前段時間,被同事突然拋出的一個問題給難住了。他說:「為什麼我們C類飛機在日本東京做盤旋進近時,要使用D類飛機的最低落地標準呢?
帶著這個疑問,我看了機型手冊,翻了運行手冊,找了中國民航法規,查了JEPPESEN以及AERAD手冊。在尋找答案的過程中,對國航釜山空難有了更多的了解,對"手冊飛行員"也有了更多的理解。
機型手冊的程序看起來簡單,有可能只是動作簡單而已,裡面往往需要我們掌握的手冊之外的知識卻不少。所以,今天再來講講說了很多次的盤旋進近,也希望大家能有新的收穫。
拿我們手冊裡的盤旋進近來說,程序詳細地告訴了我們怎樣執行盤旋進近。對飛行員來說,似乎只要嚴格按照手冊,就能把盤旋進近程序飛好。真的動起「杆」來,,往往不是那麼回事。
我們在什麼樣的情況下才能下到MDA以下,切入著陸下降航徑?諸於此類問題,機型手冊中並沒有具體說明。這些細節問題,往往會影響我們整個程序的執行和安全標準。為了便於後面的問題闡述,小編再帶大家過一遍相關概念,已經掌握這部分技能的小夥伴可直接跳過。
Types of approach
There are two types of approach: straight-in and circling.
Straight-in approach
Whenever possible, a straight-in approach will be specified which is aligned with the runway centerline. In the case of non-precision approaches, a straight-in approach is considered acceptable if the angle between the final approach track and the runway centre line is 30°or less.
Circling approach
A circling approach will be specified in those cases where terrain or other constraints cause the final approach track alignment or descent gradient to fall outside the criteria for a straight-in approach. The final approach track of a circling approach procedure is in most cases aligned to pass over some portion of the usable landing surface of the aerodrome.
來源:ICAO Document 8168, Volume I - Fifth Edition - Procedures for Air Navigation Services - AIRCRAFT OPERATIONS, Flight Procedures
由此我們可以得出,當夾角或者下降剖面不能滿足直接進近時,使用盤旋進近。
由於程序設計、機場障礙物分布、限制區等因素的影響,盤旋進近的機動類型不會是單一的。
一個總的原則:使用合適的落地最低標準,保持合適的高度和速度,在盤旋保護區內進行機動和著陸。
The visual manoeuvring area for a circling approach is determined by drawing arcs centred on each runway threshold and joining those arcs with tangent lines。
盤旋機動保護區由以跑道頭為中心的圓弧及其切線組成的區域。
來源 ICAO Document 8168, Volume I - Fifth Edition - Procedures for Air Navigation Services - AIRCRAFT OPERATIONS, Flight Procedures)
Obstacle clearance
When the visual manoeuvring (circling) area has been established, the obstacle clearance altitude/height (OCA/H) is determined for each category of aircraft.
Minimum descent altitude/height (MDA/H)
When the OCA/H is established, an MDA/H is also specified to allow for operational considerations. Descent below MDA/H should not be made until:
a. visual reference has been established and can be maintained;
b. the pilot has the landing threshold in sight; and
c. the required obstacle clearance can be maintained and the aircraft is in a position to carryout a landing.
來源:ICAO Document 8168, Volume I - Fifth Edition - Procedures for Air Navigation Services - AIRCRAFT OPERATIONS, Flight Procedures
不同類別的飛機,在相應的盤旋機動保護區內,有不同的超障高(OCH)。
在相應的保護區內,保持相應的MDA可以獲得相應的超障高,在滿足以下條件之後,才能繼續下降到MDA以下:
所需的超障裕度可以保持並且飛機處於可以切入著陸航徑的位置。PANS-OPS:Procedures for Air Navigation Services - Aircraft Operations (ICAO)
TERPS:Terminal Instrument Procedures (USA)
以上兩個標準都對盤旋保護區半徑和保護區內的超障高有不同的要求。
Circling Approach Obstacle Clearance
The following table highlights the different radii from runway threshold used by PANS-OPS and TERPS to construct the circling obstacle clearance area.
TERPS uses a minimum obstacle clearance of 300 feet whereas PANS-OPS uses 394 feet for Category C and D aircraft.
來源: AERAD FIS-SUPP-MINIMA-MINIMA SPEC PART-OPS-VISUAL APPROACH OPERATIONS)
對於C/D類飛機,PANS-OPS標準下的保護區內,給MDH提供了394英尺的超障高,而TERPS提供的是300英尺。PANS—OPS標準下,提供了比TERPS大的多的保護區半徑。
Background
The FAA has modified the criteria for circling approach areas via TERPS 8260.3B Change 21.The circling approach area has been expanded to provide improved obstacle protection. As a result, circling minima at certain airports may increase significantly.
Standard Circling Approach Maneuvering Radius
Circling approach areas developed prior to 2011 used the radius distances (in NM) as depicted in the following table. The distances are dependent on the aircraft approach category.
