謝春生，戴玉潔

（中國(guó)民航大學(xué)空中交通管理學(xué)院，天津 300300）

中國(guó)民航發(fā)展受自然、地理環(huán)境的嚴(yán)重制約，設(shè)計(jì)飛機(jī)起飛一發(fā)失效及一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序能根本上解決此困境。因此，中國(guó)民航從業(yè)人員非常重視飛機(jī)一發(fā)失效應(yīng)急程序設(shè)計(jì)研究。

20世紀(jì)90年代，空中客車公司（簡(jiǎn)稱空客）《空客快速參考手冊(cè)》中提出一發(fā)失效應(yīng)急程序（EOSID）的設(shè)計(jì)思想并舉例分析了起飛一發(fā)失效應(yīng)急程序的制作方法，為航空公司制作一發(fā)失效應(yīng)急程序提供了重要參考。2003年，空客公司給出部分?jǐn)?shù)據(jù)和理論計(jì)算方法，并通過性能工程師軟件中起飛著陸與航跡模擬兩大模塊演示了計(jì)算過程，討論了制作一發(fā)失效應(yīng)急程序的流程。

2000年，中國(guó)民用航空局（簡(jiǎn)稱民航局）下發(fā)《關(guān)于制定起飛一發(fā)失效應(yīng)急程序的通知》，航空公司在局方和飛機(jī)制造商協(xié)助下，開展一發(fā)失效應(yīng)急程序設(shè)計(jì)、驗(yàn)證工作。2005年民航局與波音公司、美國(guó)聯(lián)邦航空管理局共同召開一發(fā)失效應(yīng)急程序國(guó)際研討會(huì)。2006年在《高原及地形復(fù)雜機(jī)場(chǎng)和航線運(yùn)行的飛機(jī)性能分析》中，系統(tǒng)講述地形復(fù)雜機(jī)場(chǎng)一發(fā)失效應(yīng)急程序制定[1]。2014年，民航局下發(fā)《飛機(jī)起飛一發(fā)失效應(yīng)急程序和一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序制作規(guī)范》咨詢通告。

國(guó)內(nèi)外研究表明，一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序有待優(yōu)化，因此根據(jù)航空器飛行動(dòng)力模型，分析設(shè)計(jì)并優(yōu)化一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序，再根據(jù)性能工程師程序（PEP，performance engineer programs）模型，對(duì)所設(shè)計(jì)的一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序進(jìn)行仿真分析。

1 研究方法

1.1 一發(fā)失效復(fù)飛動(dòng)力模型

航空器運(yùn)動(dòng)過程，其三維動(dòng)力模型微分方程為

其中：T為發(fā)動(dòng)機(jī)推力；D為航空器所受阻力；m為航空器質(zhì)量；g為重力加速度；V為航空器速度；α為迎角；γ為航跡角；ψ為航向角。

當(dāng)飛機(jī)一發(fā)失效復(fù)飛時(shí)，飛機(jī)可用發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)量變?yōu)椋∟-1）臺(tái)，所用推力為起飛可用最大推力（TOGA），飛機(jī)構(gòu)型為起飛著陸構(gòu)型，起落架收起，飛機(jī)速度V為失速速度Vslg的1.23～1.4倍之間，且大于最小爬升速度VMCL，對(duì)于雙發(fā)飛機(jī)，最小爬升梯度為2.1%。一發(fā)失效復(fù)飛動(dòng)力模型，如圖1所示。

圖1 一發(fā)失效復(fù)飛動(dòng)力模型Fig.1 Dynamic model of OEI missed approach

空客性能工程師軟件（PEP模型），利用用戶提供的飛行程序參數(shù)，根據(jù)輸入的飛機(jī)機(jī)型、發(fā)動(dòng)機(jī)信息，機(jī)場(chǎng)航行、氣象資料，結(jié)合飛行動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行模擬，輸出航空器運(yùn)行參數(shù)。

1.2 一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序設(shè)計(jì)

飛機(jī)一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序是為滿足飛機(jī)的一發(fā)失效進(jìn)近著陸過程中復(fù)飛的安全超障要求，提高著陸限重，制定不同于標(biāo)準(zhǔn)儀表復(fù)飛應(yīng)急程序以及跑道同方向起飛一發(fā)失效應(yīng)急程序的路線、方案[2]，如圖2所示。

圖2 一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序流程Fig.2 Flowchart of OEI missed approach emergent procedure

