新技術丨首都機場HUD RVR150起飛標準背後的故事

2021-12-23 e起飛民航交流平臺

9月8日凌晨,首都機場成功完成HUD RVR150米起飛標準的試飛工作。通過試飛,驗證了使用HUD在首都機場實施RVR150米起飛的可行性、低能見度程序、空管指揮、地面滑行引導及保障能力。

試飛工作的圓滿成功,標誌著首都機場正式頒布HUD RVR150米起飛標準前的最後一項重大工作成功完成,新標準將不日下發。

民航局李健副局長全程參與,並在試飛成功後對HUD提高低能見度運行能力的意義給予了高度評價。

(視頻大小14M,建議WIFI環境觀看)

下面我們一起來解讀一下這項裡程碑工作背後的意義。

———HUD是什麼———

HUD即 平視顯示器(Head-up Display)。

最初設計靈感來自二戰轟炸機的瞄準鏡技術。

1950s-1960s開始大量應用於軍用飛機。

80年代末期開始在民用飛機上應用。

HUD作為新一代的顯示方式,最主要的好處是:

此外,HUD還可以提供傳統儀表沒有的警告信息,比如虛擬跑道邊線指示、擦機尾警告等。

——為什麼要推進HUD運行——

民航的主要工作其實就圍繞兩點——安全和效率。

首先看HUD對安全的影響。

我們來看看對著陸品質的影響

1、穩定進近的區別。

單發手動飛行數據對比

2、接地點的區別。

紅點是不使用HUD的接地點分布

綠點是使用HUD的接地點分布

3、接地時下降率的區別。

數據來自於FAA對4000次實驗數據和對532次著陸錄像的參數研究

藍色柱子代表HUD數據,在接地下降率6英尺/秒(360英尺/分鐘)以上的大下降率區間的發生率明顯減少

再看效率。

現在民航上新聞最多的是什麼?——「延誤」

怎麼解決延誤?和解決堵車一樣,其中一個思路是將道路可用時間變長。

或者說,讓機場可運行時間變長。

而影響機場能否運行的一大因素就是能見度。

來段散文。

每至秋冬,中國北方都會被這種城市化進程的副產品所困擾。

近年來,天氣因素對航班不正常率的影響越來越大。2016年影響航班正常率的因素中,天氣因素佔比56%,尤其在冬春季,以霧、霾為代表的低能見度天氣佔較大比例。以首都機場為例,2008-2015年的統計數據表明,RVR低於200米的天氣44天,低於150米的天氣31天,低於90米的天氣9天

用HUD來降低機場運行標準(標準指限制,而不是水平),就在這種大背景下應運而生。

為什麼選北京?因為北京是樞紐。

按年吞吐量算,北京首都國際機場世界第二(第一是美國亞特蘭大傑克遜國際機場)。

按單跑道起降架次算,北京首都機場同樣世界第二(第一是英國倫敦希斯羅國際機場)。

北京小時起降架次在90架以上,一旦北京延誤,全國都要栓塞。

在我們空域改革遲遲得不到實質進展的情況下,向HUD等新技術要效益其實是我們為數不多的選擇。

我們經常說,民航始終在安全和效率之間踩蹺蹺板(取捨權衡)。

而HUD的應用,既能通過降低機場運行標準而提高效率,又能讓飛行變得更安全。

不再是踩蹺蹺板,而是刀切豆腐兩面光。

這樣的工具,航空公司、民航員工朋友和旅客朋友,你們資磁不資磁?

—150米起飛標準有沒有風險—

有人質疑,為什麼II類運行才可以實施RVR 200米的起飛標準,而HUD就可以下降到150米甚至更低?

那麼,到底150米的標準有沒有風險?

首先,在同等條件下,低能見度運行相比能見度好的時候肯定風險要大,這毋庸置疑。

但是,有HUD幫助的150米起飛肯定比沒有HUD幫助的200米起飛(II類運行標準)更安全

為什麼?

一方面,飛行員不再需要「抬眼-低眼」看裡看外頻繁轉換視線;

另一方面,HUD讓飛行員能將飛行指引和外界景象直觀結合起來(起飛時的航道指引和外部跑道實景)。

HUD低能見度運行是一項系統工程,並非簡單的在飛機上安裝一個HUD設備就萬事大吉了。還涉及到低能見度程序設計、空管指揮、地面滑行引導以及航務保障能力(通導等)。

比如通導設備,對於不同級別的運行標準,採用的是不同的通導校驗標準。

比如,對於未來將實施的HUD RVR 90米起飛標準,將實施以下標準(RVR150米要求不同)

摘自諮詢通告《使用平視顯示器(HUD)運行的評估與批准程序》

事實上,HUD低能見度運行絕非什麼新事物,而是在國外已經在運行的成熟模式。

以法國巴黎戴高樂機場為例,已經實施了HUD RVR 75米的起飛標準!

注意上圖紅線小字:使用經批准的HUD系統的起飛標準為RVR 75米。(中國民航出於安全考慮,使用了更嚴格的RVR標準和驗證標準)

—怎麼看HUD對飛行員操縱能力的弱化風險—

首先,所有自動化設備對於飛行員原始操縱能力的影響都是負面的——因為手動操縱練習機會的減少。

事實上,這個擔憂並非第一次出現。

我們在從NDB向ILS過渡時遇到過,

我們在使用自動駕駛和自動油門時也遇到過。

但最後的結果都是——開慣自動擋後,再也不會眷戀手動擋。

對於新技術,我們是接納它、同時在訓練中針對這種弱化加以防控;

還是簡單地拒之門外?

其實並不難做出選擇。

HUD對於飛行員原始操縱能力的影響主要有以下幾方面,需要在訓練中注意

1、HUD上沒有發動機推力指示,而是以能量趨勢線代替。這與飛行員的傳統儀表掃視習慣有差異。長期的HUD使用,可能會進一步削弱飛行員對發動機推力的感知。

實際上,小e也在不同場合建議廠家將用處不大的AOA(迎角)顯示更改為N1指示,以減輕這種影響。

2、HUD有拉平指引,飛行員如果在拉平時過於依賴這種指引,視線聚焦會在HUD顯示屏上,而不是傳統的轉移到跑道末端。(轉移視線的重要性參見前文專業丨起落問答 〔2〕),這需要在定期訓練和經歷保持中設法解決。

3、HUD的指引指示的是飛機的軌跡,而不是傳統的姿態。這種差異會在低高度突然出現坡度時(比如起飛後低空單發)會讓飛行員不太適應。一些技巧,比如低高度跟姿態指引而不是軌跡指引,有助於消除這樣的不利影響。

關於HUD從人為因素角度的利弊分析,我們另文再敘。

行文到最後,說一句,這次整個試飛工作是從7號晚上22點準備會開始、一直到8號凌晨2點40分才結束的。

一些人可能認為中國的領導都是那樣的(畫面自行腦補),其實很多中國的幹部都是這樣的。

這樣的工作作風,是值得大家點讚的。

文中部分素材來自飛標司、山航培訓資料,以及公眾號Ubuntu330的文章,一併表示感謝。

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