郭凱 荊瑞霞

[摘 要] 通常情況下，飛行程序設(shè)計(jì)工作一直依靠手工進(jìn)行，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，工作效率低。因此，為實(shí)現(xiàn)飛行程序設(shè)計(jì)的自動(dòng)生成而進(jìn)行飛行程序設(shè)計(jì)的輔助設(shè)計(jì)勢(shì)在必行。文章討論了基于AutoCAD軟件，采用VisualLisp語(yǔ)言對(duì)其進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，結(jié)合國(guó)際民航組織的Doc 8168文件，經(jīng)過(guò)調(diào)研研究，完成了航跡角小于75度的指定點(diǎn)轉(zhuǎn)彎情況下離場(chǎng)保護(hù)區(qū)的自動(dòng)生成。

[關(guān)鍵詞] 飛行程序設(shè)計(jì)；離場(chǎng)保護(hù)區(qū)；自動(dòng)生成；Visual-LISP；Auto CAD

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 11. 062

[中圖分類號(hào)] TP311 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2018）11- 0142- 04

0 引 言

傳統(tǒng)的飛行程序設(shè)計(jì)為手工制圖，設(shè)計(jì)難度大，修改復(fù)雜，工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力。我國(guó)目前使用的一些飛行程序由于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，障礙物數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性難以保證，直接影響飛行運(yùn)行，造成安全隱患。特別是我國(guó)許多機(jī)場(chǎng)的空域和地形十分復(fù)雜，為充分利用空域資源和安全避開(kāi)不利地形，就更需要精確地設(shè)計(jì)飛行程序，以保證運(yùn)行正常和安全。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，依靠計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)是解決飛行程序設(shè)計(jì)這一困難的有效的手段。在飛行程序的設(shè)計(jì)和審核過(guò)程中可以通過(guò)借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CAD ）等技術(shù)手段， 利用信息化的方法，將設(shè)計(jì)方案直觀地展現(xiàn)出來(lái)， 幫助飛行程序設(shè)計(jì)人員和管理人員對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)審和修改， 并為有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)做出最終決策提供科學(xué)有效的幫助。目前很多國(guó)家都開(kāi)始致力于飛行程序自動(dòng)生成這方面的研究，為航空器的運(yùn)行提供了很多便利條件，確保了其安全有序的運(yùn)行。

離場(chǎng)程序是一種規(guī)劃的離場(chǎng)航線， 為飛機(jī)提供終端區(qū)至航路結(jié)構(gòu)的過(guò)渡。它是以跑道的起飛末端（DER）也就是公布適用于起飛區(qū)域的末端（即跑道端或凈空道端）為起點(diǎn)，在沿規(guī)定的飛行航跡到達(dá)下一飛行階段（即航路， 等待或進(jìn)近允許的最低安全高度的一點(diǎn)）為終點(diǎn)。離場(chǎng)程序又可以分為直線離場(chǎng)和轉(zhuǎn)彎離場(chǎng)，轉(zhuǎn)彎離場(chǎng)又可以分為指定點(diǎn)轉(zhuǎn)彎和指定高轉(zhuǎn)彎。本文就是研究了航跡角小于75度的指定點(diǎn)轉(zhuǎn)彎情況下離場(chǎng)保護(hù)區(qū)的自動(dòng)生成。

1 開(kāi)發(fā)流程

1.1 編寫DCL程序

在編寫DCL對(duì)話框之前，需要先了解下離場(chǎng)程序都需要的參數(shù)有哪些。

在離場(chǎng)程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要先獲得以下數(shù)據(jù)：

（1）機(jī)場(chǎng)數(shù)據(jù)。跑道中心點(diǎn)坐標(biāo)、跑道入口標(biāo)高、跑道長(zhǎng)度、跑道正北角度；

（2）航空器的指示空速換算表。

然后依據(jù)飛行程序設(shè)計(jì)方案選擇或輸入：

（3）DER到跑道端口的距離；

（4）離場(chǎng)程序類型；

（5）跑道代號(hào)；

（6）飛機(jī)類型；

（7）溫度、海拔和指示空速。

此后，離場(chǎng)程序?qū)臄?shù)據(jù)庫(kù)中讀取以下的數(shù)據(jù)：

（8）機(jī)場(chǎng)周邊所有電臺(tái)位置（經(jīng)緯度）和性質(zhì)（VOR，NDB，VOR/NDB，VOR/VOR，VOR/DME）；

