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着陆技术|拉平时刻的数据刻画

 FSA12620 2024-04-11 发布于北京
理论的归理论,现实的归现实。当然现实中的研究对象——QAR数据中接地垂直过载产生对应的拉平时刻,也已经是过去式了。现在我们只能通过取得的数据,来尽量还原现实。我们刚开始研究接地垂直过载这个课题时,以为只是简单的统计学工作。
我们很快就得出了下降率和接地垂直过载的大致分布图:

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根据“经验”来讲,这几乎是比较完美的对应关系了!可是我们总觉得哪里还有点不妥,因为在数据导出后,不管采样率究竟怎么样——受限于数据平台,我们只能关注我们已经取得的数据(下同) 。我们得到的数据中,下降率是1秒一个,而VRTG是1秒八个,感觉有点对不上数,于是我们开始寻找解决方法。
我们首先注意到了VRTG峰值产生时机,和显示的着陆阶段开始标记,没有什么相关性。后面又在研究下降率数据时,发现了它可能存在的计算误差,于是我们开始着手解决这两个问题。
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起落架压缩开始和结束时刻

在我们使用的QAR数据中,确定着陆阶段开始“主用”的近地电门信号每秒有4次记录。在数据平台可视化回放中显示为白色“LANDING”标记,如下图中所示。

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而VRTG每秒有8个记录,系统也会根据此参数计算实际接地时机。对于着陆阶段开始的数据记录,可能由于近地电门信号太短——特别是重着陆或弹跳发生时,会导致系统对着陆阶段开始时刻记录延迟,确定实际接地时机尤其重要。

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系统内建了一套算法,在起落架压缩信号的之前的5秒内,会交叉检查最大和最小垂直加速度值(VRTGMAX与VRTGMIN),如果差值大于0.3g或更大,则将此刻记为着陆阶段开始时间——我们所需要的实际接地时机。

飞机接地下降率过大时,这种“过载突变”现象尤为明显。而根据飞机的升力特性,在1/8秒内,如果只是受升力变化影响,显然不可能发生如此明显的“过载突变”现象。根据前面两期对起落架特性的介绍,相信各位必定能够理解,这个“过载突变”,是由于起落架接地,受力发生明显的变化造成的。

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上图为着陆技术|拉还是不拉?这是个问题?案例中的数据,清晰地呈现了这种“过载突变”现象。该“过载突变”现象发生后3/8秒,过载达到峰值,根据起落架原理,我们将此时记为起落架压缩结束时刻。与本案例类似,大多数的起落架压缩,时间都在2/8秒和3/8秒之间,很短的时间内就完成了。

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接地时飞机下降率

原以为QAR数据中记录的接地下降率是惯导数据,后来看到数据说明文件,发现下降率数据是由无线电高度表计算出来的。当然我们要说清楚的是,这个由无线电高度计算的下降率只用于QAR数据管理平台显示,飞机上给飞行员看的可不是这个。具体算法稍复杂,跟主题无关,我们也不列在这里了。

没找到什么偷懒的办法,不过我们从这个无线电高度计算下降率的搞法中,得到了一点灵感。既然下降率是取多个采样取均值计算的,我们也可以将1秒分成8份,拆开来计算对应于VRTG1/8秒采样的下降率。

仍以上段中靛蓝航空案例为例,通过报告中提供的QAR数据我们观察到,在31:26,记录有一个下降率-585ft/min,由于从这一时刻开始,到判定的实际接地时刻,这个过程中的VRTG是已知的,也就是已知初速度,加速度和时间,将VRTG转化为加速度后,得到加速度关于时间的函数a(t),如下图所示:

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其中:

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那么,接地时刻的下降率:

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解决了上面两个问题,我们将修正后的下降率重新一一跟接地垂直过载对应,得到了如下分布图:

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结果出乎我们意料 ... ... 这两个参数根本凑不到一块去,反而散的更开了,没有形成我们“想要”的规律,这不合逻辑啊!于是我们决定采用两条腿走路的办法,其中的一条就是进一步统计数据。

