飞行程序设计-第6章 气压垂直导航

1、第六章第六章 气压垂直导航气压垂直导航 非精密进近非精密进近 NPA 带垂直引导的带垂直引导的 进近进近 APV 精密进近精密进近 PA 传统导航传统导航 VOR/DME NDB LOC 区域导航区域导航 （水平引导）（水平引导） GNSS-ABAS DME/DME VOR/DME 区域导航区域导航 （水平引导（水平引导 +垂直引导）垂直引导） APV BaroVNAV GNSS-ABAS +Barometer APV SBASGNSS-SBAS 传统导航传统导航 区域导航区域导航 （水平引导）（水平引导） ILS MLS GNSS-GBAS n气压垂直导航（气压垂直导航（Barometric

2、 Vertical Navigation）是一个导是一个导 航系统，该系统能够向飞行员显示参考指定垂直航径角航系统，该系统能够向飞行员显示参考指定垂直航径角 （VPA，通常是通常是3）的计算得来的垂直引导信息；）的计算得来的垂直引导信息； n由计算机模拟的垂直引导信息是基于气压高度的，表现形式由计算机模拟的垂直引导信息是基于气压高度的，表现形式 是从是从RDH延伸的一个垂直航径角。延伸的一个垂直航径角。 所有所有APV程序的关键特征：程序的关键特征： n由于由于是一种带垂直引导的进近程序（是一种带垂直引导的进近程序（APV: Approach Procedure with Vertical G

3、uidance），所以有以下与，所以有以下与ILS程序程序 类似的特征：类似的特征： n有最后进近点有最后进近点FAP，而不是最后进近定位点而不是最后进近定位点FAF； n使用决断高度使用决断高度/高（高（DA/H），），不使用最低下降高度不使用最低下降高度/高高 （MDA/H）；）； n没有没有MAPt； n使用使用OAS评估障碍物并计算评估障碍物并计算OCA/H。 APV Baro-VNAV程序的关键特征：程序的关键特征： n考虑低温修正考虑低温修正 n需要公布运行的最低温度需要公布运行的最低温度 nBaro-VNAV在供垂直引导时没有辅助地面导航设施，障碍物在供垂直引导时没有辅助地面导航

4、设施，障碍物 评估使用类似于评估使用类似于ILS的障碍物评估面，但此面的建立却是基于的障碍物评估面，但此面的建立却是基于 特定的水平引导系统，特定的水平引导系统，Baro-VNAV本身没有水平引导。因此本身没有水平引导。因此 只能与水平区域导航程序只能与水平区域导航程序LNAV结合使用。结合使用。 n不能使用远距的高度表拨正值不能使用远距的高度表拨正值 n最低运行标准的分类名称为最低运行标准的分类名称为“LANV/VNAV” APV程序对跑道和障碍物的要求程序对跑道和障碍物的要求 n附件附件14没有关于实施没有关于实施APV程序对跑道和机场障碍物要求的专程序对跑道和机场障碍物要求的专 门条款；

5、门条款； n为评价跑道是否能够实施为评价跑道是否能够实施APV程序，提出以下要求：程序，提出以下要求： - 若公布的若公布的OCH大于大于90米，则跑道和障碍物限制面（米，则跑道和障碍物限制面（OLS） 需满足附件需满足附件14中对非精密进近跑道的要求；中对非精密进近跑道的要求； - 若公布的若公布的OCH小于小于90米，则跑道和米，则跑道和OLS需满足附件需满足附件14中对中对I 类精密进近跑道的要求。类精密进近跑道的要求。 航空器性能要求：航空器性能要求： n遵循遵循AC20-129标准标准Airworthiness Approval Vertical Navigation System

