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基于自动化计算RNP AR程序设计

2015-5-28 21:40| 发布者: cfso5068| 查看: 1937| 评论: 0

摘要:   本文从RNP AR设计规范着手,以某机场为例进行RNP AR飞行程序自动化计算实例分析。

  RNP AR新航行技术因其保护区宽度、RF航段以及提供垂直引导能够降低运行标准,实现全天候运行,提高了航空器运行正常性。本文从RNP AR设计规范着手,以某机场为例进行RNP AR飞行程序自动化计算实例分析。

  2014年9月17日,中国东方航空公司一架A320飞机国内首个下滑角最大、五边最短的RNP AR飞行程序试飞,在南方地区受台风影响大范围出现阵雨、低云等不利天气环境下,抓住天气转好的短暂有利时间,顺利完成各项科目的试飞验证后,平稳降落在XX机场跑道上,标志着中国民航借鉴国际成熟技术开展对特殊机场机场的安全运行模式研究又向前迈进了一大步。

  一、引言

  基于性能导航(PBN)是国际民航组织(ICAO)在整合各国区域导航(RNAV)和所需性能导航(RNP)运行实践和技术标准的基础上,提出的一种新型运行概念,是近年来国际民航界发展的一项新航行技术[1]。RNP AR即“需要特殊授权的所需导航性能”,是一种高性能的RNP程序,其本质利用飞机自身的机载导航设备和GNSS(Global Navigation Satellite System)引导飞机起降的新技术,RNP AR是目前国际航空界公认的未来飞行导航的发展趋势[2]。RNP AR飞行程序一般用于有空域限制或周围地形复杂的特殊机场,而且通过使用该程序能够提升机场的效益(如减小因天气原因的返航、延误,增加特殊机场客货运输能力、节约燃油等),进近航段精度值一般在0.3NM至0.1NM之间,而且其只允许使用GNSS为主要导航源。通常情况下,RNP AR 程序设计原则非常有利于最后进近航段,可以降低运行标准,提高航班正常率,为民航运输安全、正点、高效、经济运行提供了重要保障。

  截止2014年底我国现有特殊机场42个,分布图见图1。那曲、泸沽湖、红河等特殊机场正在积极筹建之中。在以上这些机场中运行的RNPA AR飞行程序几乎都是GE航空集团、空客prosky等国外公司设计,最近国内也开始研究RNP AR飞行程序设计与试飞工作。

  图1:我国特殊机场分布图

 

  二、RNP AR介绍及技术的优势

  随着PBN技术的运用,RNP APCH和RNP AR成为更多机场的飞行程序的选择,为提高运行效率和安全水平提供了更有效的途径。经过多年的艰苦努力,中国民航已经在玉树、拉萨、林芝、丽江、九寨、昌都、黄山、阿里、日喀则、康定、西昌、武夷山、延吉、张家界、喀纳斯等十五个机场建立了RNP-AR程序,这些机场均已完成模拟机试飞和实地验证试飞。迄今为止,实施RNP AR运行或进行过RNP程序试飞的机型有:A319(A319-115、A319-133)、A330(A330-243、A330-300)、B737-700、B757-200四种。

  RNP AR飞行程序采用了额外的导航精度、完好性和功能,允许使用较低的超障余度容差来运行,可以在最后进近航段中使用曲线航段—RF(Radius to Fix)航段,因此可以在其它类型的进近和离场程序在运行上不可能或者不令人满意的情况下实施进近和离场程序。RNP AR各程序允许利用高质量的受控水平和垂直导航(VNAV)能力,以改进运行安全并降低可控飞行撞地(CFIT,Controlled Flight Into Terrain)风险。而RNP APCH程序适用于大多数配备GNSS的飞机,其最后进近阶段引导形式的不同分为只有水平引导(LNAV ,Lateral Navigation)、既有LNAV也有垂直引导(VNAV ,Vertical Navigation)进近、以及航向台性能垂直引导(LPV ,Localizer Performance with Vertical guidance)进近三种形式,但是它仍然要求最后进近航段保持为直线进近,从而使程序设计的灵活性受限。RNP AR飞行程序的安全性取决于航空器性能、运行程序和程序设计之间的相互关系是否适当。

