CN113759969A - 一种航空器连续下降进近航迹的最短航经生成方法 - Google Patents

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宫峰勋
水孝敏
余启东
马艳秋
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Abstract

一种航空器连续下降进近航迹的最短航经生成方法。其包括航空器以某一恒定马赫数巡航速度持续加速，经巡航平飞航段到达下降顶点时获得极限马赫数；从下降顶点开始保持等马赫数的速度下降，在高度转换点以最大校准速度下降，即当航空器到达10000英尺的高度转换点时，速度降低至250节；随后航空器保持250节的速度匀减速下降，最后减速到最终进近定位点的限制速度；根据关键航经点参数，求解每个关键航经点的高度和航空器距跑道着陆点的距离，绘制连续下降进近航迹即为连续下降进近的最短航经等步骤。本发明在航空器连续下降进近过程中，使用最小发动机推力，可最大程度采用低阻构型实施连续下降，从而减少下降过程中燃油消耗和排放。

Description

一种航空器连续下降进近航迹的最短航经生成方法
技术领域
本发明属于民用航空技术领域，特别是涉及一种航空器连续下降进近航迹的最短航经生成方法。
背景技术
航班数量的大幅度增加使得机场周边居民受到航空器噪声、尾气排放的影响日益严重。为减小、降低航空器的影响，国际上相关研究人员已启动连续下降进近(ContinuousDescent Approach,CDA)技术与飞行程序方面的研究。所谓连续下降进近是指一种发动机处于空转(待机)或接近空转状态的航空器从一个相对高度层下降而无须水平飞行的程序。同时，连续下降进近(CDA)也是一种航空器运行技术，其允许在保障航空器安全运行、省略水平飞行的范围内，航空器利用最小推力从一个最佳位置点下降到达，且与公开的飞行程序和空中交通管制(ATC)指令相兼容。确切地说，通过连续下降进近可以使航空器在进近中以较高高度和速度飞行，从而有效地节省燃油、减少污染物的排放并且减少噪音污染。
虽然CDA技术能够有效降低噪音污染和燃油消耗，减轻空管人员工作负担，降低航空器运行过程中可控撞地的风险等诸多优点，但是由于CDA要求航空器仅可能按照本身所规划的最优下降剖面飞行，基于一些风向变化等的因素，该剖面存在一定不确定性，出于安全考虑，必须增大终端区的航空器间隔，这样就人为降低了空域和跑道容量，因此目前只有在低密度的空域或者是不繁忙的时段，连续下降进近技术才获得应用。所以为推广、精确实施CDA程序，航空器连续下降进近航迹的最短航经成为必须解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种航空器连续下降进近航迹的最短航经生成方法。
为了达到上述目的，本发明提供的航空器连续下降进近航迹的最短航经生成方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)进入终端区后，航空器以某一恒定马赫数的巡航速度持续加速，经巡航平飞航段ΔS1到达下降顶点WP2时获得极限马赫数Mmax；
2)从下降顶点WP2开始保持等马赫数的速度下降，并在高度转换点WP5以最大校准速度下降，即当航空器到达10000英尺的高度转换点WP5时，飞行速度降低至250节；
3)随后航空器保持250节的速度匀减速下降，最后减速到最终进近定位点G的限制速度；
4)根据设置的关键航经点参数，求解每个关键航经点的高度H和航空器距跑道着陆点的距离S，然后以距离S作为横坐标，以高度H作为纵坐标绘制出连续下降进近航迹，该连续下降进近航迹即为连续下降进近的最短航经。
在步骤4)中，所述关键航经点参数、高度H和航空器距跑道着陆点的距离S如表1所示：
表1、连续下降进近航迹的关键航经点参数
Figure BDA0003245626420000021
在步骤4)中，所述连续下降进近的最短航经对应的下降速度剖面呈现“阶跃梯形”，即先跃升、保持、再阶梯下降的状态。
本发明提供的航空器连续下降进近航迹的最短航经生成方法具有如下优点：在航空器连续下降进近过程中，航空器使用最小的发动机推力，可最大程度采用低阻构型实施连续下降，从而可减少下降过程中的燃油消耗和排放，时间最短，噪声最小。
附图说明
图1为典型的航空器连续进近下降航迹剖面及关键航径点示意图。
图2(a)为本发明实施例中B737-800飞机连续下降进近航迹剖面示意图。
图2(b)为本发明实施例中B737-800飞机连续下降进近的最短航经对应的下降速度剖面示意图。
具体实施方式
如图1所示，典型的航空器连续下降进近(CDA)航迹可以划分为两个大航段：一个是巡航平飞航段ΔS1，在此期间航空器从起始进近定位点WP1运行到下降顶点WP2；另一个是连续下降进近航段ΔS2--ΔS6；处于连续下降进近航段ΔS2--ΔS6时，航空器从下降顶点WP2开始采用保持水平受力平衡的推力下降到最终进近定位点G受下降过程的速度所约束，其下降航迹可被划分为第二至第六子航段ΔS2，ΔS3，ΔS4，ΔS5，ΔS6共五个子航段。其中第二子航段ΔS2为等马赫数下降子航段，第三子航段ΔS3为等校准速度下降子航段，第四子航段ΔS4为减速下降子航段，在此期间，当航空器高度下降到10000英尺的高度转换点WP5时，速度要降低至250节的关键速度限制值。第五子航段ΔS5为等校准速度下降子航段，其速度大小为上一子航段的终点速度。第六子航段ΔS6为最终子航段，在此期间航空器下降速度逐步下降到最终进近定位点G的限制速度。因此，可将航空器下降进近的减速过程看成是匀减速过程。每一航段或子航段的起始点和终点称为关键航径点。