6、for use in the U.S. National Airspace System (NAS) and Alaska n更多细节参见更多细节参见PBN手册手册 VOL II att 4.3 n垂直方向垂直方向FTE200ft n垂直方向精度垂直方向精度100ft n水平方向精度满足水平方向精度满足LNAV PNP APCH的要求的要求 Baro-VNAV的的APV 航段航迹设置要求：航段航迹设置要求： nAPV 航段必须与跑道中线延长线一致航段必须与跑道中线延长线一致 nAPV航段包括最后进近航段和复飞的起始、中间及最后阶段航段包括最后进近航段和复飞的起始、中间及最后阶段 n起始于起始于

7、FAP（中间进近航段的（中间进近航段的OCH与垂直航径角的交点）与垂直航径角的交点） n终止于复飞转弯点终止于复飞转弯点MATF或复飞等待点或复飞等待点MAHF （以其中距入口（以其中距入口 较近者为准）较近者为准） nFAP距跑道入口的距离通常不大于距跑道入口的距离通常不大于19KM（10NM） n垂直航径角垂直航径角VPA 最佳为最佳为3.0, VPA3.0,3.5 nRDH=15m Baro-VNAV的障碍物评估：的障碍物评估： nBaro-VNAV程序利用类似程序利用类似ILS的的OAS面对障碍物进行评价面对障碍物进行评价 nOAS面由三个面组成：最后进近面（面由三个面组成：最后进近面

8、（FAS）、水平面）、水平面 （horizontal plane）、中间和最后复飞面（）、中间和最后复飞面（Zi和和Zf），）， 每个面每个面 的两侧都有侧面。的两侧都有侧面。 nOAS面的水平范围使用水平导航（面的水平范围使用水平导航（LNAV）保护区的水平范围；保护区的水平范围； 使用使用LNAV程序的程序的FAF和和MAPt来限定保护区范围，但它们不来限定保护区范围，但它们不 是是VNAV程序的组成部分；程序的组成部分； n所有障碍物的高都是相对于跑道入口的所有障碍物的高都是相对于跑道入口的 nOAS侧面的划设：侧面的划设： 侧面的外侧面的外/高边界基于高边界基于LNAV保护区副区的外边

9、界；侧面的低保护区副区的外边界；侧面的低/内内 边界基于边界基于LNAV保护区主区的外边界。保护区主区的外边界。 n侧面的外侧面的外/高边界的高度如下确定：高边界的高度如下确定： 1、FAS侧面的外侧面的外/高边界等于高边界等于FAS的高度加最后进近的高度加最后进近MOC （75M）；）； 2、中间复飞面侧面的外、中间复飞面侧面的外/高边界等于中间复飞面的高度加高边界等于中间复飞面的高度加30M； 3、与、与FAS相交处的水平面侧面的外相交处的水平面侧面的外/高边界等于高边界等于75M，然后线性，然后线性 降低至与中间复飞面相交处为降低至与中间复飞面相交处为30M； 4、最后复飞面侧面的外、最

10、后复飞面侧面的外/高边界等于最后复飞面的高度加高边界等于最后复飞面的高度加50M。 nFAS是位于跑道入口前的一个斜面，斜率与是位于跑道入口前的一个斜面，斜率与VPA、FAP的的 高度、温度校正等有关。在初始设计时，一般将高度、温度校正等有关。在初始设计时，一般将VPA设置设置 为为3，根据得出的，根据得出的APV OAS评价障碍物，根据障碍物分评价障碍物，根据障碍物分 布、高度反过来再调整布、高度反过来再调整VPA的值。的值。 n最后进近面从入口高度开始，在入口之前垂直航径的高达最后进近面从入口高度开始，在入口之前垂直航径的高达 到入口以上到入口以上MOCapp 的位置再平移的位置再平移44