承運(yùn)人對(duì)飛機(jī)進(jìn)行一發(fā)失效復(fù)飛超障評(píng)估，首先須確定一個(gè)參考高度[3]。計(jì)算一發(fā)失效復(fù)飛參考高度須視具體情況，參照公布的復(fù)飛應(yīng)急程序、起飛一發(fā)失效應(yīng)急程序或一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序。若飛機(jī)一發(fā)失效復(fù)飛時(shí)，沿起飛一發(fā)失效應(yīng)急程序航跡，應(yīng)按一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序超障要求來評(píng)估復(fù)飛起點(diǎn)到同向起飛跑道或凈空道末端障礙物。若一發(fā)失效復(fù)飛參考高度大于最小下降高度（MDA）和決斷高度（DA）的較低值，可采用以下3種方式或其組合確保飛機(jī)一發(fā)失效復(fù)飛過程中安全越障：

1）減小著陸重量，使得一發(fā)失效復(fù)飛梯度能夠滿足公布的標(biāo)準(zhǔn)儀表進(jìn)近復(fù)飛梯度要求；

2）MDA/DA提至一發(fā)失效復(fù)飛參考決斷高度或以上；

3）制作一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序，重新分析計(jì)算一發(fā)失效復(fù)飛參考高度。

制作航空器一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序[4]，流程如下：

1）獲取機(jī)場(chǎng)航行數(shù)據(jù)，包含機(jī)場(chǎng)跑道、氣象、障礙物、導(dǎo)航臺(tái)等信息。依據(jù)終端區(qū)障礙物分布，初步設(shè)計(jì)一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序；

2）在CAD中繪制一發(fā)失效復(fù)飛路徑及保護(hù)區(qū)。傳統(tǒng)導(dǎo)航的飛機(jī)一發(fā)失效復(fù)飛保護(hù)區(qū)，自復(fù)飛點(diǎn)開始，保持半寬1/2 W=300 m至保護(hù)區(qū)融合處；偏置進(jìn)近時(shí)，應(yīng)增加偏置距離后維持12.5%擴(kuò)張率（1/2 W=0.125D+90 m，其中D為飛機(jī)到可用起飛距離末端的距離）至半寬900 m（傳統(tǒng)飛行程序與RNAV1和RNP1飛行程序取1/2W=900 m，RNP AR飛行程序則取900 m及2倍所需導(dǎo)航性能（RNP）中較小值）；之后保持寬度直至航跡終點(diǎn)。如圖3所示。

圖3 直線復(fù)飛保護(hù)區(qū)Fig.3 Protection area of straight missed approach segment

復(fù)飛轉(zhuǎn)彎段，從轉(zhuǎn)彎點(diǎn)開始設(shè)計(jì)航跡控制點(diǎn)，航跡角度變化每45°設(shè)立一個(gè)點(diǎn)。缺少航跡控制點(diǎn)且轉(zhuǎn)彎點(diǎn)處半寬未達(dá)900 m，則繼續(xù)以12.5%擴(kuò)展至900 m半寬，之后仍未取得航跡引導(dǎo)的，則繼續(xù)以12.5%擴(kuò)展至取得航跡引導(dǎo)，之后以25%收縮至900 m半寬；若轉(zhuǎn)彎時(shí)保護(hù)區(qū)半寬已達(dá)900 m，則從轉(zhuǎn)彎點(diǎn)處開始以12.5%擴(kuò)展，直到取得航跡引導(dǎo)，再以25%收縮至900 m半寬。如圖4所示。

3）列舉位于一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序保護(hù)區(qū)內(nèi)的障礙物，構(gòu)成障礙物列表；

圖4 轉(zhuǎn)彎復(fù)飛保護(hù)區(qū)Fig.4 Protection area of turning missed approach segment

4）依據(jù)性能分析數(shù)據(jù)，使用PEP模型模擬一發(fā)失效應(yīng)急復(fù)飛程序。其中最大著陸重量及相應(yīng)的最后進(jìn)近速度（Vfa）從著陸分析表中獲得（著陸分析中不考慮障礙物），復(fù)飛航段改平高度參考起飛最低改平高度。分別進(jìn)行低溫、高溫超障檢查。

5）根據(jù)模擬結(jié)果，分析障礙物是否滿足越障要求。若滿足，則應(yīng)當(dāng)公布此程序?yàn)樵摍C(jī)型的一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序；若不滿足，則修改復(fù)飛參數(shù)，再次進(jìn)行超障檢查，仍不滿足，則重新定義一發(fā)失效復(fù)飛路徑，重復(fù)初始設(shè)計(jì)過程。

