人工能量管理

原来如此chr6vu 2022-04-04

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一般来说，按照程序飞行，参考FMS的自动化功能，我们可以很轻松地做好飞机的能量管理。然而，出于各种原因，我们经常会遇到不按照程序飞行的情况。这时，FMS不能很好地胜任准确能量管理的工作。那么，简单实用人工能量管理方法就变得尤为重要。我们今天将着重探讨如下3个方面的话题：

如何快速判断飞机当前的高低？
高了之后如何迅速判断，何时回到正确的剖面？
如何知道自己的底线在哪里，是否会满足稳定进近？

▌A320机型的下降性能

重量的影响

图1-1 重量对下降性能的影响

图1-1中，横坐标表示距离（海里），纵坐标表示高度（英尺），我们可以看出来，重量越重的飞机，下降剖面越平缓，也就是下的越慢。重量越轻的飞机，下的越快。

引气（防冰）使用的影响

图1-2防冰对下降性能的影响

从图1-2我们可以看到，当防冰开时，慢车推理会增加，飞机下降得更慢，在A320机型上，防冰的使用对下降性能造成的影响比较小。

下降风的的影响

图1-3 风对下降性能的影响

从图1-3我们可以看出，风对整个过程的下降剖面有明显的影响，风作用的时间越长，影响越大。

▌人工能量管理的方法

飞机的FMS计算机根据不同的条件，可以轻易算出飞机的预期剖面，并给出提示，只要我们正确输入FMS所需的数据，并且理解它的逻辑，根据FMS的提示，我们可以很轻松应对下降和进近的能量管理。

然而，在实际飞行中，复杂的空域环境（航空器数量，前后机间隔，地形...），航图程序和实际飞行的不一致（高度，速度限制，直飞...），变化的外界环境（风，温度...）等因素，导致FMS有时不能满足我们的需要，那么我们需要一种方法来解决这个问题。

从上面的各个影响飞机下降性能的图中，结合实际飞行的经验，我们可以知道，飞机在调速绿点之前，可以轻松达到3.1°的下降梯度：

在速度230kt到310kt情况下，飞机的平均下降能力可以达到3.1°到3.8°的下降梯度，并且随着高度的降低，下降梯度增大；
飞机在减速过程中，下降梯度会变得比较小；
在保持绿点速度时，飞机的下降梯度通常达不到3.0°，所以在用绿点速度去截获下滑后，在不增加阻力的情况下，飞机会增速；
在形态1的情况下，飞机轻松可以保持下滑道并且还能继续减速。

图1-4

根据上述几点，如图1-4所示，我们只需要做到在建立下滑之前，飞机保持在下滑道的下面，留出适当的减速距离，即可解决飞的高的问题。那么知道飞机与下滑道的相对位置，和留出多少的减速裕度就是我们人工能量管理要解决的基本问题。

判断当前位置和下滑道的相对位置

图1-5

如图1-5所示，飞机当前的高度为14360英尺（4380米），一般的经验公式为英尺高度/300，就可以判断飞机于3°下滑的相对位置，在这里我们可以“快速”算出来，143/3 ≈ 48 海里（原谅我比较差的口算能力，这里我花了5秒钟，还差点算错，不能整除比较气人...）。显然，这种算法在像我这样的人这里容易导致消耗过多的精力，并且会让我尽量少去进行计算。那么有没有更好的方法？显然是有的！

图1-6

如果用英尺高度/300得到的距离作为参考距离，那么根据图1-6就有（其中T为接地点，θ为下降梯度），

OH = 14360英尺 =4380米

OT = 14360/300 = 47.87海里 = 88655米

tan(θ) = 4380/88655 = 0.049

从而 θ = 2.8°

如果用米制高度/100得到的距离作为参考距离，那么根据图1-6就有，

OH = 14360英尺 =4380米

OT = 43.8海里 = 81118米

tan(θ) = 4380/81118 = 0.054

从而 θ = 3.1°

这里我们的米制高度是4380米，米制高度/100 ≈ 44海里，经过计算我们也可以知道，英尺高度/300算出来的距离与飞机当前高度对应的梯度为2.8°（比3°下滑更小，这也解释了使用这个估算方法时，在较高的高度，只需要满足3比1就可以，而不用留出减速距离，但是到了低高度，必须留出减速距离，因为高度越低，2.8°跟标准的3°之间的差别越小）。而米制高度/100算出来的距离与飞机当前高度对应的梯度为3.1°（比3°下滑稍大一点点），显然，根据前面我们分析出来的飞机下降能力，飞机可以轻松达到3.1°的下降梯度。

由此，我们解决了基本问题的第一个点----用米制高度/100算出来的距离，可以让我们快速知道在任何高度，任何位置，距离3°下滑的距离，图1-5中，我们距离3°下滑还有56 - 43 = 13海里（这里应为ZGGG的标高很低，故可以忽略标高的影响）。