11、4m（ATT）的纵向）的纵向 距离为起点，延伸到标称距离为起点，延伸到标称FAP+ATT，平行于经低温校正，平行于经低温校正 的的VPA。 最后进近面最后进近面FAS：Final Approach Surface 确定确定FAS的几个要素：的几个要素： n水平方向：水平方向：LNAV面面 位于跑道入口的位于跑道入口的MAPt 在在FAP处的处的FAF LNAV保护区的副区作为保护区的副区作为OAS面的外边界面的外边界 n垂直方向：垂直方向： VPA 低温修正低温修正 FAS的起始位置距跑道入口的距离的起始位置距跑道入口的距离XFAS MOC ATT=0.8*RNP（NM）=444m ATTXT

12、TBV1/2W FAF0.240.311.45 MAPt0.240.30.50.95 MATP0.810.52 FAP MAPt 30 平平 面面 图图 VPA XFAS XFAS 跑道入口跑道入口 FAP 剖剖 面面 图图 MOCAPP 温度对最后进近航段垂直剖面的影响温度对最后进近航段垂直剖面的影响 温度为温度为ISA+15 时时,VPA=3.2 温度为温度为ISA-30 时时,VPA=2.7 温度为温度为ISA时时,VPA=3 天气寒冷时，飞机的实际飞行高度将比高度表指示高度低很天气寒冷时，飞机的实际飞行高度将比高度表指示高度低很 多，实际的多，实际的VPA也将比指定的也将比指定的VPA

13、小很多小很多。 低温和高温情况下低温和高温情况下VPA的变化的变化 TAN MIN VPA=(HFAP- TCORR -RDH)/DFAP-THR FAP RDH 跑道入口跑道入口 TCORR 温度校正值（温度校正值（TCORR）的确定的确定 n确定最低公布温度：确定最低公布温度： - 机场标高位置前机场标高位置前5年中每年最冷月份最低温度的平均值，按年中每年最冷月份最低温度的平均值，按 5C向下取整；向下取整； n如航空器飞行管理系统具有最后进近温度补偿功能，则无最如航空器飞行管理系统具有最后进近温度补偿功能，则无最 低温度限制低温度限制 n根据上述温度、机场标高和根据上述温度、机场标高和F

14、AP位置高应用公式计算位置高应用公式计算TCORR； 或在附表中根据最低公布温度和或在附表中根据最低公布温度和FAP位置高查出位置高查出TCORR，该该 表是海平面标高机场的温度校正值，应用在标高高的机场应表是海平面标高机场的温度校正值，应用在标高高的机场应 该更保守。该更保守。 TCORR计算公式计算公式 TCORR =H*(15-t0)/(273+t0-0.5*L0*(H+H ss) n其中：其中： H为中间进近航段的为中间进近航段的OCH（以高度表拨正值来源处为基准）（以高度表拨正值来源处为基准） L0=0.0065 /m或或0.00198 /ft H ss为高度表拨正值来源处的高度（通

15、常为机场标高）为高度表拨正值来源处的高度（通常为机场标高） T aerodrome为机场温度为机场温度 H aerodrome为机场标高为机场标高 t0=taerodrome+L0*H aerodrome-将机场温度修正至海平面温度将机场温度修正至海平面温度 检查最小检查最小VPA n计算最小计算最小VPA nTAN MIN VPA=(HFAP-Tcorr-RDH)/ DFAP-THR n如如VPA低于低于2.5 增加增加VPA（最大不超过（最大不超过3.5 ） 提高公布的最低运行温度提高公布的最低运行温度 FAP 跑道入口跑道入口 T corr MOC MOC FAS FAS的起点的起点 A

16、TT ATT VPA RDH 跑道入口跑道入口 MOC FAS FAS的起点的起点 ATT VPA RDH XFAS FAS起点的计算起点的计算 nXFAS=(MOC-RDH)/ TAN VPA+ATT FAP 跑道入口跑道入口 T corr MOC MOC FAS ATT ATT VPA RDH FAS梯度的计算梯度的计算 nD=(HFAP-MOC)/TAN VPA nTAN FAS =(HFAP-Tcorr-MOC)/D nTAN FAS=(HFAP-Tcorr-MOC)*TAN VPA/(HFAP-MOC) D D FAP MAPt 30 平平 面面 图图 VPA XFAS XFAS 跑

