一种反向程序设计分析_梁宇丰.pdf

-29-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2023中国科技信息 2023 年第 3 期航空航天反向程序是起始进近程序中较为常见的进近程序，广泛应用于各民用运输支线机场的起始进近程序的设计中。反向程序可用于起始进近程序从一个位于机场或其附近的电台（程序转弯为定位点）开始；或在中间进近定位点要求大于70的转弯，而没有可用的径向线、方位线、雷达引导、推测航迹或 DME 信息以帮助引导航空器转至中间进近航迹；或在切入中间进近定位点要求大于 120的转弯。反向程序又分为基线转弯和程序转弯两种类型，两种类型的反向程序均为航空器在完成出航航段飞行后衔接一个转弯，用以将航空器能够正确切入至入航航段，在此飞行过程中航空器还要兼顾下降高度和调整速度。而两种类型中的基线转弯是最为常见的反向程序，程序转弯在目前投入运行的支线机场中的使用频率较少。基线转弯概述基线转弯由程序起点、出航航段、转弯段组成。程序起点必须是一个导航台，且航空器在加入基线转弯前的航迹范行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度梁宇丰四川省成都市双流机场西南空管局一种反向程序设计分析梁宇丰围应该在出航航迹的 30范围以内，如果超过 30范围则必须提供额外的保护空域以保证航空器能够机动飞行调整航向正确飞至出航航段。出航航段是一条可以用计时、导航台径向线、DME 距离来进行限制的规定的出航航段，在出航航段结束后续衔接一个转弯，用以将航空器切入入航航段。根据基线转弯出航航段的规定，一般采用以下两种方式对出航航段进行设计：出航背台飞行，规定出航背台飞行航迹，并使用 DME 距离来限制出航的距离；出航背台飞行计时，通常计时规定在 13min 之间，以 0.5min 为增量。如图1所示，使用NDB台出航计时2min的基线转弯保护区。由于背台飞行计时的方法受到计时误差、转弯时机、高空风和表速地速等多种不确定因素影响，会造成出航航迹及后续入航转弯航迹不固定、预定航迹不可预期、保护区过大等多种问题，所以目前国内支线运输机场的基线转弯出航航段通常使用 DME 距离限制出航距离的方式，并规定一个出航航段的航迹，这样出航航段相对固定，转弯点和转弯时机也被固定了下来，大大降低了出航飞行中的不确定性，在实际设计中基线转弯的保护区也得到了相应的缩减，对于起始进近和中间进近的高度设置起到了改善作用。如图 2 所示，某机场使用VOR/DME 台限制出航距离的基线转弯程序及保护区。从图中可以明显看出，在利用 DME 台限制出航距离并规定一个出航航段的航迹后，入航转弯部分的保护区，相较于出航计时的入航转弯保护区，保护区范围得到了优化和改善。同时，出航转弯点位置被出航航迹和DME距离共同确定，入航转弯航迹得到了控制，入航切入点也进一步被明确了下来，航空器在执行基线转弯时有了明确的预期航迹。程序转弯概述程序转弯分为 45/180程序转弯和 80/260程序转弯两种方式，程序转弯由程序起点、一条有航迹引导的直线航段、出航转弯、一条无引导的出航航段（仅限45/180程序转弯）、入航转弯组成。程序转弯的起点必须是一个导航台或一个定位点，直线航段可采用计时、导航台径向线、DME 距离这三种方式加以限制。与基线转弯类似，直线航段也可采用背台飞行计时和DME 距离限制的两种方式，为了减少计时误差、高空风和表速地速等不确定因素影响，一般采用 DME 距离的方式限制直线航段，以明确转弯点位置。如图 3 和图 4 所示。从图中可以看出，两种程序转弯的飞行航迹存在一定差异，45/180程序转弯在出航航段通过计时完成出航飞行，在计时结束后转弯切入入航航段，而 80/260程序转弯在直线段转弯点位置后，航空器开始连续的转弯，在此连续转弯的过程中没有任何引导或限制措施，对航空器的连续转弯时机提出了较高的要求。