减速对飞机下降的影响

图1-6

如图1-6所示，飞机在下降过程中，在不同的情况下：

从300kt减速到250kt的过程中（减速50节），飞机距离3.1°剖面的距离从12海里变成了7海里（减小了5海里）；

从250kt减速到210kt的过程中（减速40节），飞机距离3.1°剖面的距离从9海里变成了5海里（减小了4海里）；

（在FCTM的某处，也提到了每1海里减速10节的说法，有兴趣的同学可以找找看。）

由此，我们解决了基本问题的第二个点，飞机减速对下降性能的影响----在3°剖面下面飞行时，每减速10节，将会使得飞机距离3°剖面更接近1海里。

人工能量管理公式

所需距离 = 米制高度/100 + (当前表速-180)/10

注：(当前表速-180)/10 为减速到180表速，每10节减速增加1海里的减速裕度

例如

当前高度8900米，表速300节，所需距离 = 89+（300-180）/10 = 101海里

当前高度2100米，表速250节，所需距离 = 21+（250-180）/10 = 28海里

当机场有标高时，所需距离再减去机场米制标高/100即可

在实际飞行中，如果不想浪费太多精力去口算，我们只需：

在高度较高时（调速250前），控制所需距离 = 米制高度/100 + 10，也就是留出10海里的减速裕度（注：高度较高时，飞机的下的会越来越快，并且ATC有可能不会要我们直接进近，这当中还存在比较多的变数，这个阶段算的过于精准是没有太多意义的）；
在10000英尺以下，在速度250时，控制所需距离 = 米制高度/100 + 7，也就是留出7海里的减速裕度；

在放出襟翼1时，控制所需距离 = 米制高度/100 +1，也就是留出1海里的减速裕度应对非预期的变化即可；

在预计管制指挥提前转弯时，控制预计提前转弯所需距离 = 不提前转弯所需距离 + 提前量即可，例如在长沙的进近过程中，当前高度7200米，速度300节，预计提前5海里转弯，那么此时距离接地点距离 = 72+10+5 = 87海里是合适的；

在下降过程中，在工作负荷较低时，不定时监控剖面即可知道飞机的运动趋势是高还是低，就能及早采取措施。例如广州进近过程中，在时刻A，高度7200米，表速300节，计划显示距离接地点82海里，此时根据公式，我们知道飞机当前的高度是正常的，只需要采取开放下降即可。在时刻B，高度4200米，表速300节，计划显示距离接地点49海里，那么相比较A时刻，飞机的减速裕度在保持速度的情况下减小了3海里，外界的因素导致飞机在下降过程中无法保持3°的基础下降能力，那么可以预见的是，我们应该采取适当的增加阻力的措施（使用减速板等）以维持飞机的基础下降能力和重新获得合适的减速裕度。

▌高于正常剖面下降的基础理论

不同构型下的下降能力

根据计算和经验，60吨，静风，防冰关时

下降梯度达到4°时

每3海里可以追回来约100米，下列方式可以达到4°的梯度或以上：

250kt - 300kt表速（速度保持不变开放下降） + 减速板
襟翼1 + 减速板开放下降

下降梯度达到4.5°时

每2海里可以追回来约100米，下列方式可以达到4.5°的梯度或以上：

310kt以上表速 + 减速板开放下降
襟翼2大速度开放下降

下降梯度达到6°时

每1海里可以追回来约100米，下列方式可以达到6°的梯度：

襟翼2或以上 + 放轮

减速板，速度，下降率的要求

FCTM -标准操作程序：

如果机组想要增加下降率，则可以选择一个更大的速度，使用 OP DES 方式。用减速板来增大下降率很有效，但在高高度使用减速板要小心，因为这样会增大VLS。

如果飞行员想减缓下降，可以使用V/S。A/THR转换到SPEED方式在这种形态下不推荐用减速板来减速，因为这会导致推力增加而速度则会保持。

FCOM-标准操作程序：

AP 接通后，如果在高于 315 kt/M .75 时使用减速板，则减速板的收回速率低（从全放出位收回的总时间约为 25 s）。ECAM 备忘页面以琥珀色显示 SPD BRAKES 直到减速板完全收回。

为了避免在 ALT* 方式收减速板造成高度超限，在离选择的高度至少 2 000 ft 之前收回减速板。

某公司运行手册要求：

速度：除非特别注明或 ATC 要求，应遵守 10,000 英尺 AGL（含）以下 250 海里／小时的最大速度限制；并遵守 SIDs、STARs 或航路图、区域图上的速度限制；

