2.5 传统下降剖面设计

2.5.1 阶梯式下降程序设计

本节主要介绍传统下降剖面的设计过程及其应该满足的设计规范。传统的下降方式为阶梯式下降，它与连续下降进近同属于非精密进近的范畴。与精密进近相比，非精密进近是只有方位引导而没有垂直引导的仪表进近，需要靠机组人员根据飞机离跑道入口的距离计算、检查和调整飞行高度，控制飞机在规定的“下滑线”上下降。实施非精密进近的难度较高，百分之六十的可控飞行撞地事故发生在实施非精密进近的下降阶段，因此实施非精密进近需要严格遵守非精密进近程序规范并对进近程序的流程有明确了解。

所谓阶梯式下降是指飞机在下降过程中包含一个以上的平飞航段。根据典型的阶梯式下降进近程序，可以将其划分为进场航段、起始进近航段、中间进近航段、最后进近航段和复飞航段，如图2-6所示。

进场航段是指飞机从巡航阶段到实施进近程序的过渡航段，该航段一般由空中交通管制部门指定。在空中交通流量较小时，可不设置此航段；在空中交通流量比较大时，由空中交通管制部门根据终端区排序结果通过进近航段将飞机引导到起始进近定位点，以保证航线的畅通。起始进近航段的起点为起始进近定位点，终点为中间进近定位点，该航段通常以等表速或等马赫数下降方式下降到某一高度，对垂直航迹没有特别要求。中间进近航段是指飞机从中间进近定位点飞到最后进近定位点的航段，在该航段一般要求飞机保持等高平飞，调整飞行速度和姿态等，以便对准最后进近航段。最后进近航段起始于最后进近定位点，终止于复飞点，在该航段飞行员根据仪表信息和目视信息引导飞机对准着陆航迹下降并着陆。若飞机下降至最低下降高度时，飞行员无法看到跑道或无法获得继续下降所要求的目视参考，则立即启动复飞程序，逐步引导飞机飞到复飞航段。上述各航段的最佳下降梯度和最大下降梯度见表2-13。

非精密进近对能见度和云高有要求，从理论上说，采用阶梯式下降可以使飞机在起始进近定位点之后或最后一个阶梯式下降定位点（Step Descent Fix, SDF）之后立即下降到最低下降高度，但此时不可能看到跑道，无法获得目视参考。因此，才需要增加平飞航段，以调整速度和下降着陆构型，直到飞机以合适的下降率下降或飞到复飞点复飞。在某些情况下，最后进近定位点后包括阶梯式下降定位点，仪表进近程序会公布阶梯式下降定位点和之后相应的垂直下降梯度。对于最后进近定位点之后包括阶梯式下降定位点的程序，其设计目标是确保垂直航迹不低于阶梯式下降定位点的超障高度。

传统阶梯式下降程序是在机场净空剖面的基础上设计的，其中有的包含（有的不包含）阶梯式下降定位点。所谓阶梯式下降定位点是指在一个航段内确认已安全飞越障碍物后允许再下降的定位点。对于最后进近航段之后包含阶梯式下降定位点的非精密进近，飞行员需要在通过最后进近定位点之后多次调整飞机的推力、俯仰姿态和高度，这些调整增加了飞行员的工作负担和出现差错的可能；对于最后进近航段不包含阶梯式下降定位点的非精密进近，飞行员在通过最后进近定位点之后可以立即下降到最低下降高度，这种操纵通常被称为“快速下降后平飞”（dive and drive）。下面举例说明，图2-7为我国某机场23号跑道的仪表进近纵向剖面图。

最后进近航段的下降率需要根据飞机地速换算，地速与下降率换算见表2-14。

根据上述某机场仪表进近纵向剖面图，可以设计如下进近定位点模拟阶梯式下降进近过程。因阶梯式下降过程中的水平航迹在一般情况下已确定，故在仿真过程中将水平航迹简化为一条直线。下降定位点的纬经高坐标见表2-15。

所设计的阶梯式下降三维航迹、垂直剖面和水平航迹分别如图2-8、图2-9和图2-10所示。

从设计结果来看，所设计的阶梯式下降进近程序在某机场仪表进近纵向剖面图所规定的边界之内，符合设计要求。

2.5.2 仿真结果及分析

以实现上述阶梯式下降为目标，以国产某型飞机为对象通过仿真测试整个阶梯式下降过程。其中，超始进近航段和最后进近航段分别以120m/s和95m/s等表速下降方式下降，中间进近航段（平飞航段）的目标速度为100m/s。这3个航段的期望航迹倾斜角见表2-16。

假设飞机从3000m高度开始下降，初始速度为120m/s，阶梯式下降仿真结果如图2-11所示。

从图2-11（a）所示的飞行速度曲线可以看出，飞机从3000m高度进入下降航段时，由于速度方向的改变，在重力分量的作用下，存在一个短暂的加速过程。随后在控制律的作用下逐渐减速到初始速度120m/s。结合图2-11（e）所示的飞行高度曲线可知，飞机在进入平飞航段后，迅速减速到目标速度100m/s，随后保持100m/s的速度平飞，大约500s后，以95m/s的速度继续下降。观察图2-11（f）中整个下降过程的垂直速度曲线可知，在第一个下降航段，飞机的下降速度较快，以达到迅速降低高度的目的，随后进入平飞航段，下降速度为零；在第二个下降航段，飞机保持较慢的下降速度以利于着陆。在这两个下降航段，航迹倾斜角为-2.5°左右，与所设计的期望下滑角基本一致。由于整个下降过程中飞行速度逐渐减小，所需要的推力值也逐渐减小。另外，通过分析图2-11（j）所示的油门开度曲线和图2-11（l）所示的燃油消耗速度曲线可以发现，两者的变化趋势基本相同，并且在平飞航段的油门开度和燃油消耗速度大于在下降航段的油门开度和燃油消耗速度，因为在平飞航段为了克服重力而保持一定的平飞高度，需要比下降航段更大的推力和消耗更多的燃油。

通过上述分析可知，采用阶梯式下降进近程序，过程烦琐，程序复杂，需要反复改变推力，导致飞行状态改变频繁，对机组人员的飞行技术有很高的要求。另外，因为在平飞航段的燃油消耗率大，也增加了飞机下降进近的燃油消耗量。复杂的下降过程不利于空管人员对所需到达时间做出估计，他们不得不增加进近飞机之间的安全间隔，限制了机场的运行效率。因此，基于四维航迹的连续下降进近技术可以有效解决上述问题：减少平飞航段以节省燃油消耗量；对所需到达时间的精确控制，可以有效提高机场的运行效率，增加机场的吞吐量。