用戶需要輸入或確認(rèn)下面這些參數(shù)：

（9）DER點(diǎn)對(duì)跑道中心線的偏移距離；

（10）轉(zhuǎn)彎角度；

（11）轉(zhuǎn)彎后的航向；

（12）定位點(diǎn)信息；

（13）離場(chǎng)區(qū)全長(zhǎng)度；

最后，離場(chǎng)程序?qū)⒂?jì)算出下列數(shù)據(jù)，畫出航跡和保護(hù)區(qū)圖：

（14）電臺(tái)到跑道中心點(diǎn)的距離；

（15）跑道的坐標(biāo)角；

（16）跑道中心點(diǎn)與電臺(tái)所成正北角；

（17）離場(chǎng)航跡角度。

由于采取相對(duì)坐標(biāo)繪圖，所以程序中需要用戶輸入的飛行參數(shù)少了很多。

DCL是對(duì)話框設(shè)計(jì)語(yǔ)言， 利用它可以設(shè)計(jì)出界面簡(jiǎn)潔美觀、功能齊全的用戶對(duì)話框， 使得開(kāi)發(fā)程序應(yīng)用起來(lái)具有較強(qiáng)的人機(jī)交互性。DCL文件與Visual Lisp程序一樣，是單純的ASCⅡ格式的文本文件，可使用Visual LISP或一般的文本編輯器來(lái)編輯和修改。本文主要設(shè)計(jì)了2個(gè)對(duì)話框，一個(gè)主對(duì)話框和一個(gè)子對(duì)話框，主對(duì)話框主要是對(duì)離場(chǎng)程序的4種分類，分為有引導(dǎo)的直線離場(chǎng)，無(wú)引導(dǎo)的直線離場(chǎng)，指定點(diǎn)的轉(zhuǎn)彎離場(chǎng)和指定高的轉(zhuǎn)彎離場(chǎng)。子對(duì)話框是在主對(duì)話框選了任意一個(gè)后，繼續(xù)出現(xiàn)的方便用戶輸入?yún)?shù)的一個(gè)對(duì)話框。分別如圖1和圖2所示。

1.2 編寫Visual LISP程序

用DCL語(yǔ)言編寫的對(duì)話框只是完成了一個(gè)與用戶交互的一個(gè)界面，便于用戶直接輸入離場(chǎng)程序的相關(guān)信息，離場(chǎng)程序仍需用Visual Lisp編寫的程序來(lái)驅(qū)動(dòng)，才能實(shí)現(xiàn)離場(chǎng)程序的自動(dòng)繪制的功能。主程序流程如圖3所示。

1.2.1 指定點(diǎn)轉(zhuǎn)彎離場(chǎng)程序

在有條件的機(jī)場(chǎng)，為了避開(kāi)直線離場(chǎng)方向上的高大障礙物，或受空域等條件的限制，需要設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)彎離場(chǎng)時(shí)，可以要求航空器在一個(gè)指定點(diǎn)（TP）開(kāi)始轉(zhuǎn)彎，我們稱之為在指定點(diǎn)轉(zhuǎn)彎離場(chǎng)。本文是要自動(dòng)繪制指定點(diǎn)的轉(zhuǎn)彎離場(chǎng)程序且轉(zhuǎn)彎后向臺(tái)飛行，轉(zhuǎn)彎角小于75°的保護(hù)區(qū)。

1.2.2 轉(zhuǎn)彎離場(chǎng)保護(hù)區(qū)的繪制

轉(zhuǎn)彎保護(hù)區(qū)的繪制基本上分為2個(gè)部分：轉(zhuǎn)彎前的保護(hù)區(qū)（轉(zhuǎn)彎起始區(qū)）和轉(zhuǎn)彎后的保護(hù)區(qū)（轉(zhuǎn)彎區(qū)）。

（1）轉(zhuǎn)彎起始區(qū)，也就是轉(zhuǎn)彎前的保護(hù)區(qū)。同直線離場(chǎng)的保護(hù)區(qū)畫法一致。如圖4所示。