在列出数据之前,岔开话题讲个生活中的小事。作为一名靠身体吃饭的人,对身体健康还是有所关注的,一般吃的比较清淡。有一段时间,母上大人来家里住,平时也弄点家常小菜给我下酒。开始总感觉味道挺好,但是发现口味越来越重,后来了解到原来是盐放的比较“足”。于是为了健康着想,“义正言辞”的提出诉求:少油少盐。重点来了,母上大人直接反驳说:“盐出五味,不放盐哪来的味道”。意思就是爱吃不吃,不放盐菜没味,怕我又有别的挑挑捡捡。好吧,老(lǎo)子说“五味令人口爽”,先爽了再说。

说这个什么意思呢,是希望朋友们能理解,数据就是个面团,怎么揉是师傅的活。汤料里放的盐也完全是师傅掌握的,至于咸淡如何,看个人喜好。当然,我们还是尽量仿照德国人在厨房里的严谨态度,凡事有个计量标准,然后把调料放桌上,任君选择。

在对一个数据包25000个样本的回顾中,发现以下基本情况:

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在这25000个样本中,产生了多少起“重着陆”呢?请找一下图中蓝色背景下红色的点。我们在着陆技术|重着陆相关的几枚横炮重着陆的定义有过描述,这里就不重复了,请问朋友们找到了吗?没有?那是因为在这份样本里,没有一次着陆,是符合“重着陆”标准的。

开了个玩笑哈。现在认真点,请再在上图中找一个绿色的点——如果还是没看到,请点开图片放大看。按照面积来对应数据比例的话,这个点就是接地垂直过载大事件(35个)在25000个样本中的占比。看到这个比例尺度,不知为什么,我就想起了下面这个视频。

正如我们已经反复说过的,接地垂直过载跟空中机动过载不是一回事。在着陆瞬间能产生多大的空中机动过载呢?我们先检查了起飞垂直过载大数据,发现大多与起飞俯仰率大相关——33:20,其中一起1.59g的起飞垂直过载,起飞俯仰速率记录为5.6°/s;而另一起较小的过载1.45g),对应的俯仰速率也有3.52°/s。但在着陆时,这个俯仰速率很难达到

着陆俯仰率大事件中,记录到的最大俯仰速率为3.43°/s,而大多数着陆拉平时的俯仰速率都在3.0°/s以下。根据接地时刻的记录,我们观察到,3.43°/s俯仰速率触发的事件里,它的机动过载ny,在事件触发后半秒达到峰值,为1.249g。这可能是因为,其它条件的不确定性——乱流或初始迎角等等,同样的俯仰速率可能导致完全不一样的过载。比如在一个巡航数据中,空中垂直过载达到1.97g,它的俯仰速率仅为4.57°/s——而另一起1.9g的事件,则完全没有记录到任何俯仰速率超限的问题

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在触发的35起接地垂直过载大事件中,的确有10个记录,与着陆俯仰率大事件有关联。但是如果反过来看,着陆俯仰率大事件在样本中总共记录有92起,其中只有10个数据与接地垂直过载大事件关联——那是不是可以反过来说,为了避免接地垂直过载大,余下的25起仍有一定的操作空间(增加姿态/拉杆)——事实上,绝大多数接地垂直过载大事件接地姿态还在6°以下。

前面提到的那起俯仰速率为3.43°/s的事件,接地垂直过载仅为1.44g。但是在这个案例中,姿态最大达到了8.53°。也许在这时,飞行员可能需要关注的,应该不是接地垂直过载大,而是着陆擦机尾风险吧——16起关联事件——着陆俯仰率大接地姿态大同时发生,而它们不关联的事件更多,接地姿态大(A320-7°)在25000个样本中总量有131个。

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在较多的着陆俯仰率大事件,观察到有多起与着陆航径陡拉开始晚事件关联,分别为14和12起——其中有4个为重复计数,此时会触发重着陆风险事件。当然重着陆风险并不代表就会发生重着陆,甚至很多连接地垂直过载大事件都没有。

