操作程序的进场形态,定常爬升梯度对于双发飞机不得小于2.1%(基于跑道标高)。


图七


另,对于非正常程序中的超重着陆检查单及着陆性能分析表中(编码3、4)的重量限制均是基于以上的爬升梯度要求而制作的。


图八



四、签派放行时的越障性能评估
(运行实际)


以上的第(三)条的部分主要描述的是航空器“出厂设置”的基本要求,有两层意思:任何时候的爬升梯度要求都应至少满足以上条款的要求;但满足了基本要求并不代表着可以满足实际运行机场、程序的越障要求。

因此,接下来是运营人实际运行情况下的起飞、复飞性能评估,签派放行时的越障性能评估。


(Ref.AC-121-FS-2014-123)

1.总飞行轨迹:又称为实际飞行轨迹,是指在给定重量下按照飞机性能手册中的数据计算得到的上升梯度所确定的垂直飞行轨迹。

2.净起飞/复飞飞行轨迹:在总起飞/复飞飞行轨迹的基础上,考虑到飞行员的飞行技术误差和飞机性能变化引起上升梯度减小等因素,减去一个安全余量后所得到的垂直飞行轨迹(对于水平加速阶段,加速度要减少当量的数值)。对于起飞/复飞,减去的安全余量为:双发飞机0.8%。

3.涡轮发动机驱动的飞机不得以大于该飞机飞行手册中所确定的某个重量起飞,在该重量下,预定净起飞飞行轨迹以10.7米(35英尺)的余度超越所有障碍物,或者能以一个特定距离侧向避开障碍物。


图九


4.签派放行时的性能考虑

(1)障碍物信息(A型图、50km障碍物AIP)

按照《飞机起飞一发失效应急程序和一发失效复飞应急程序制作规范》(Ref.AC-121-FS-2014-123)9.1.4的要求,运营人在实施超障检查时,应考虑航空承运人所选定离场路线上的全部障碍物,不能只考虑A型图上的障碍物。


图十


因此,签派放行时除了完成对A型障碍物的评估以外,还会进一步地评估当次航班在机场离场路线中的全部障碍物。但是,机场各跑道的离场程序数量、走向、类型,是千变万化的,难道每一个离场程序都会去评估吗?

通常对于机场正常离场路径上的全部障碍物评估,签派采用的方式是:

a.考虑NAIP中50km范围内与离场路线相关的障碍物。


图十一


b.把以上障碍物“融合”在同一直线路径中进行评估。比如,不同离场程序中共存在编号为1、2、3的三个障碍物,距离起飞空中路径(T/O flight path)起始点的距离分别5km、10km、15km,在“融合”路径中会按照距离先后逐一考虑1号至3号障碍物的越障性能。对于关键障碍物还会同时考虑航空器转弯时的爬升梯度损失。


图十二


(2)与离场程序的匹配

签派放行的起飞离场越障性能评估是按照以上内容进行,这保证了起飞单发情况下,净航迹35ft的越障,也就是完成了当班航空器性能和所运行“道路”的匹配。但这只是正常情况下与SID的匹配,如果是针对EOSID呢?

a.需要制作起飞一发失效应急程序的情况有:

-《特殊机场的分类标准及运行要求》咨询通告中所列的需制作起飞一发失效应急程序的机场;

-民航局认为有必要制作起飞一发失效应急程序的其他机场;

-航空承运人出于特殊考虑(如关键障碍物位于标准仪表离场区域内,且该障碍物严重影响起飞重量),需要制作起飞一发失效程序。

b.EOSID的评估路径选择唯一性和完整性。

对于制作EOSID的离场程序评估,路径选择是有唯一性的,也就是说不会像正常SID,将全部50km范围内的障碍物进行“融合”分析,而仅仅是针对该EOSID进行越障性能分析。完整性是指,对于整个EOSID程序进行越障性能分析,而不受某个具体范围值内障碍物的影响,无论是否超过50km。

 

图十三


c.起飞性能分析表和EFB的识读

目前,公司使用的起飞性能分析表和EFB均是基于以上的计算逻辑实施的,但存在不同的标识方式。

-起飞分析表中标识为“XX EOSID”的图表是基于EOSID程序进行制作的,往往在这样的图表抬头,还会有一行小字明确此分析是基于传统/PBN仪表一发失效应急程序计算,以进一步明确离场程序的类别;


图十四


-起飞分析表中标识为“XX”的图表,是基于SID程序进行制作的,往往在这样的图表抬头同样会有一行小字明确,此分析是基于标准离场程序计算,以提醒机组此离场程序并无起飞一发失效应急程序EOSID的计算属性;