（2）轉(zhuǎn)彎區(qū)，也就是轉(zhuǎn)彎后的保護(hù)區(qū)的畫法又可以分為轉(zhuǎn)彎區(qū)的內(nèi)側(cè)邊界畫法和外側(cè)邊界畫法，轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)的畫法，它起始于轉(zhuǎn)晚點(diǎn)定位容差的最早位置（K-K線）；轉(zhuǎn)彎外側(cè)的畫法則是起始于轉(zhuǎn)彎點(diǎn)定位容差最晚位置+C（容差）。其中C=（TAS+W）×6，又叫S-S線（參見(jiàn)圖5和圖6）。

（3）轉(zhuǎn)彎以后，在有導(dǎo)航臺(tái)（VOR或者NDB）引導(dǎo)的條件下，又可以分為背臺(tái)飛行和向臺(tái)飛行，它們的畫法如下圖7所示，而本文就是針對(duì)轉(zhuǎn)彎后向臺(tái)飛行而研究的。

按照上述步驟完成后，就可以得到如圖8所示的整個(gè)指定點(diǎn)轉(zhuǎn)彎離場(chǎng)保護(hù)區(qū)，向臺(tái)飛行，轉(zhuǎn)彎角度小于75°的保護(hù)區(qū)圖。

1.2.3 繪制保護(hù)區(qū)所用到的轉(zhuǎn)彎參數(shù)

（1）高度。指定點(diǎn)轉(zhuǎn)彎：機(jī)場(chǎng)標(biāo)高+5 m+10%×d（d為DER至TP的水平距離）；

（2）溫度。溫度相當(dāng)于上述高度上的ISA+15°；

（3）指示空速。設(shè)計(jì)離場(chǎng)程序使用飛機(jī)分類速度表內(nèi)所列各類航空器的“最后復(fù)飛”速度增加10%（由于起飛離場(chǎng)時(shí)飛機(jī)重量增加）；

如果要求避開(kāi)障礙物可使用較低速度，即表中列出的“中間復(fù)飛”速度增加10%，只要在程序中說(shuō)明“離場(chǎng)轉(zhuǎn)彎最大指示空速限制為××× km/h（kt）”。

（4）真空速

TAS=K×IAS

（5）風(fēng)

如有統(tǒng)計(jì)風(fēng)的資料，可用最大95%概率的全向風(fēng)；

如沒(méi)有風(fēng)的資料則應(yīng)使用56 km/h（30 kt）的全向風(fēng)；

（6）轉(zhuǎn)彎坡度

平均轉(zhuǎn)彎坡度為15°；

（7）定位容差

取決于定位形式

（8）飛行技術(shù)容差（共6 s）

駕駛員反應(yīng)時(shí)間3 s；建立坡度延遲3 s。

2 程序的運(yùn)行

在圖2和圖3所示的對(duì)話框中輸入既定的參數(shù)后，可以得到如圖9所示的結(jié)果。

可以看到在對(duì)話框里輸入一些正確的參數(shù)后，在CAD上得到的圖形與轉(zhuǎn)彎離場(chǎng)向臺(tái)飛行的圖幾乎是一樣的。而且整個(gè)保護(hù)區(qū)乃至整個(gè)圖形都是自動(dòng)生成的，大大提高了繪制飛行程序的效率。

3 總結(jié)與展望

本文研究了在基于AutoCAD的二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言Visual-Lisp的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了指定點(diǎn)轉(zhuǎn)彎離場(chǎng)程序的保護(hù)區(qū)的自動(dòng)生成。采用了dcl對(duì)話框模式與Visual-Lisp語(yǔ)言相結(jié)合的方式開(kāi)發(fā)了指定點(diǎn)轉(zhuǎn)彎離場(chǎng)程序的保護(hù)區(qū)的自動(dòng)繪圖。本程序采用對(duì)話框模式實(shí)現(xiàn)基本參數(shù)的輸入，簡(jiǎn)單明了，易于操作。極大地方便了飛行程序設(shè)計(jì)人員對(duì)保護(hù)區(qū)的設(shè)計(jì)，提高了工作效率。

但是，飛行程序設(shè)計(jì)是一項(xiàng)龐大，講究細(xì)節(jié)的工程，雖然目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大部分通用航空的飛行程序設(shè)計(jì)內(nèi)容。但在實(shí)際應(yīng)用中程序還有待于進(jìn)一步完善功能，逐漸提高軟件的可用性和易用性。

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