17、道入口跑道入口 FAP 剖剖 面面 图图 MOCAPP FAS 最后进近航段超过最后进近航段超过5NM的的OAS n为保护装备有垂直角度调节为保护装备有垂直角度调节(Vertical Angular Scaling)功能的功能的 航空器，当最后进近航段长度超过航空器，当最后进近航段长度超过5NM时，需要对障碍物进时，需要对障碍物进 行额外的评估；行额外的评估； n使用使用ILS OAS 中的中的W面，计算面的高度时考虑以下参数：面，计算面的高度时考虑以下参数： - VPA - RDH = 15M - 航空器类别航空器类别 - 与与LLZ至入口距离无关；至入口距离无关； nW面的水平范围同面的水

18、平范围同LNAV保护区范围；保护区范围； n最后采用的最后采用的OAS面是选取面是选取W面和面和FAS面中较低的面。面中较低的面。 FAP MAPt 平平 面面 图图 VPA XFAS 跑道入口跑道入口 剖剖 面面 图图 MOCAPP+HW FAS FAS XW W面面 WFAS W面面 侧面侧面 侧面侧面 MOCAPP+HFAS FAS侧面高度和侧面高度和MOC的计算的计算 剖面图剖面图 平面图平面图 Y X 入口平面入口平面 Y MOCapp=75m Hside(x,y) = HFAS(X) + MOCSEC(X,Y) MOCSEC(X,Y) = MOCapp(2Y/SW 1 ) SW F

19、AS计算总结计算总结 n已知数据：已知数据： - FAP高度、入口高度、最低公布温度、高度、入口高度、最低公布温度、VPA、航空器类别（用航空器类别（用 来计算来计算W面）、面）、RDH = 15米；米； n计算：计算： - 计算或查表得出温度修正值计算或查表得出温度修正值TCORR - 计算计算FAS起点坐标起点坐标XFAS = (MOC-RDH)TanVPA+ATT - 计算计算FAS角度角度 TANFAS = (HFAP TCORR - MOC) TanVPA （HFAP MOC） n结果：结果： - FAS在坐标在坐标X处的高：处的高： HFAS(X) = （X XFAS） TANFA

20、S - FAS侧面在坐标侧面在坐标X，Y处的高：处的高：Hside(x,y) = HFAS(X) + MOCSEC(X,Y) - 如果 如果HOBSTHOAS， OCH = HOBST + MOC 水平面和复飞面水平面和复飞面 n水平面：水平面： - 开始于开始于XFAS - 终点位于终点位于Xzi n中间复飞面：中间复飞面： - 起点位于起点位于Xzi，高度为入口高度，此处中间复飞的高度为入口高度，此处中间复飞的MOC（30 m） 开始获得；开始获得； - 终点位于终点位于50m的的MOC获得的位置；获得的位置； n最后复飞面：最后复飞面： - 起点位于起点位于XZf，此处最后复飞的此处最后

21、复飞的MOC（50 m）开始获得；开始获得； - 终点是终点是APV航段的结束；航段的结束； n复飞面的标称爬升梯度是复飞面的标称爬升梯度是2.5%，可以调整增加至，可以调整增加至3%、4%和和 5%； n水平面和复飞面的侧面水平范围都与相应的水平面和复飞面的侧面水平范围都与相应的LNAV保护区副区保护区副区 范围一致。范围一致。 FAP MAPt 30 VPA XFAS XFAS 跑道入口跑道入口 FAP MOCAPP FAS XZi XZf 最后进近面最后进近面水平面水平面中间和最后复飞面中间和最后复飞面 复飞障碍物复飞障碍物进近障碍物进近障碍物 VPA 跑道入口跑道入口 MOCAPP X

