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一文读懂进近时的飞机能量管理

 topgol 2022-09-27 发布于上海

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飞机的能量水平衡量维度是由一系列主要飞行参数如空速与高度以及飞机构型和发动机推力组成。飞机自动化、航图程序设计、外界气象条件以及ATC指挥等因素也会显著影响到飞机的能量水平。在进近过程中飞机的能量管理不当是发生不稳定进近的重要原因;飞机过高/过低的能量水平可能会导致包括冲偏出跑道、重着陆和擦机尾等进近着陆不安全事件。


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 概述 
机组的主要任务之一是通过所有可用信息和线索,监视并控制飞机的能量水平,以期实现:
  • 在所有飞行阶段匹配飞机相应的能量水平,以满足所需的飞行航径、速度、推力和飞机构型

  • 当飞机能量水平过高或者过低,即飞机速度偏大/小或高度偏高/低时,采取干预措施以恢复至匹配的能量水平

对飞机的能量进行管理体现在持续地对关键飞行参数进行控制,包括短时地进行参数置换,如飞机速度增减与下降率之间的相对变化关系。飞机上先进的电子仪表显示以及自动化系统、机载告警/保护系统被设计用于协助机组对飞机的能量进行管理。

 统计数据 

大约70%的匆忙不稳定进近不安全事件都与飞机能量管理不当相关,体现在飞机能量过大或能量不足:

  • 能量不足:速度小或者高度低-40%

  • 能量过大:速度大或者高度高-30%

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 飞机能量水平 

飞机的能量水平是由以下主要飞行参数以及这些参数的变化率(趋势)组成:

  • 空速和空速趋势

  • 高度和垂直速度(飞行航径角)

  • 飞机构型(扰流板、襟缝翼与起落架的伸展情况)

  • 发动机推力

 飞机减速特性及操作建议 

飞机的减速特性在很大程度上取决于航空器类型和全重,以下典型的数据可作为对飞机减速特性的快速评估依据。
  • 平飞时

-进近襟翼放出时,每1海里减速10-15节

-起落架放下并且着陆襟翼放出时,每1海里减速20-30节
  • 以3度下滑角下降时:

-起落架放下并且着陆襟翼放出时,每1海里减速10-20节

以下是操作建议:

  • 当飞机以3度下滑角下降对应的下降梯度为1海里下降300英尺,或者在最后进近阶段地速为140节时对应下降率约为700英尺/分钟;

  • 处于光洁形态下的飞机在3度下滑角下降过程中通常无法减速;

  • 当飞机处于典型3°下滑角最后进近航段时,如果此时仅有缝翼放出,飞机大约需要3海里的水平距离/1000英尺的高度才能减速至目标进近速度并建立着陆构型;

  • 根据飞机类型和构型的差异,在扰流板未被抑制伸展时,机组可使用扰流板来达到更快的减速目的;通常在小于机场标高1000英尺时不建议使用扰流板;

  • 在最后进近定位点FAF前至少3海里应放出缝翼。

 场景分析 

现在假定在进近时,ATC指挥机组保持大速度,那么机组如何规划飞机的减速?飞机在外指点标OM或最后进近定位点FAF时的最大速度可飞多少?

我们考虑并应用以下条件:

  • 典型3度下滑角下降时:1海里减速10节(保守估算)

  • 仪表气象条件IMC下,最低稳定进近高度为1000英尺(高于机场标高)

  • 最后进近速度为130节(假定值)

  • 外指点标OM或最后进近定位点FAF为距离跑道入口6海里/高度为2000英尺(通常数值)

从OM或FAF至最低稳定进近高度1000英尺AAL前,飞机可用的水平距离约为3海里,可下降高度为1000英尺,对应的飞机减速区间值为3X10=30节。从最后进近速度Vapp:130节倒推,130+30=160节,可得到飞机在飞至OM或FAF时的空速(最大)应为160节,据此机组可规划减速的时机。

 关注绿点速度 

绿点速度作为飞机在光洁构型下一台发动机失效的机动速度,提供了最佳升阻比。同时它也是在进近阶段飞机在光洁构型下的管理目标速度,以及设定CONF 1的推荐速度光洁构型下的等待速度

我们可以通过下面这张推力和阻力关系图深入了解绿点速度代表的含义。在飞机处于稳定状态飞行时,飞机的升力保持不变,因此升阻比最大意味着飞机的所受阻力最小,即阻力曲线最低点的速度对应此时飞机的最佳升阻比,翼面的气动效率最高。对于整个阻力曲线的最低点,我们定义了绿点速度GD,它将整个基于速度的推力和阻力关系图分为左右两个部分:

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  • 在速度大于绿点速度的右半部分,飞机的速度是稳定的,即在恒定的飞机高度,温度,重量以及推力条件下,飞机可以稳定并维持在某一速度Vc

  • 在速度小于绿点速度的左半部分,飞机的速度是不稳定的,即速度减小导致飞机阻力不断增加,飞机有持续减速的趋势;当飞机的阻力大于最大可用推力之后,飞机只能通过减小俯仰/下降高度的方式来使飞机加速;进一步来说,当飞机高度越高,飞机的最大可用推力会不断减小,此时绿点速度会接近速度Va,推力裕度很小,如果飞机速度以小于绿点速度飞行将会很容易以小于Va速度导致飞机进入持续减速而不得不通过减小俯仰/下降高度的方法来增加速度

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