  RNP AR飞行程序设计规范支持多种导航精度,如RNP0.3、RNP0.2,一直到RNP0.1。在国内,除非由于运行上的需要而由民航局批准,通常不使用RNP小于0.3的程序,因为RNP值下降使告警门限值(HAL,Horizontal Alert Limit和VAL,Vertical Alert Limit)降低,并增加告警及随后复飞的可能性,从而影响航班正常性。和RNP APCH程序相比,RNP AR飞行程序航段和保护区变得更窄,只有主区没有缓冲区或副区,保护区宽度为2RNP值如图2。在设计程序时,使用固定半径至定位点RF转弯,可给航路设计带来更多的灵活性。RF航段是飞机沿一个固定半径转弯的弧形航径飞行,如图3。

  图2:RNP AR保护区宽度

  图3:RF航段转弯设计

 

  在RNP AR进近程序设计中,起始和中间进近航段设计与RNP APCH差别不大,但是保护区却不一样,且RNP AR在起始和中间航段都可以使用RF航段。与RNP APCH区别最大、最困难的就是最后进近阶段。以下附上部分RNP AR中间最后进近程序设计计算方法。

   三、RNP AR程序中间最后进近参数自动化计算

  目前国内一些程序设计单位进行RNP AR飞行程序设计的时候,对于设计方案中每个方向的进离场都需要计算参数进行保护区绘制,然后进行安全评估障碍物,这些参数计算都是基于手工计算,比较繁琐、周期长、工作量大而且容易出错,精度也比较低。本文将采用Microsoft的.NET平台中C#语言通过编程来实现大量参数的自动计算,这是一个与Windows服务和API整合的全新编程接口,集成了多种核心的技术和服务。其中Microsoft C#语言是一种在.NET Framework上运行程序而设计的。通过.NET Framework类库(FCL),可访问许多操作系统服务以及其它许多有用的、精心设计的类,这些类可显著加快开发过程,直白的说Visual Studio只是C#的一种开发工具[3]。

  本文通过整理某机场RNP AR飞行程序保护区计算过程的参数,简化了输入确定了输出,最后得到保护区绘制评估障碍物所需的参数计算软件的框架体系,其实也就是一个多输入多输出的系统,如上图4所示。通过用户界面输入需要的参数,导入程序后台运算,输出需要的计算结果并显示在用户界面的窗口中。

  图4:C#程序设计结构图

 

  在设计软件中输入所需的已知参数,所求的参数就会随着已知参数输入而显示出来,运行结果为图5为中间进近航段计算设计窗口,图6为最后进近航段计算设计窗口。

  图5:中间进近航段计算设计窗口

  图6:最后进近航段实例计算

 

  五、展望

  本文根据民航局新技术路线推广,RNP AR飞行程序将来可能成为每个机场主用飞行程序。但是RNP AR程序设计时保护区参数的计算工作量比较大、易出错的部分,采用Visual C#设计了参数的自动化计算设计,能减轻飞行程序设计人员的工作强度,提高工作效率,保证设计质量。由于篇幅原因,不在给出设计界面的部分编码。

  参考文献:

  [1] 中国民航局.中国民航PBN实施路线图[Z].2009-5

  [2] 李娜,钟育鸣.厦航波音737-700拉萨机场RNP AR验证试飞成功[N].中国民航报,2012-6-1

  [3] 郭文夷,代方胜.Visual C#.NET可视化程序设计[M].上海:华东理工出版社,2005

  [4] 国际民用航空组织.需要授权的所需性能导航(RNP AR)程序设计手册( ICAO DOC 9905)[Z].2009年第一版



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