Expanded Circling Maneuvering Airspace Radius
Circling approach areas for approach procedures developed beginning in 2013 use the radius distances (in NM) as depicted in the following table. These distances, dependent on aircraft category, are also based on the circling altitude which accounts for the true airspeed increase with altitude.
Affect on Jeppesen Charts
Charts where these criteria have been applied can be identified by the symbol in the CIRCLE TO-LAND minima box.
來源:Jeppesen General Airway Manual
2013年開始使用的TERPS擴大標準半徑,根據不同的MDA高度區間提供了更大半徑的保護區,但是不能簡單理解為新/舊標準,這兩個標準在同時使用,當JEPPESEN進近圖中存在符號時,才使用擴大標準。
COUNTRIES COMPLIANT WITH PANS-OPS AND/OR TERPS REGULATIONS
The list of countries below shows which regulatory authority the design of the Approach, Circling, Holding and Departure procedures is based upon. NAVBLUE will progressively update Instrument Approach Charts to depict the respective regulation. Reference to this table will be required until the updates are completed.
來源: AERAD FIS-SUPP-RULES-GENERAL-TERPS
日本非美軍機場使用的是PANS-Ops標準,但是他有自己規定的保護區,CAT C保護區半徑為2.0海裡,CAT D為2.5海裡。
Jeppesen進近圖的左下角會標明PANS-Ops或者TERPS,如果沒有標明(例如日本非美軍機場),可以在AERAD FIS-SUPP-RULES-GENERAL-TERPS中查找,上面列出了世界上幾乎所有國家的機場盤旋進近使用標準。
更多內容可參考目視盤旋中PANS-Ops和TERPS的「博弈」。
這是摘自公司《運行手冊》的內容,當A330/A320/B737等C類飛機在盤旋時使用的速度超過了這裡規定的最大速度,所以這時候就有C類飛機執行D類標準的情況。
這種情況一般發生在使用TERPS標準的盤旋進近中。對於日本的機場,因為盤旋的保護區也比較小,所以也會有C類飛機執行D類標準的情況。具體需要對照進近圖上對應的Max Kts那一欄的速度和飛機在盤旋時使用的最大速度,來確定飛機應該使用的落地最低標準。
DEAD RECKONING (DR) NAVIGATION — The estimating or determining of position by advancing an earlier known position by the application of direction, time and speed data.(來源:Jeppesen General Airway Manual)
推測領航——在過去已知確定位置的基礎上,使用方向、時間和速度數據來確定當前的位置。
這種方法廣泛應用與目視飛行中,飛行員使用WAC等航圖,用WATCH-MAP-GROUND Procedure 來確定飛機的位置。
在目視條件下用這種方法可以完全不藉助導航臺和GPS。在儀表飛行中同樣使用較多,例如程序轉彎、等待航線、目視起落、目視盤旋等。
接下來的內容,我們會用到數學函數的相關知識。理論上來說,要分析風對盤旋進近的影響,需要用到積分,為了便於計算,我們儘量用簡化的可替代的方法去論證和分析。
理論和實際存在一定的差別,下面用到的風將是恆定大小的風,且會忽略進入目標坡度和坡度改平的過程。
因每個人的操作手法也不一樣,這個無法模擬。經過筆者的計算,只要不是刻意偏離正常操作,這些方面的誤差對整個盤旋的過程來說很小。
https://www.desmos.com/calculator/h3ktgbclps(在線演示地址)
上面模擬了韓國釜山36L LOC進近然後18R落地的大概數據。釜山進近圖採用TERPS舊標準,我們C類飛機應執行D類最低落地標準,這時我們的保護區半徑為2.3海裡。
根據韓國官方的文件,C類飛機在執行盤旋進近時,第二次切跑道頭的計時時間最大不能超過20秒,並且要考慮風的影響。
在模擬器中採用的實例數據如下:
風大小為29節,從可能的各個方向吹來,分別演示
盤旋保護區半徑為2.3海裡
轉彎坡度為25度
盤旋時採用的速度為160節真空速
裡面黑色虛線表示在靜風條件下,LOC五邊左轉45度後計時30秒,再轉向3邊,然後第二次切跑道頭後計時20秒轉向四邊的軌跡。
