控制的意义（一） ——与西风同行

原来如此chr6vu 2019-02-18

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前言

每到冬季，西风急流就会对我们的飞行产生各种影响，有好的也有不利的。大自然的这种巨大的能量变化，往往会让我们的工作变得更加复杂。这个章节我并不准备阐述气象的问题，而是另一个角度归纳预测和控制。起初这一章节应该是去年就完成的，由于个人原因，写得断断续续，此章内容可能会有一些争议，所以有不同意见的欢迎讨论。

一，能量

首先要说的就是能量问题，我尝试着使用一种新的计量方法，即推力和速度不变，在一定空间内飞机呈现的一种稳定状态，所以此处我们首先定义这个状态——平衡状态。（此定义仅仅是为了帮助我们更好的理解管理能量的方法）

我们先看上图，飞机在蓝区处于平衡状态，当周围环境从40KT向80KT过渡时，进入波动区。飞机保持在蓝区中的稳定状态进入波动区，受顶风增大的影响，相对于绿区，飞机的能量会显著增加，并通过动能和势能释放这种能量。我们回顾一下中学物理，势能公式为E=mgh，而动能公式为E=mv²。这里m是质量，g是重力加速度，h是高度，v是速度。因为m和g可以当作是一个常量，所以这种能量增加会体现在速度和高度上，此时AP会缓慢的调整飞机的各项数据，在完全进入蓝区后，飞机进入新的平衡状态。我们把上图中导致飞机本身能量增加的波动成为正波动，反之则是负波动。此处波动区是我们讲述的重点，它提供了我们预测未来风险的基础，且不仅仅是平飞会遇到波动区，在爬升和下降的过程中也会遇见，而下面我们将进入预测环节。

二，预测

一，来源。说到预测，我大概把预测的来源归纳为以下两种：

1，气象资料。气象资料有两种，一种是高空风图，这个一般只提供两个高度的风向风速，较为笼统；另一个是计算机计划中间的详细航路点高度层的风向风速及温度，这个参考价值较强，下面附图。

我们看到在GOSMA这个位置，24000英尺到30000英尺的风速变化达到了68KT，是整个高度区间里变化最大的一个波动区。当我们顶风爬升时，使用常用的开放爬升模式，选择固定的表速，按照能量公式，速度保持的情况下，能量会在高度参数上释放，导致上升率不断增加。有人要问，上升率大了还不好？实际运行中，由于AP考虑到舒适性原则，在姿态的变化上需要维持一定的过载，当风速突变时，AP的姿态调节远远不能满足过大的正波动，还是存在大幅超过目标速度的风险。当速度接近最大速度且遇见一些颠簸时，就极有可能超过最大速度。虽然飞机有高速保护的功能，但在中国我们是一点都不能超出的，这个人文问题不多做解释了。

2，地形和积云。上面说明了高空风的急速变化，而地形和积云是低空的主要特点，可以称为低空风切变。这里不讲解低空风切边的成因，自己回去可以看看《航空气象》，我个人推荐清华大学出版的最新版。

二，风险。接下来要说的是可能出现的风险，抛开风的成因，我们单单考虑风的变化，大致分为八种类型。按照高空风大低空风小的常规变化为基础（另一种情况并非不会出现）假设AP调节延迟于风的变化。

顶风爬升	上胜率增大；速度增大	正波动
顶风下降	下降率增大；速度减小	负波动
顺风爬升	上升率减小；速度减小	负波动
顺风下降	下降率减小；速度增大	正波动
顶风转弯	速度减小	负波动
顺风转弯	速度增大	正波动
上升气流	高度上升；速度增大	正波动
下降气流	高度减小；速度减小	负波动

考虑到因为巡航时COST INDEX 50的情况下，我们的速度更接近V_mo，所以对于超速警告我们需要重视速度增大的项目；而低空时我们的速度更接近V_mo，此时更应该重视速度减小的项目。即高空正波动是不利的，而低空负波动是不利的。面对这样的不利因素，我们需要根据不同情况，使用不同设备和提前预想进行控制，下面将讨论如何控制会更好。

三，控制

1，首先我们考虑超速的情况，那么我们的目标就是减少能量的方法。我们根据前面列出的导致速度增大的情况，那么顶风爬升，顺风下降和顺风转弯都是可能导致超速的。我们的方法无非就是增加阻力或者减少自身动力。

(1)，顶风爬升。一般来说爬升过程中应避免使用阻力，所以在了解飞机性能的前提下使用上升率会有效降低发动机推力。但是为避免超速也有人会减小速度，OPEN CLIMB的状态下，减速会进一步增加上升率，从而进入另一个风险区，超出目标高度或者造成飞行冲突。所以顶风爬升使用一个合理的上升率是比较理想的。

