A320飞机进近中的能量管理

A320飞机进近中的能量管理------关于组织节油进近方法的讨论作者：川航飞行部LW背景1：------随着能源紧缺时代的到来，航空燃油作为一种不可再生资源将会越来越稀缺，这将大大增加航空公司的运营成本，这促使我们将更多的精力投入到节油这一新的课题中来。据统计，在民用航空领域存在着很多不必要的燃油消耗，这个原因是多方面的，同时也存在于很多环节中，作为飞行员，我们所要做的，就是怎样从飞行这个环节中节油。背景2：------随着民航业的长足发展，各个航空公司近年来都增大了飞行员的招收力度，怎样促使新进飞行员对航空飞行技术的快速掌握，逐渐成了一个新的挑战。据调查，在所有的飞行技术中，组织进近技术是一个最常用但也最不容易被掌握的难点，因为这涉及到经验问题，这是很多年轻飞行员，特别是新进飞行员所欠缺的，需要用很长时间积累。进近是飞行中一个非常重要的阶段，它是保障飞行安全的一个关键过程，组织好一次进近对整个飞行过程至关重要。进近的特殊性在于进近的过程中有很多不确定因素，所以对很多飞行员，特别是新进飞行员很来说，很难做到对进近过程的精确控制，就更不要谈节油了。为了解决这两大背景下的难题，文章提出节油进近的概念，以达到在进近中节油和对新进飞行员组织进近方法教学探讨的目的。经验表明，人对新事物的理解都是从固定模式开始的，这有利于对该事物的基本掌握，为了促进飞行员对组织进近技术的快速掌握，我将进近过程进行量化，形成一个基于节油的、具有参考价值的固定组织进近套路和基本组织进近模式，飞行员在掌握这个的基础上，在以后的飞行中逐渐提高对组织节油进近的理解，不断精确，从而形成一套适合自己的组织节油进近方法。对于飞行员来说，掌握一种好的组织进近方法是必要的，要掌握一个组织进近的方法，首先要了解什么是进近。简单点说，进近就是从巡航下降开始，运用标准飞行程序，保持标准仪表进场路线到1000FT稳定在着陆形态，以便为后面的安全落地创造好条件。组织进近的方法有很多，区别就在于每种方法的侧重点不一样，在确定安全的前提下，有的是为了减少进近时间，有的是为了追求飞行的舒适性。其实，真正好的组织进近方法应该综合考虑每一个因素，在相同的前提条件下，尽量节省燃油、缩短留空时间、并保证整个进近过程中旅客的舒适性，这就存在一个组织的策略性在里面。所有的飞行员都希望在每一次飞行中组织出理想的进近，但实际飞行中我们通常都非常小心和谨慎，因为我们担心高度太高或者速度太大，会导致后面阶段需要用到非常规手段，甚至可能造成1000FT不能稳定进近，所以我们平时都留有较大的余度，这是正常和合理的，但是，余度也应该有一定的合理范围。在金融危机的背景下，并且随着油价的飞涨，航空公司的运营成本越来越高，如果每架飞机每次进近的余度留的都很大，不仅增加了飞机的留空时间，还会消耗更多的燃油，同时减少发动机的使用寿命，大大增加了航空公司运营成本，所以，我们应该追求更加合理地能量管理和更加精确地进近组织，在保证标准规范和安全操纵的前提下，尽量做到节油省时，这要求我们要对进近有更加全面准确的判断和掌握。进近实际上就是一个使飞机不断消耗能量的过程，飞机在巡航时具有很大的高度势能和动能，而飞机落地时如此多的能量是危险的，所以我们要在进近过程中将多余的能量消耗掉，但这些能量什么时候开始消耗、怎么样消耗才能使飞机最省油，这就是一个进近中能量管理的问题。从理论上讲，最省油的能量管理就是要使飞机的总能量一直处于有计划的递减过程中，并且在指定的位置刚好减到指定的能量，在整个过程中，飞机仅依靠自身的剩余能量就能达到指定的飞行状态，而不需要额外的能量供给。进近中飞机能量的管理实际上就是我们通常所说的组织进近，引申过来，最省油的组织进近就是将飞机从巡航时的高度和速度，减到1000FT的高度和最终进近速度Vapp，在整个过程中，飞机仅依靠巡航时本身就拥有的高度和速度来满足且刚好满足整个进近过程中各个位置点的指定状态，而不需要额外的油门供给。