藍色和綠色實線表示在不修正風的情況下採取同樣的計時時間的軌跡。
我們可以看到,大的側風有把飛機吹出保護區的風險,或者使得三邊過窄,轉五邊時會甩出去太多,從而無法滿足穩定進近的要求。
基於以上演示,我們在執行盤旋進近時,很有必要考慮風的影響,並且要修正它。
設: 飛機三邊時的TAS(kt)為V,靜風時從點C開始計時到轉到四邊的計時時長為t,有風時從點C開始計時到轉到四邊的計時時長為S。設: 轉彎時平均TAS為0.9V,盤旋一周用時為T,為方便計算,將他們的線性關係看做一次函數,根據上表可得:
當TAS,正側風和偏流角的關係大致如下:
設: 飛機在三邊平行方向的風分量為x(即在三邊時的順風或頂風),四邊時需要的偏流角為a,根據上表可得:
為方便討論,無論風如何影響,假設飛機每次的四邊到跑道頭的垂直距離L(nm)都保持不變
L = CD + r = t*V/3600 + r
當存在風時,
L=s*V/3600+r+(s+90*T/360+a*T/360)*x/3600
即s*V/3600+r+[s+(90+a)*T/360]*x/3600
因為L恆定,由此可得
t*V/3600 + r = s*V/3600 + r + [s+(90+a)*T/360]*x/3600
在實際飛行中,我們用每幾節風修正一秒的方法進行風的修正,因此我們可設:每y節風修正一秒,可得出關係式:
s = t + x/y
代入以上方程可得:
t*V = (t+x/y)*V + [t+x/y+(90+a)*T/360]*x
當x≠0時,
得出來的y值(縱坐標值),代表每y節風修正一秒。下面我們來看看相應的函數圖像:
綠色實線代表不同真空速(150到170節)和不同的計時時間(20到30秒)下的y函數集合,紅色虛線代表 縱軸=2.5,藍色虛線代表縱軸=4。
我們不難發現在落地跑道尾風15節到頂風40節之間(在三邊時風向正好相反),y值總在2.5到4之間來回變動,所以我們可以得出結論——每3節風修正一秒。
接下來,我們來看看每3節風修正一秒在盤旋進近模擬器中會有怎樣的表現:
https://www.desmos.com/calculator/yjaglvhhog(在線演示地址)
從演示中可以看出,用每3節風修正一秒的方法,可以使得盤旋航徑在不同風條件下保持較小的變化,這樣我們可以在每次飛同一個盤旋程序或者類似程序時,都可以保持一致的操作手法。
在我們的空客機型手冊裡,在目視起落程序中,採用的是每1節風修正一秒的方法,那我們在執行去盤旋進近時是否可以用這種方法修正呢?
我們模擬一下30節風從各個方向來的情況,下面我們來看演示:
https://www.desmos.com/calculator/6qcpxcmxnm(在線演示地址)
從上面的演示中我們可以看到,用每1節風修正一秒的方法,得到了比不修正風更不想遇到的結果。所以不合適的風修正方法可能使結果變得更壞。
在使用計時的同時,我們可以通過ND距離圈、參考地標和地面燈光信號等方式,來幫助提高情景意識。機載地形設備,也可以幫助我們識別障礙物。合理的分工,充分的簡令和準備,也能在很大程度上提高飛行安全。
轉五邊時機,受風、真空速、轉彎坡度、操作手法等因素的影響。
下面的函數演示,我們考慮進入轉彎和人的反應時間總共需要兩秒,橫軸表示頂風或順風的大小,縱軸表示距離五邊距離(海裡)對應坡度下開始轉彎,然後正好對正五邊。
紫色實線縱坐標表示用20度坡度正好對正五邊所用距離,綠色代表相應的25度坡度。
為了方便我們實際飛行中使用,我們需要的是一個簡單的一次函數,最好是可以直接根據地速算出這個距離。
通過多次嘗試,我們發現D = (地速/100) - 0.6,值域D最小限制為0.6。
如圖中藍色虛線所示,正好在紫色函數和綠色函數之間,這就意味著,用這個公式得出的距離,我們可以先用25度坡度進入轉彎,然後對正五邊之前適當減小坡度去對正。
假設我們在四邊時,地速180kt,根據公式D = 180÷100 - 0.6 = 1.2nm,那我們應該在距離五邊1.2海裡的地方開始以25度坡度轉彎切五邊。
假設我們在四邊時,地速110kt,根據公式D = 110÷100 - 0.6 = 0.5nm,前面我們講到,這個距離最小為0.6,所以我們應該在距離五邊0.6海裡的地方開始以25度坡度轉彎切五邊。
飛機的類別和盤旋進近時執行的類別不等同,盤旋進近時應以目視盤旋中飛機使用的最大速度對應的速度類別來確定著陸最低標準。
機型手冊中的盤旋進近操作程序,在PANS-OPS標準下,一般不會有飛出保護區的風險,因為它提供的保護區足夠大(4.2NM)。
在TERPS標準下,因為它提供的保護區較小,所以第二次切跑道頭後的計時時間建議不要超過20秒,並且很有必要考慮風的影響。
根據前面的論證和模擬,用每3節風修正一秒的方法,可以使得盤旋航徑在不同風條件下保持較小的變化。不合適的風修正方法在大風條件下可能會比不修風得到更壞的結果。
切入五邊時,在導航精度高時可參考ND上飛機到五邊的距離,公式為 距離 = 地速/100 -0.6(最小距離限制在0.6海裡),這時我們可以用25度坡度去切入五邊,然後再微調。
在編寫此課題期間,筆者得到了很多同事的幫助和指點,感謝之外更請收下我對各位的崇拜。寫的不足或者有疑問的地方,歡迎各位同行留言指出和探討。
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