2 案例分析

2.1 一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序設(shè)計(jì)

某機(jī)場(chǎng)19號(hào)跑道設(shè)置一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序航行數(shù)據(jù)：跑道長(zhǎng)度2 600 m，機(jī)場(chǎng)標(biāo)高1 664 m，跑道坡度-0.03%，外界溫度最高/最低值為26℃/2℃，無風(fēng)。

選取A319-112機(jī)型CONF FULL和CONF 3兩種構(gòu)型，空調(diào)開、防冰關(guān)、干跑道、著陸限重61 t（大于起飛限重 58.1 t）、Vfa為 138 kn（1 kn=1.852 km/h），起落架放下。

根據(jù)圖2設(shè)計(jì)一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序，航空器一發(fā)失效復(fù)飛過程中，以直線爬升至XXX臺(tái)，之后左轉(zhuǎn)，并沿149°磁航跡爬升至D8.0BSD，左轉(zhuǎn)回XXX臺(tái)，程序如圖5所示。

圖5 一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序圖Fig.5 OEI missed approach emergent procedure

按照該機(jī)場(chǎng)19號(hào)跑道一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序繪制保護(hù)區(qū)，進(jìn)行障礙物評(píng)估得出計(jì)算所需障礙物數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 飛機(jī)一發(fā)失效復(fù)飛障礙物列表Tab.1 OEI missed approach obstacle list

2.2 PEP仿真模擬

基于1.1節(jié)中的飛行動(dòng)力模型，根據(jù)空客PEP模型進(jìn)行飛機(jī)一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序的仿真模擬。依據(jù)1.2節(jié)中設(shè)計(jì)的一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序，在運(yùn)行飛行路徑（OFP，operational flight path）模塊的 ground track中設(shè)置水平剖面模型，如表2所示。在flight segment中設(shè)置垂直剖面模型，如表3所示，所得仿真結(jié)果如圖6、圖7所示。

表2 A319-112一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序水平剖面模型Tab.2 GroundtrackprofilemodelofA319-112OEImissed approachemergentprocedure

表3 勻速航段A319-112一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序垂直剖面模型Tab.3 Cruise segment vertical profile model of A319-112 OEI missed approach emergent procedure

圖6 一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序水平剖面圖Fig.6 Ground track profile of OEI missed approach emergent procedure

2.3 結(jié)果分析

圖7 一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序垂直剖面圖Fig.7 Segment profile of OEI missed approach emergent procedure

由圖3、圖4可知，模擬過程實(shí)現(xiàn)了所設(shè)計(jì)的一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序，2.1節(jié)中對(duì)該機(jī)場(chǎng)的一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序設(shè)計(jì)是可行的。對(duì)于19號(hào)跑道飛機(jī)一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序模擬結(jié)果進(jìn)行安全性評(píng)估，在參考高度340 ft（1 ft=0.304 8 m）情況下對(duì)障礙物進(jìn)行高溫超障檢查（26℃）及低溫超障檢查（2℃）的結(jié)果如表4所示。

表4 A319-112一發(fā)失效復(fù)飛超障檢查表（參考高度340 ft）Tab.4 Obstacle analysis of A319-112 OEI missed approach（referential altitude 340 ft）

由表4可知，對(duì)5號(hào)障礙物進(jìn)行高溫檢查時(shí)，不滿足規(guī)定的最低35 ft超障余度?？刹扇√岣進(jìn)DA/DA至一發(fā)失效復(fù)飛參考決斷高度或以上的方法，如圖8所示。將飛機(jī)一發(fā)失效復(fù)飛參考高度提高至380 ft，在PEP中重新進(jìn)行模擬分析，對(duì)障礙物進(jìn)行高溫（26℃）及低溫（2℃）情況下的超障檢查，如表5所示。在不降低最大著陸重量的前提下，保證了飛機(jī)一發(fā)失效復(fù)飛過程中的安全越障。

圖8 一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序參考高度圖Fig.8 Referential altitude of OEI missed approach emergent procedure

表5 A319-112一發(fā)失效復(fù)飛超障檢查表（參考高度380 ft）Tab.5 Obstacle analysis of A319-112 OEI missed approach（referential altitude 380 ft）

3 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合PEP動(dòng)力模型，分析設(shè)計(jì)并優(yōu)化一發(fā)失效復(fù)飛應(yīng)急程序，既保障飛行過程中的安全越障，又提高了飛機(jī)最大允許著陸重量，解決了著陸過程中的安全性和經(jīng)濟(jì)性的矛盾。