两中程序转弯的不同之处也造成了对应的保护区略有差异，特别是 40/180程序转弯，中国科技信息 2023 年第 3 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2023-30-航空航天在转弯后有一段出航计时的飞行，受到计时误差和风速等影响，保护区范围会有一定程度的增大。基线转弯和程序转弯对比1.所需空域范围根据基线转弯和程序转弯的组成对比分析，基线转弯通过导航台背台飞行的过程降低高度，出航航迹与着陆五边之间存在一定的夹角，航空器的飞行高度和飞行速度越大，出航航迹与着陆五边之间的航迹夹角就越大，基线转弯的标称航迹占用的空域也就越大。而程序转弯是通过沿着着陆五边方向反向飞行，到达转弯位置后再出航计时飞行或开始执行连续转弯，最后切回着陆五边。这样不同的飞行方式，导致了在相同飞行条件下，基线转弯的标称航迹所占用的空域范围相对程序转弯大，主要体现在基线转弯的出航航段起始位置，在某些机场的跑道两侧或周围存在噪声敏感区或特殊限制的情况下，在基线转弯无法设计时，可考虑使用程序转弯进行设计。2.地形影响程度基线转弯和程序转弯这两种反向程序，在对机场进行设计时，最为重要的作用均是保证航空器能够与障碍物保持安全的垂直间隔并顺利完成整个飞行过程。对三种反向程序的保护区进行叠加，在相同飞行参数（如转弯高度、转弯速度等）条件下，基线转弯在进入导航台时的保护区范围会比反向程序的保护区范围大，但是在入航转弯位置保护区范围会比反向程序范围小，特别是基线转弯与 80/260程序的保护区差异非常小，如果再深入考虑进场航段与起始进近航段的保护区衔接问题，基线转弯与程序转弯在导航台位置的保护区差异也会更小。所以在相同飞行参数条件下，可以说基线转弯与程序转弯保护区范围差异相当，两种程序受地形影响程度也就相当。如图 5 所示，相同飞行参数条件下的保护区主区叠加图，实线为基线转弯程序及其保护区主区，虚线为 40/180程序及其保护区主区，点状线为 80/260程序及其保护区主区。3.导航信号依赖程度基线转弯和程序转弯均属于传统飞行程序，两种程序均需要地基导航设施的信号引导支持才能完成整个飞行，但是二者在导航信号依赖程度上有较大差异。基线转弯在出航航段和入航航段均需要导航台提供必要的信号引导，并且出航航段和入航航段所需的导航信号方位均不同，这样对导航台的信号覆盖提出了一定的硬性要求，也导致了基线转弯对导航台的信号依赖程度较高，如果在出航航段周围存在信号遮蔽或信号干扰等问题，造成导航信号无法覆盖出航航段，基线转弯就难以实施。而程序转弯虽然在出航转弯前和入航航段也同样需要导航台信号引导，但是导航信号引导的方向均为着陆五边方向，只要导航信号能够满足进近着陆的引导要求，即可满足程序转弯的引导要求，对导航信号的覆盖要求较低，同时程序转弯在脱离五边开始出航飞行时不再需要导航台的引导信号，45/180程序转弯在 45转弯后采用计时的方法进行飞行，80/260则是采用连续的转弯的方式进行飞行，所以程序转弯对导航台信号的依赖程度较基线转弯低。笔者认为程序转弯对导航信号依赖程度低，是其最为突出的优势，在净空复杂的河谷地形条件下的机场，在导航信号覆盖受限的情况下，可以考虑使用程序转弯解决导航信号图 1 NDB 台出航计时基线转弯及保护区图 2 某机场基线转弯程序及保护区图 4 某机场 80/260程序转弯保护区图 3 某机场 40/180程序转弯保护区-31-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2023中国科技信息 2023 年第 3 期航空航天覆盖不足的问题。4.