下降遇到颠簸时，必须保持机型限速，飞行高度低于 3,000 米（10,000 英尺）保持速度 250 海里/小时或以下；

低空大下降率下降将导致飞机高度的安全裕度迅速减小，可能引发危险的可控飞行撞地；除非机场程序要求，应遵以下要求，否则机组必须在进近简令中说明

（1）高于机场标高 2500 至 1000 英尺，下降率不应大于 1500 英尺/分钟；

（2）高于机场标高 1000 英尺以下，除非程序设计要求，飞机下降率不应大于 1000 英尺/分钟。

▌高于正常剖面下降模拟演练

高于正常剖面下降时，存在的威胁：

飞机很快会高于剖面，造成后续的工作量增加；
大下降率下，TCAS威胁；
如果不及时回到正常的下降剖面，在低高度面临大下降率和地形的威胁；
高空小速度情况下，应对颠簸的裕度显著降低

...

情景1.管制不让下高度

A320飞机(60吨)上海虹桥36R盲降进近，高度9200米，速度290KT，顺风20KT，距离接地点101海里。

措施：

调速到较小的速度，在高高度不能低于绿点速度
在有颠簸或可能存在颠簸的情况下，保持颠簸速度

情景2.获得下降许可后

措施：

开放下降
增加飞机的速度
按需使用减速板

以获得所需的下降梯度

情景3.建立稳定的下降以后，工作负荷得到控制时

措施：

判断飞机高多少

所需距离 = 66 + 13 = 79 海里

多的“能量” = 所需距离 - 实际距离 = 79 - 66 = 13

判断需要多少距离回到正常的剖面

所需距离 = 多的“能量” x 2 = 13 x 2 = 26 海里

（可以参考ND，判断回到正常剖面的位置，应保持减速板和大速速，以达到4.5°的下降梯度，如果当时有顺风比较大，或者不能保持大速度等导致下降梯度达不到4.5度的情况，那么回到正常剖面所需的距离应该用13 x 3 = 39来估算）

情景4.追剖面的过程中，在工作负荷较低时

措施：

检查下降的效果，再次估计回到剖面的位置

所需距离 = 多的“能量” x 2 = （50+13-55）x 2 = 8 x 2 = 16 海里

（跟上一次的估算的回到正常剖面的位置差不多时一致的，说明飞机可以按照预期回到正常剖面。如果检查时估算的回到正常剖面的位置提前了，说明下降性能比预期要好，可以提前回到正确的剖面；反之，则说明下降性能比预期要差（下得更慢），会比预期更晚一点回到正确的剖面）

▌高进近（高于下滑道进近）

高进近基础理论

前面提到的高于下降剖面下降的基础理论，在高进近中同样适用，只是稍有不同的时，飞机在低高度，速度较小，一般也放出了形态或者起落架，甚至可以放出全形态去准备做预期或者非预期的高进近。在这种情况下，飞机的下降梯度一般能达到4.5°以上，并且不再需要过多考虑飞机的减速对追剖面造成的影响，目标剖面可以按照每高100米需要2海里的距离才能追上去估算就可以了。

在地速180时：

下降率达到1500英尺每分钟，即可获得至少4.5°的下降梯度，此时每高100米，需要2海里才能回到下滑道上；
下降率达到2000英尺每分钟时，即可获得约6°的下降梯度，此时每高100米，只需要1海里就能回到下滑道上。

在高比较多的情况下，应尽快回到下滑道，并且确保下降率在安全可控范围内是尤为重要的，这就需要我们在执行高进近程序时，严格执行相关的程序。在适当的时候，出于良好的情景意识，我们也有必要知道我们的底线在哪里，例如截获航道后，管制员迟迟不给我们下高度的指令，我们就有必要知道，如果保持当前高度，最迟应该在什么时候开始下降，才能保证稳定进近。

举个例子：

飞机在建立LOC以后，保持高度 1200米（机场标高0英尺），假设在获得下降许可后，飞机可以获得获得6.0°的下降梯度，请问在距离接地点多少海里时开始下降，可以在距离接地点4海里截获下滑道（注：比3海里提前1海里建立下滑道，是比较极限的底线）？

图2-1

这里我们做一个比较有意思的计算，此时再用方程去解决问题是很浪费精力的，并且很容易算错。

如图2-1所示，假设飞机就以6°的梯度一直下，然后在接地点才建立下滑，那么个根据那个6°追剖面的公式，在距离接地点1200/200=6海里开始下降时，飞机正好在接地才能回到下滑道上，这个结果显然不是我们想要的，但是我们只需要在6海里之前2海里（也就是距离接地前8海里）就开始下降，就能在距离接地点4海里回到下滑道上去。

由此，我们就得到一个底线公式，在保持高度H米不下高度时，我们能接受的距离接地点最近距离为

2+H/200