下面结合具体实施例详细说明本发明。
本发明提供的航空器连续下降进近航迹的最短航经生成方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)进入终端区后，航空器以某一恒定马赫数的巡航速度持续加速，经巡航平飞航段ΔS1到达下降顶点WP2时获得极限马赫数Mmax；
2)从下降顶点WP2开始保持等马赫数的速度下降，并在高度转换点WP5以最大校准速度下降，即当航空器到达10000英尺的高度转换点WP5时，飞行速度降低至250节；
3)随后航空器保持250节的速度匀减速下降，最后减速到最终进近定位点G的限制速度；
4)根据设置的关键航经点参数，求解每个关键航经点的高度H和航空器距跑道着陆点的距离S，如表1所示，然后以距离S作为横坐标，以高度H作为纵坐标绘制出连续下降进近航迹，该连续下降进近航迹即为连续下降进近的最短航经。
表1、连续下降进近航迹的关键航经点参数
Figure BDA0003245626420000041
其中H0为初始巡航高度，H1＝H0，根据真速度相等原则可求得对应高度H2。在第四和第六子航段，依据国际民航组织相关规范规定，航空器连续减速下降。为确保旅客的舒适性，航空器下降幅度不超过100英尺/5节。
航空器从下降顶点WP2开始下降，本发明方法是开始先以等马赫数的速度下降，在达到10000英尺的高度转换点WP5时，保持最大校准速度下降，最后在第五子航段、第六子航段区间采用最大下降速度下降。这种方法能在一定程度上保持航空器最优时间下降。因此，同时满足以上条件的连续下降进近航迹即为连续下降进近的最短航经。
现以B737-800飞机、采用垂直导航(VNAV)方式为例，分析其连续下降进近的最短航经。设，B737-800飞机的起始进近定位点位置距跑道着陆点156海里，巡航并抵达下降顶点WP2，下降顶点WP2距跑道着陆点约123海里，此时飞机已逐渐加速到极限马赫数Mmax，然后开始保持最大速度连续下降；当高度接近10000英尺时，飞机开始均匀减速到250节；保持250节速度下降，当完成等校准速度下降后，飞机开始匀减速降至3000英尺高度，速度减小到180节。最后捕获ILS下滑道引导信号并着陆，连续下降进近全程运行时间为1105秒。
图2所示为B737-800飞机采用本发明方法时的连续下降进近航迹剖面及对应的下降速度剖面示意图。
从图2(b)可以看出，连续下降进近的最短航经对应的下降速度剖面呈现“阶跃梯形”，即先跃升、保持、再阶梯下降的状态。
最后应说明的是：以上实施例仅以B737-800飞机的连续下降进近的最短航径实施过程情形说明本发明的技术方案，而非对连续下降进近的最短航径的飞机类型、终端区TOD点与路径点数量、航空器下降速度等的限制；尽管参照前述实施例对本发明进行详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种航空器连续下降进近航迹的最短航经生成方法，其特征在于：所述最短航经生成方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)进入终端区后，航空器以某一恒定马赫数的巡航速度持续加速，经巡航平飞航段ΔS1到达下降顶点WP2时获得极限马赫数Mmax；
2)从下降顶点WP2开始保持等马赫数的速度下降，并在高度转换点WP5以最大校准速度下降，即当航空器到达10000英尺的高度转换点WP5时，飞行速度降低至250节；
3)随后航空器保持250节的速度匀减速下降，最后减速到最终进近定位点G的限制速度；
4)根据设置的关键航经点参数，求解每个关键航经点的高度H和航空器距跑道着陆点的距离S，然后以距离S作为横坐标，以高度H作为纵坐标绘制出连续下降进近航迹，该连续下降进近航迹即为连续下降进近的最短航经。
2.根据权利要求1所述的航空器连续下降进近航迹的最短航经生成方法，其特征在于：在步骤4)中，所述关键航经点参数、高度H和航空器距跑道着陆点的距离S如表1所示：
表1、连续下降进近航迹的关键航经点参数
Figure FDA0003245626410000011
3.根据权利要求1所述的航空器连续下降进近航迹的最短航经生成方法，其特征在于：在步骤4)中，所述连续下降进近的最短航经对应的下降速度剖面呈现“阶跃梯形”，即先跃升、保持、再阶梯下降的状态。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106875756A (zh) * 2017-04-10 2017-06-20 南京航空航天大学 一种基于蚁群算法的连续下降进近的航空器噪声优化方法
CN107016880A (zh) * 2017-04-10 2017-08-04 南京航空航天大学 一种基于模拟退火算法的连续下降进近油耗优化方法

Patent Citations (2)

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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李林艳: "连续下降进近（CDA）航迹优化与起始点分析", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》, pages 031 - 339 *

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