机组操作难度无论是基线转弯还是程序转弯，最终的使用用户还是航空器飞行员，反向程序好不好飞行，执行反向程序的操作难度是否符合机组操作习惯，也是选取基线转弯还是程序转弯的重要考量因素。基线转弯在航空器出航飞行时，由导航台为航空器的飞行提供信号引导，在出航飞行过程中，飞行机组可以下降高度和调整速度，为入航转弯做好准备，并且在基线转弯中仅在入航转弯部分需要机组重点关注转弯时机，如果使用DME距离限制出航航段，出航航段的转弯点位置更加明确，机组执行转弯的时机也更加明确，整个基线转弯过程中的机组操作难度相应降低。而在程序转弯中，机组在整个过程中不仅要下降高度调整速度，还要在转弯点后持续关注出航计时的时间或是执行连续转弯飞行，这对机组的操作提出了较高的要求，并且机组在整个飞行过程中还要持续关注转弯高度、飞行速度和转弯时机，一旦转弯高度过高、飞行速度过大或转弯时机延后等问题，航空器极易出现偏出入航航段，无法正确切入着陆五边的情况。通过以上四个方面的对比分析，基线转弯与程序转弯各有优势，笔者将二者对比结果进行了整理，以表格方式直观的展示二者的优劣势。如表 1 所示。表 1 基线转弯与程序转弯对比表基线转弯程序转弯所需空域范围大小地形影响程度相当相当机组操作难度低高导航信号依赖程度高低国内实例分析以国内某机场为例，该机场属于平原机场，机场东北至正北方向和西南方向存在海拔高度较高的山脉，机场周边净空较差。该机场投入运营时间较早，在投入运营后进行了增设导航台的扩建工程，在增设导航台的前期设计阶段中，初步将导航台规划在跑道东侧，作为场内台进行设计，在前期飞行程序设计过程中根据导航台规划位置设计了基线转弯程序，并使用仿真软件对导航台的信号覆盖情况进行了模拟仿真分析。如图 6 所示。从图中可以看出，受到机场周边地形影响，在海拔高度 2 150m 时，机场两端的导航信号覆盖范围较广，但是在跑道两侧的覆盖范围受到了限制，特别是在机场西侧覆盖范围进一步缩小。叠加基线转弯程序进行分析，在出航航段飞行至转弯点的过程中，导航信号受限位置的覆盖边界与出航航段之间不足2km，导航台信号对基线转弯程序的支持不太理想，这样的信号覆盖情况要求航空器必须严格保持出航航迹飞行，一旦由于导航误差、飞机技术误差、高空侧风等原因或特情原因导致航空器偏航，就会出现导航信号丢失的情况，航空器只能中止此次进近，并立即爬升至扇区安全高度后考虑备降或返航。在这种信号覆盖的不理想的情况下，可以考虑采用程序转弯的方式降低对导航信号的依赖程度，特别是这种净空较复杂的地形，如80/260程序转弯可以纳入设计考虑范畴。如图7所示。小结本文从所需空域范围、地形影响程度、机组操作难度、导航信号依赖程度四方面，对基线转弯与程序转弯进行详细对比分析，阐述了两种程序类型的优劣势，并结合国内机场实例进行分析，供飞行程序设计人员在选择反向程序时参考。就目前国内各支线运输机场使用情况看，基线转弯依然是支线运输机场的首要选择，本文前面提到的国内某机场，在经过多次调整后，最后将导航台调整设置在了跑道南端延长线上，用以解决导航信号对基线转弯程序支持不理想的问题，而最终没有采用程序转弯的设计方案，足以看出基线转弯程序在设计和运行上的优势。根据笔者对现行航空资料汇编中西南地区各支线运输机场的统计，目前仅有一个支线机场在次降方向使用了 80/260的程序转弯，其余的支线机场在具备设置基线转弯程序的条件下，均设计并使用了基线转弯程序，可以看出基线转弯程序已在长期的运行过程中被机场、空管、机组高度认可。飞行程序的设计是灵活的，一切设计均以安全为底线，虽然基线转弯程序在支线运输机场的设计中是首要选择，但是程序转弯依然是反向程序中不可缺少的备选方案，这样就要求飞行程序设计人员要从空域、越障、经济性、操作性等多方面进行全方位统筹考虑，权衡各方案利弊，设计出最符合该机场运行的反向程序。图 5 某机场反向程序保护区主区叠加图图 6 导航台信号覆盖模拟仿真图图 7 80/260程序转弯信号覆盖图