说简单点，就是使用正常程序，沿着标准仪表进场航路，在不使用减速板的情况下，从巡航下降开始到1000FT稳定进近时油门始终处于慢车状态。而在实际飞行中，要想完全做到这一点是很难的，这不仅要求飞行员对进近高距比和飞机下降减速性能有精确的掌握，而且还要外界实际条件相当配合。事实上，我们可以用坐标图来分析进近中飞机能量的变化,如图:以飞机的能量作为纵坐标，以飞机与跑道头的剩余距离作为横坐标，我们可以得出一条曲线，即进近能量曲线，它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更大的进近能量，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，但它的减小过程不是线性的，而是具有一定曲度，进近的策略就体现在对这个曲度的调节上。每一次进近都不一样，所以每一次进近的能量曲线也都不相同，将所有的曲线放在同一个坐标图上就构成了一个曲线范围，如图：这个范围的上限，称之为进近能量包线，它是一个临界值，代表了进近中飞机可以拥有的最大能量，当进近中的飞机的能量超过该包线时，飞机就无法在落地时将能量减小到安全值，当飞机在进近的整个过程中能量一直处于包线上时，飞机可以且只能保持慢车才能在落地时将能量减小到指定值，所以进近中当飞机能量处于能量包线上时是最省油的；当飞机的能量低于包线时，后面的进近就必须由发动机补充能量，否则落地时飞机的能量就达不到指定值，低于包线越远飞机越耗油；曲线范围的下限是保证飞机能安全落地的最小能量曲线，这是由区域最低安全高度和飞机最低飞行性能共同决定的，精确解释下限没有太大意义。进近时，只要保证飞机的能量曲线处于包线以内，那么，进近就满足能量要求，飞机是正常和安全的，所以，在确认飞机的能量处于包线范围内的前提下，我们可以追求更加节油和快捷的进近方式。通过计算，我们能够得出这个包线值，即临界能量曲线，这样，我们在进近中就可以不停地控制飞机靠近这个临界曲线，而不超过它，也就是说，尽量让实际飞行中的进近能量曲线不断接近于能量包线，这样，进近就是节油和快捷的。由于飞机的能量由飞机的高度和速度共同构成，所以我们可以简单地将能量曲线分解成单独的高度曲线和速度曲线，如图：在图中，高度曲线与速度曲线的交点就在1000FT，这表示飞机的高度势能和动能在1000FT时刚好相等，这是根据高度势能和动能的计算公式得出的。设高度势能为Eh、动能为Ev、高度为H、重量为m、速度为v，那么，根据势能公式：Eh=HG=Hmg，和动能公式：Ev=1/2mvv，当V=Vapp=145kt时，H=1000ft。也就是说，当飞机在1000FT双发失效，或者即使在速度为零的情况下，通过1000FT的高度落差，在飞机接地的时候速度也能达到进近速度，这一点也能够从侧面说明1000FT必须稳定进近的重要性。要精确计算出能量包线，实际上就是要计算临界能量曲线所代表的高度和速度，即临界高度和临界速度，其定义为：进近中飞机所在位置的最大高度和速度。如果飞机在某一点的高度或者速度大于该点的临界高度和临界速度，那么后面的进近就不能以正常方式下降或者减速了，可能会用到增速下降再减速的方法或者用减速板，甚至提前放轮，才在能在1000FT稳定进近，这是不经济的，等于增加了巡航时间，减少了慢车时间。如果飞机此时此刻位置的高度和速度小于该位置的临界值，后面的进近就需要增加油门来保持状态，这同样是不经济的，会增加额外的油门供给。进近的最终目的是使飞机在1000FT稳定，这是一个逐渐消耗能量的过程，这就注定了临界能量值是随着飞机离跑道距离的变化而变化的，而且是随着飞机不断地接近跑道而逐渐减小，好的组织进近是控制飞机仅以自身的持续慢车就可以保持且刚好连续保持临界值的过程。要完成一个好的进近，对临界曲线值的大概掌握是必须的。我们平时飞行时，通过知道了临界曲线的位置，不仅可以去控制飞机靠近临界曲线以到达节油的目的，同样还可以将临界曲线作为判定飞机下降剖面高低的依据。