图十五


-EFB中的起飞性能分析标识的方式,是通过“起飞跑道”单元格进行选择的。图中红圈的标识代表,计算是基于PBN的仪表一发失效应急程序;黄圈的标识代表,计算是基于传统仪表一发失效应急程序;绿圈的标识代表,计算是基于标准离场程序和机场资料。


图十六


(3)复飞越障考虑

对于复飞越障,目前除高高原RNP AR进近程序以外的大多数其他进近着陆,在涉及限制编码3、4的情况下,仅是按照CCAR-25部所要求的,也就是前文提到的基本性能“出厂设置”进行的——基于跑道标高,考虑进近爬升和着陆爬升梯度要求。


图十七


那么需要制作一发失效复飞的应急程序的情况有:

a.着陆跑道同方向未公布仪表离场程序;

b.飞机预定着陆重量大于相同外界条件下起飞一发失效应急程序确定的最大起飞重量;

c.民航局认为有必要制作一发失效复飞应急程序的跑道方向;

d.航空承运人针对具体机型,出于安全和效益的考虑,制作一发失效复飞应急程序的跑道方向。

针对(b)条款的理解,如果当次航班的进近着陆重量低于该跑道EOSID确定的最大起飞重量,那么一旦发生复飞单发或单发进近时的复飞考虑,可以参考EOSID程序的路径实施。注意,这将进近复飞单发和起飞离场单发路径的选择联系了起来。

截至目前,我们分成三个层次:修路的要求(程序设计规范)、出厂设置(基本性能要求)、实际性能要求(签派放行的实施),介绍了我们所运行程序的设计准则(起飞/复飞)、航空器需达到的基本性能要求(起飞/复飞)、当次航班需考虑的性能降级情况下的越障要求符合性(起飞)。

那么针对文章开头提出的问题:起飞单发能不能保持一边、复飞单发或单发进近复飞路径如何选择,我们结合第五章的具体应用场景进一步讨论。



五、场景示例(西昌、香港)


1.起飞单发路径选择的优先原则

a.起飞单发路径选择优先顺序:

-EOSID(实际运行情况下的全路径越障评估);

-爬升梯度要求最小的合适SID程序(实际运行情况下,结合A型图、范围内障碍物的越障评估);

-VMC情况下目视飞行(目视规则下的“see、avoid”);

-其他,如雷达引导。

b.复飞单发路径选择优先顺序(不考虑提高DA/H等):

-一发失效复飞应急程序(如有,实际运行情况下的全路径越障评估);

-起飞一发失效应急程序EOSID(如有,参考本文第四章(四)条3款b项的内容);

-两者选其一,取爬升越障更有利者:

1)经过评估的爬升梯度要求较小的合适SID程序(权宜之计,尽可能选取经过障碍物评估的路径,即使实际情况并不完全一致);或

2)爬升越障较相关SID更为有利的标准复飞程序;

-VMC情况下目视飞行(目视规则下的“see、avoid”);

-其他,如雷达引导。


2.西昌起飞单发的性能考虑EOSID

举例一:西昌/青山机场的RWY18 BOPTU-09D离场单发。


图十八


方案选择:此离场是PBN程序,公司并未制作和提供机组基于PBN程序的起飞一发失效应急程序和性能数据,一旦发生在或V1后的单发,应及时联系ATC以最合适的路径切入基于传统程序的起飞一发失效应急程序路径EOSID;如果不能执行以上程序,则继续沿标准仪表离场。


3.香港起飞单发的性能考虑SID

举例二:香港机场的RWY07R BEKOL 3A离场单发。

方案选择:此离场程序有1400ft以下4.9%的爬升梯度要求,一旦发生起飞单发二阶段以后的越障可能存在风险,且公司并未制作该机场的EOSID程序。

但根据前文的介绍,对此SID在签派放行阶段是实施了结合A型图、相关离场程序范围内障碍物的越障评估。因此,可以选择继续沿SID水平路径飞行。


4.西昌复飞单发的性能考虑(选择EOSID)

举例三:西昌/青山机场的RNP RWY18进近单发或单发进近。


图十九


方案选择:此程序的标准离场程序有不低于4%的爬升梯度要求,单发后存在复飞越障风险,且公司未制作一发失效复飞应急程序。因此,在此场景下的复飞考虑应为RWY18起飞一发失效应急程序的水平路径EOSID。


5.香港复飞单发的性能考虑SID

举例四:香港机场的ILS RWY07C进近单发复飞。


图二十


方案选择:此进近程序有6.6%的爬升梯度要求,单发后存在复飞越障风险,且公司并未制作该机场一发失效复飞应急程序,也无相关跑道的EOSID。

因此,在此场景下的复飞,可以考虑选择较低爬升梯度的RWY07C的某一SID水平路径,比如ATENA 3C实施。

特此报告。


——本文源自《飞行员》杂志2024年第3期 总第125期






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