(2)，顺风下降。这种情况如果使用升降率下降，对于速度是没有保护的，当过大的正波动出现，就极有可能超速。而OPEN DES也并非是个好办法，由于在高空目标速度为马赫数，且该速度接近V_mo，也有一定的超速风险，况且正常情况下会产生很大的下降率，这也不是我们想要的。所以在开始下降的时候，首先适当减少一点速度，将发动机推力降低，然后根据实际情况和自己的判断考虑下降率和OPEN DES的使用。无论使用哪一种方式，最好提前降低自身动力，并将目标速度和V_mo之间留够裕度，为处置可能出现的正波动留下反应时间。当出现正波动，速度开始离开目标速度并接近V_mo，我们应该按以下顺序控制

(3)，顺风转弯和上升气流。顺风转弯的麻烦是，根据你的转弯角度，正波动的能量有可能会非常大。东海上空经常会出现200KT的风速，在这种风速中转弯时，极有可能AP（甚至人）还没来得及反应就已经超速了。而低空这种现象也常常出现，并且结合山地强烈的上升气流，或者峡谷造成的“管道效应”，都会在进近阶段出现40KT以上的风速。所以我们采取的措施只能以预防为主，根据你的转弯方向，判断接下来是否是一个强大的正波动。然后

2，下来我们说说增加能量的情况。

(1)，顶风下降和顺风爬升。这两种情况基本上不太危及安全，唯一要说的是顺风爬升的时候最好在低高度积累足够的速度。比如说这个季节昆明起飞向东飞行，有的人喜欢小速度爬升以更快的达到目标速度，可往往当较大的负波动出现时，速度已经很小，上升率也无法达到要求。基本上就是在风速变化最大的爬升阶段，却早已把能量耗尽。

(2)，顶风转弯和下降气流。我把这两种情况放在一起，是因为这都是进近阶段威胁航空安全的因素。进近阶段往往我们的速度很小，并带有形态，典型的动能小，阻力大，飞机性能是比较弱的。为尽量避免SPEED警告和不恰当的风切变警告，在预测到可能出现这种负波动前，我们提前增加进近速度是个不错的办法。这种方法需要一定的灵活性，千万不要拘泥于管理速度，使用选择速度以达到控制发动机推力的目的，这是最快的方法。

3，不良习惯。

(1)，第一个要说的就是对于模式的不当使用。只要是爬升一定是OPEN CLIMB，只要是下降就一定是V/S。我们一定要根据实际的外界情况，并对未来的轨迹进行预测之后再决定我们d额选择，而非盲目。比如说上升20000英尺使用OPEN CLIMB，OK的，可是上升2000英尺依然使用这个方法就有问题了。

(2)，有的人在由平飞转入爬升的时候为了让发动机提前增加推力，会先选择一个较大的速度，等推力迅速增加后在减小速度，以达到快速上升的目的。那么，问题来了，这个时候在顶风中遇见一个正波动，不光上升率很可观，速度也一样会很可观。

综上，我只想说，我们在驾驶飞机的时候完全没有驾驶自家汽车的关爱，谁开车会在绿灯亮起时油门到底冲出去，然后在200米后的红灯一脚刹车踩停呢？

四，结构与舒适

一，结构。

从结构上讲，我们尽量的避免飞机设备的全量操作是比较有利的。使用过大的升降率会让空调系统的负担加大，而小的高度使用OPEN CLIMB又会让发动机产生过大的推力及温度变化，以此类推，你还能想到什么？

二，舒适。

作为机组人员，我们都不能保证自己的身体完全健康，那么对于旅客呢？当座舱压力发生变化时，我们用来调节内腔压力的重要器官是鼻咽管。通常我们感冒的时候鼻咽管受毛细血管膨胀压迫，产生粘连，导致耳内腔无法进行气压调节，我们会感到压耳且疼痛，这个我就有深刻的经历。所以有条件的情况下尽量避免座舱压力的较大变化是保证舒适性的关键。

五，控制的意义

这里提出所谓“意义”的目的是，是我们在操纵飞机，不是飞机操纵我们。中国有特别的国情，我们无法按照计算机提供的理想轨迹进行飞行，所以我们非常需要对飞机未来的轨迹进行预测并进行合理的规划和控制。因此我们的想象轨迹非常重要，你想要怎样的飞行轨迹呢？还是简单的使用飞机AP的各种模式听之任之？在这个西风疾行的季节里，这个意义尤为重要。