只要知道了临界值的计算方法，我们就可以随时很清楚地了解当前位置的最大高度，或者是当前高度的最小距离，以此来判断飞机是否在临界曲线上，是高了还是低了，具体高多少又低多少。计算临界曲线值的方法归纳起来为两种，第一种为反推计算法，较为复杂，第二种为分解计算法，相对简单。下面我先来一一介绍。一、反推计算法前面已经阐述过组织进近的目标是使飞机在场高1000FT时达到稳定进近，组织的原则是从初始下降到1000FT稳定进近时一直使油门处于慢车状态，既然我们知道了组织进近的终端目标参数和组织原则，那么要得出临界值，我们就可以从目标结果向前面一步一步的逆向倒推得之。我们先来计算建立下滑道点的高度。在实际飞行程序中，我们在通常会选择一个航向切入五边以建立盲降，切入五边的点通常是ND上的五边进近点，也就是进近图上公布的五边开始的点，即中间进近定位点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。既然我们要计算出临界值，那么我们就要以该点的最大高度来计算。我们可以很清晰地知道该点的最大高度应该是该点的下滑道高度，如果高于该点的下滑道高度就必定导致后面必须高高度建立盲降，这不是一个常规的进近；如果低于该下滑道高度就必须改平去截获，假设速度不变的情况下，就会导致加油门，这又是不经济的。五边建立下滑道点的高度计算需要参考进近图。我们国家大部分机场的五边都是设计以三度下滑角进近的，进近图上提供了IF点到跑道头的距离，用公里为单位标出。以双流机场为例，如图：IF点距跑道头的距离公布的是15.7KM，根据三角函数可以算出：15700m乘以tan3=823m，823m乘以3.28=2700ft,再加上机场标高1625ft，该点截获下滑道的实际高度为：2700+1625=4325ft事实上，很多机场的公布高度和实际截获高度的差距是很大的。实际飞行中我们可以用一种更简单的计算办法，将公里换算成海里，即公式：五边进近点IF距离跑道的海里数乘以300+机场标高，就等于IF点截获下滑道高度。15.7km约等于9nm，然后乘以300，再加上机场标高1625ft，就是五边建立盲降的高度4325FT。再来计算该建立下滑的点的速度。由于该点是建立盲降下滑道的点，所以该点应该开始以3度下降角下降，飞机下降时减速相对较慢，为了在1000ft减速到Vapp，在下滑点必须开始减速至F速度，这也和手册上描述的以形态1建立下滑道的描述一致，也就是说，飞机保持慢车到该下滑点时的速度应该刚好为S速度，大概为180KT，然后紧接着放形态2建立下滑道，继续以慢车减速至F速度，这样才能使飞机一直保持慢车减速。需要指出的是，我们国家大部分机场的五边建立下滑道高度都是小于场高3000FT的，对于那种拥有长五边，且建立下滑道高度在3000FT以上的机场，我们当然可以在建立下滑道以后仍然保持形态1，直到接近场高2000FT时再放形态2，但这需要时刻注意速度是否有增加的趋势，假如速度增加超过放形态2的最大速度，可能后面就难以在1000FT稳定进近了，所以，一旦观察到速度有超过放形态2的最大速度的趋势时，可以将起落架不按顺序提前放出用来减速，这并不违反空客飞机的操作原则。为了始终保持慢车，飞机应该以慢车的方式飞到五边建立下滑道点，并且飞到该点的高度刚好为该点截获下滑道的高度，同时刚好减速到180KT，飞机截获盲降后，又继续以慢车在下滑道上减速和下降，这样才能让飞机在建立盲降前后连续保持慢车。关于五边放轮的时机，这有一个很好用的计算方法，只要飞机已经建立了盲降，在放出了形态2的情况下，那么：放轮的场高=当前的地速乘以10，再加上200FT，例如：当前ND左上角地速是160KT，那么放轮的场高就是1800FT，双流机场标高是1600FT，所以放轮的实际高度是1800FT+1600FT=3400FT，其中加上的200FT是余度。这个方法的好处在于不用考虑风的影响，因为用地速计算已经是将风的影响考虑进去了。根据以上计