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但更多的着陆俯仰速率大进跑道高度高事件关联,数量为33起。原因?咱们在这里只能猜想一下,由于飞行员感觉到进跑道“太高”,对“大白块”本能地追求,导致进跑道后有“稳杆”动作,后面发现“下沉快”,又本能地快速拉杆改出。因为如果不制止下沉快,很快就会有接地垂直过载大的问题——样本中有5起。而如图所示,进跑道高度高,在日常飞行中,却是经常发生的,应该说很多人处理得不错,并不会必然地就发生后续的事件序列。

事实上,由于我们已经能准确判定飞机实际接地时机,因而要知道接地瞬间,升力部分产生的ny实在也不是一件难事。我们对接地垂直过载1.8g以上的部分数据,进行了分析,如下图所示:

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回到正题,如果硬要说关联的话,与接地垂直过载大关联最多的事件,仍是进跑道高度高(35:18)。但是要得出一个进跑道高了,就会导致接地垂直过载大的结论,那估计只会让人笑掉大牙。但是我们在此仍要严肃的提醒一句,正如数据表明的那样,进跑道高度高,是一个日常性事件,而由此导致接地垂直过载大却不是日常性的。但遗憾的是,35起接地垂直过载大中有11起只是单纯的进跑道高度高——另有7起与任何疑似成因事件没有关联。这18起事件接地垂直过载分布在1.61-1.82之间。

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35起接地垂直过载大事件中另外17起,触发有着陆航径陡事件。但我们反过来检索一下数据,如上右图所示,它们之间的关系,仍然达不到充分或必要条件——有两起3°以上的着陆航径造成了两个同为1.7g的接地垂直过载。而其它的导致接地垂直过载超限事件,着陆航径在2.25-3°之间,其中一起接近重着陆标准的事件,着陆航径只有2.85°。

原因?我们又要猜想一下了。一是,有多少事件只是瞬时触发,坚持不过1/8秒,它们又能有多少能真实体现着陆时候的状况?前面我们也说了,数据不过是可能还原一部分现实——就算忽略采样误差,它本身的采样间隔,这1/8秒,对于不同的研究对象,就能产生很大的认知差异。

二是对于不同的外部条件——主要是跑道坡度,可能同样的着陆航径,却能导致不一样的结果。比如ZWWW RWY25就触发有133个着陆航径陡事件,关联有两起接地垂直过载大事件——一起3.06°对应1.7g,另一起2.48°对应1.69g。看似还是和整体数据成比例的,因而是不是就可以说,即使跑道有坡度(下坡),还是要注意最后时刻的着陆航径?

进一步数据检索后,发现ZGDY着陆航径陡事件触发有353个,同样关联有两起接地垂直过载大事件。我们都知道ZGDY跑道盲降下滑航径有3.2°,因而较多触发着陆航径陡应是可以理解的。我们是不是可以这样说,由于飞行员对此产生了预期,因而比较能有较强的情景意识,最后接地时下降率都控制得比较好?

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着陆航径陡事件阈值为2.25°,假使进近速度为135kt,那么对应的下降率为526ft/min。抛开其它因素不谈,在这一刻,飞行员如果“无所作为”,没有将着陆航径调整至合适范围,那么仍有可能造成2g左右的接地垂直过载。

接地垂直过载大,也许与1秒外的事件记录就像太阳到地球的距离,它们之间或许有些关联,但是地球上正在发生的事只关乎此时此地,你和我——起落架压缩前的1/8秒——这一瞬间,有一百万个可能 ... ...

阿西莫夫说:人类蜗居在银河系的一个小角落——太阳系,在围绕太阳旋转的第三颗行星上,生活了十多万年之久。虽然毫无征兆,但已存在一万两千年之久的银河帝国即将灭亡。由是年轻的数学家哈利.谢顿,开创了“心理史学”,这门学科能用数学公式准确推演全人类的未来。在谢顿手中,心理史学从一组含糊的公设变成了一门深奥的统计科学。作为研究对象的人类,总数必须大到足以用统计方法来处理。这个统计基础建立在一个统治2500万个主人行星、疆域横跨十万光年、总计数兆亿人口的庞大帝国上——银河帝国。

当然,要了解到这一切,完全取决于我们另一条腿走了多远,而我们在前两期也已经为你呈现过了

下一期也许会继续谈谈接地垂直过载大的成因 ... ...

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