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航空小常识

为了优化空中“高速公路” 航空业做了哪些努力

时间:2018年07月26日 15:07   来源:大飞机报
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  如果你点开flightrader 24,就能看到某一时刻天空上有多少飞机在飞行。看着图片上密密麻麻一架又一架飞机,你是否想过,这些飞机在同一片天空下,是如何做到不“堵车”的?当然,这离不开航线的规划、空管的指挥等因素。但在这些因素的背后,航空业从业者还做过不少努力。其中,一项关于RVSM的工作就不容忽视。

 

  空中“车道”从7个 增加至13个

  民航客机要完成一次飞行任务要经过滑行、起飞、爬升、巡航、下降、进近和着陆几个阶段。飞机在空中飞,跟汽车一样也要“按道飞行”,即垂直高度带。比如说,一架飞机的飞行高度是10000米,另一架飞机的飞行高度是11000米,这两架飞机是不会在空中相撞的。简单来说,飞机在航线运行时类似于汽车在高速公路上行驶,高速公路上的车道就类似于飞行高度层的概念。民航飞机飞行过程中,通常是根据事先的飞行计划以及航管的指示,逐步爬升到巡航高度,在指定的巡航飞行高度层飞行,并且不能随意地在任何巡航高度层之间切换。

  那么,这一条条“空中车道”又是如何设定的呢?以标准大气海平面(1013.25hpa)为基准面,按一定垂直间隔在空中划分的飞行高度层(Flight Level)。将飞机配备在不同的高度层上,可以使飞机之间保持安全的高度差,用以维护飞行秩序,防止航空器相撞。

  20世纪60年代,由于当时民用客机所使用的压力感应式气压高度表在高度超过FL300后灵敏度会大幅降低,而飞机的最佳巡航高度已经显著增加。因此,在FL290高度层飞行的民用飞机之间的标准垂直间隔改为2000ft(600m)。这个垂直间隔就相当于车道的宽度。

  但随着科学技术的发展,越来越多高精度的高度测量设备和飞机的监控技术相继出现,加之航空运输量持续增长,造成空中交通航线拥挤、机场延误、管制员负荷增加,给空中交通安全和效率带来不利影响,缩小航空器垂直飞行间隔成为当务之急。

  20世纪80年代初,国际民用航空组织(ICAO)成立专门小组,开始探讨研究缩小垂直间隔(Reduced Vertical Separation Minimum,RVSM)。

  所谓RVSM,顾名思义即在高度层29000ft(8839.2m)至41000ft(12500m)之间的高度层空间范围内,飞机之间的最小垂直间隔由过去的2000ft(600m)缩小为1000ft(300m)。

  这样该高度层范围内飞行高度层的数量从原有的7个增加到13个,新增6个飞行高度层,可用飞行高度层数量增加了86%,显著增加了空域容量,而这个高度层空间范围刚好是现代喷气式民航客机巡航阶段所主用的高度层。

  国际民用航空组织经过各种风险评估后认为:在FL290以上空域飞行的最小垂直间隔从600m(2000ft)缩减到300m(1000ft)在技术上是可行的,可以满足预定的安全标准,能有效增加空域容量,减轻空中交通管制指挥的工作负荷,提高航空企业的运行效益。

  可以说,RVSM的实施好比一条高速公路因为车多经常堵车,于是改建,从双向四车道变成双向八车道,从此不堵车了。

 

  RVSM运行对飞机设备有哪些要求

  RVSM空域是需要具备特殊资格才能运行的空域,根据AC21-13 要求,运营人航空器实施RVSM空域运行前,应得到民航局的批准。

  因此, RVSM空域运行对于飞机设备本身有一定要求。正如前文所说,RVSM发展并实施的基础是越来越精确的高度测量设备以及越来越先进的飞机监控设备,根据AC21-13 要求,RVSM 运行应至少具备五套设备。

  首先,需要两个独立的高度测量系统,要求其具备防冰功能,能够给机组限制压力高度,装订的SSEC 能够满足RVSM精度要求,并可以为自动飞行和警告提供信号。

  其次,需要一部具有高度报告能力的二次监视雷达应答机(SSR),如果只安装了一部,它必须具有转换到任何一个高度测量系统的能力。

  同时,还要有高度警告系统,当其显示给机组人员的高度偏离选定的高度超过±200ft 时应该进行告警。

  此外还需要自动高度控制系统,它可以使飞机在无颠簸、无阵风条件下使飞机保持高度在要求的高度±65ft 范围内。最后必不可少的是一套空中防撞预警(TCAS )系统。

 

  如何保证测高系统的准确

  航空器的高度保持性能反映了航空器对所指定飞行的高度层的符合性能力,通过总垂直偏差(Total Vertical Error, TVE)、测高系统误差(Altimetry System Error, ASE)和指定高度偏差(Assigned Attitude Deviation, AAD)来描述。其中,ASE的存在是航空器在RVSM空域运行安全的重大隐患,对它的检验至关重要。

  目前地面上雷达等监视设备以及机载防撞系统(TCAS)获取的航空器高度都来自于机载测高系统测量的气压高度,一旦测高系统存在较大误差,监视设备及TCAS均无法发现问题,这将对飞行安全造成极大威胁。

  因此,测高系统精度对RVSM运行十分重要。那么,如何保证测高系统的准确?

  要知道,在飞机制造、系统安装过程中,因为受零件压力与变形诸因素的影响,会在蒙皮表面呈一定周期性重复出现波浪形高低起伏的一种较小的形状误差称之为蒙皮波纹度(Skin Waviness)。

  而飞机测高系统是通过大气压力变化测量飞机高度的。在高速气流作用下,静压孔外形以及附近蒙皮外形会造成干扰气流而造成飞机静压传感数据不准确,导致飞机高度测量不准确。因此保证高度测量精度,控制飞机压力传感器附近的蒙皮波纹度是必不可少的。

  通常这块区域叫做RVSM关键区域(RVSM Critcal Area),RVSM关键区域必须保证非常高的气动力学光洁度。

  一架满足RVSM运行的飞机出厂时,飞机制造商除了会提供飞机各类传感器的维护方案以保证其精度之外,通常还会对RVSM关键区域进行检测,之后出具相关的蒙皮光洁度合格报告给用户。

  当飞机RVSM关键区域出现损伤或修理时,航空企业必须通过结构维修手册(SRM)和飞机维护手册(AMM)所涵盖的维护内容对蒙皮波纹度进行检测以满足恢复RVSM运行要求。

  所以,RVSM除了对飞机机载设备有要求(ADC、TCAS、高度保持与高度告警)外,还要考虑空速管在制造、安装以及持续使用中可能产生的误差;蒙皮在生产以及后续维护中可能对高度测量系统的影响。(许丹 文/陈栋 摄)

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