22、Zi 中间复飞面起点中间复飞面起点Zi XZi = (MOCapp RDH)/TAN VPA ATT (3s +15s)*(TAS+19km/h) + (MOCapp 30)/TAN Z TAN Z=2.5% ATT3S15S MOCMA=30m RDH 飞行方向飞行方向 (MOCapp RDH)/TAN VPA Zi (MOCapp 30)/TAN Z 0 复飞障碍物复飞障碍物 进近障碍物进近障碍物 VPA 跑道入口跑道入口 MOCAPP XZf TAN Z=2.5% ATT3S15S MOCMA=30m RDH 飞行方向飞行方向 (MOCapp RDH)/TAN VPA Zf (MOCap

23、p 50)/TAN Z 0 最后复飞面起点最后复飞面起点Zf XZf = (MOCapp RDH)/TAN VPA ATT ( 3s +15s)*(TAS+19km/h) + (MOCapp 50)/TAN Z Zi MOCMA=50m 复飞面计算总结复飞面计算总结 n已知数据：已知数据： - 复飞梯度（复飞梯度（TAN Z） - 18s过渡飞行时间过渡飞行时间 - VPA - 航空器类别（确定航空器类别（确定TAS） n计算：计算： - XZi = (MOCapp RDH)/TAN VPA ATT (3s +15s)*(TAS+19km/h) + (MOCapp 30)/TAN Z - XZ

24、f = (MOCapp RDH)/TAN VPA ATT ( 3s +15s)*(TAS+19km/h) + (MOCapp 50)/TAN Z n结果：结果： - 在坐标在坐标X处复飞面的高处复飞面的高HZi = (XZi X)TAN Z HZf = (XZf X)TAN Z - 若若HOBSTHOAS，计算当量障碍物高。计算当量障碍物高。 水平面和复飞面侧面高度的计算水平面和复飞面侧面高度的计算 n复飞面侧面高度与复飞面侧面高度与FAS侧面高度计算方法相似，只是将侧面高度计算方法相似，只是将 MOCapp改为改为MOCma（30m或或50m）；）； n水平面侧面是曲面，内边高为水平面侧面是

25、曲面，内边高为0，外边的高在，外边的高在XFAS处是处是75 米，线性减少至米，线性减少至XZi处是处是30米；因此计算（米；因此计算（X，Y）处侧面处侧面 高时应先计算在坐标高时应先计算在坐标X处的侧面外边高，再以线性减少的处的侧面外边高，再以线性减少的 方法计算坐标方法计算坐标Y处的高。处的高。 MAPt XFAS XFAS 跑道入口跑道入口 75m XZi X Y 30m XZi Z X XO YO MOCO =30+ (XO-XZi)/(XFAS-XZi)*45 Hso=2*(1-YO/SW)* MOCO 0 当量进近障碍物高的计算当量进近障碍物高的计算 nFAP与与XZi之间的障碍物

26、是进近障碍物，之间的障碍物是进近障碍物， Xzi以后的障碍物是以后的障碍物是 复飞障碍物；但为减少某些复飞障碍物引起过高的运行代价，复飞障碍物；但为减少某些复飞障碍物引起过高的运行代价， 可以规定高于从可以规定高于从Xzi开始平行于垂直航径的面的障碍物为复飞开始平行于垂直航径的面的障碍物为复飞 障碍物，即障碍物的高大于（障碍物，即障碍物的高大于（ -Xzi + X）TAN VPA； nha = hmacotZ + (X XZ) cotZ + cotVPA 式中式中ha = 当量进近障碍物的高当量进近障碍物的高 hma = 复飞障碍物的高复飞障碍物的高 cotZ = Z面倾角的余切面倾角的余切 cotVPA = VPA的余切的余切 XZ = 中间复飞面或相应的最后复飞面的起点至入口的距中间复飞面或相应的最后复飞面的起点至入口的距 离离 （之前为正，之后为负）（之前为正，之后为负） X = 障碍物距入口的距离（之前为正，之后为负）。障碍物距入口的距离（之前为正，之后为负）。 复飞