劉思佳 王潔 倪海云

[摘? 要]實(shí)施穩(wěn)定的進(jìn)近是飛機(jī)進(jìn)近著陸階段安全性的重要保證，而不穩(wěn)定進(jìn)近則是發(fā)生重著陸、平飄距離長(zhǎng)等飛行異常的重要誘因。文章首先分析了民航飛機(jī)穩(wěn)定進(jìn)近的標(biāo)準(zhǔn)，以及穩(wěn)定進(jìn)近對(duì)飛行操作的要求;其次，結(jié)合飛行工作實(shí)際，從能量管理的角度提出了七種不穩(wěn)定進(jìn)近誘因，包括速度控制、放襟翼和起落架操作的時(shí)機(jī)控制等，并建立了穩(wěn)定進(jìn)近能量管理的關(guān)聯(lián)因素圖。最后，針對(duì)進(jìn)近著陸階段能量管理異常的監(jiān)控問(wèn)題，探索了回歸、聚類、統(tǒng)計(jì)和分類四類飛行數(shù)據(jù)分析方法。

[關(guān)鍵詞]穩(wěn)定進(jìn)近;能量管理;飛行數(shù)據(jù);重著陸

中圖分類號(hào)：V323? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-1722（2021）22-0082-03

民航飛機(jī)的穩(wěn)定進(jìn)近，是指飛行員在最后進(jìn)近階段操縱飛機(jī)建立并保持一個(gè)恒定角度的下滑軌跡，同時(shí)保持飛機(jī)姿態(tài)、空速和下降率的穩(wěn)定[1]。從飛行事故統(tǒng)計(jì)分析來(lái)看，建立穩(wěn)定進(jìn)近是確保飛機(jī)著陸安全的首要前提，而不穩(wěn)定進(jìn)近則是飛機(jī)進(jìn)近著陸階段事故的重要誘因[2]。

飛機(jī)進(jìn)近著陸過(guò)程中，飛機(jī)的高度勢(shì)能和動(dòng)能持續(xù)穩(wěn)定地減小，最終以正常的著陸載荷和平飄距離接地。由此可見(jiàn)，飛行員實(shí)施進(jìn)近的過(guò)程也是一個(gè)良好的飛機(jī)能量管理過(guò)程。事實(shí)上，有關(guān)飛行能量管理的相關(guān)研究集中在連續(xù)下降操作、預(yù)防空中飛行失控、輔助飛行員增強(qiáng)能量管理意識(shí)三個(gè)方面[3]，且都與進(jìn)近著陸階段密切相關(guān)。連續(xù)下降操作過(guò)程中，飛機(jī)下降階段的水平飛行段被最小化。此時(shí)能量管理的重點(diǎn)是在整個(gè)下降過(guò)程中保持盡可能低的功率，將燃油消耗、排放和噪音降至最低。預(yù)防空中飛行失控則要始終保持足夠的能量以安全操縱飛機(jī)，保證飛行狀態(tài)始終處于安全包線范圍內(nèi)。鑒于進(jìn)近著陸階段飛機(jī)能量管理的重要性，航空界一直在研究以視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)方式向飛行員提供飛機(jī)的能量狀態(tài)及其變化信息[3]。

文章首先對(duì)飛機(jī)穩(wěn)定進(jìn)近標(biāo)準(zhǔn)及其對(duì)飛行員的操作要求展開(kāi)分析;其次，從能量管理的角度研究不穩(wěn)定進(jìn)近的影響因素;最后，探討基于飛行數(shù)據(jù)的能量管理異常監(jiān)控方法。

一、飛機(jī)穩(wěn)定進(jìn)近影響因素分析

（一）穩(wěn)定進(jìn)近標(biāo)準(zhǔn)

要把握穩(wěn)定進(jìn)近的內(nèi)涵，其實(shí)質(zhì)是設(shè)置一組描述穩(wěn)定進(jìn)近的定量標(biāo)準(zhǔn)。不同的航空公司和民航監(jiān)管機(jī)構(gòu)都規(guī)定了穩(wěn)定進(jìn)近的最低標(biāo)準(zhǔn)。一組公認(rèn)的穩(wěn)定進(jìn)近標(biāo)準(zhǔn)是由美國(guó)飛行安全基金會(huì)（FSF）提出的，其簡(jiǎn)要描述如下。

（1）飛機(jī)應(yīng)保持在正確的飛行軌跡上。俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航姿態(tài)只允許微小變化。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置合理。指示空速處于著陸參考速度（VREF）以上20節(jié)以內(nèi)，即不高于VREF+20，下降率不得超過(guò)1000ft/min。

（3）飛行員完成所有簡(jiǎn)報(bào)和檢查單操作，飛機(jī)處于正確的著陸構(gòu)型。對(duì)于精密進(jìn)近，飛機(jī)已捕獲下滑道和航道。

此外，在儀表氣象條件（IMC）下，應(yīng)在1000ft以上建立穩(wěn)定進(jìn)近;在目視氣象條件（VMC）下，應(yīng)在500ft以上建立穩(wěn)定進(jìn)近。若不能達(dá)到穩(wěn)定進(jìn)近要求，應(yīng)終止進(jìn)近著陸操作并立即復(fù)飛[4]。

（二）穩(wěn)定進(jìn)近對(duì)飛行員操作的要求

飛機(jī)進(jìn)近著陸是航空界公認(rèn)的最復(fù)雜的操作程序之一。為了降低進(jìn)近著陸飛行的潛在風(fēng)險(xiǎn)，航空公司和監(jiān)管機(jī)構(gòu)要求機(jī)組人員在相對(duì)目的地機(jī)場(chǎng)標(biāo)高1000ft和500ft兩個(gè)高度點(diǎn)檢查一系列飛行狀態(tài)。如果不滿足穩(wěn)定進(jìn)近標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)組人員必須立即執(zhí)行復(fù)飛程序，從而增加了飛行成本并降低跑道使用效率。在精密進(jìn)近和非精密進(jìn)近兩種方式中，后者只有航向道指引。在非精密進(jìn)近過(guò)程中，如果飛行員的技術(shù)水平不足、遇突風(fēng)或心理壓力過(guò)大，則極易造成下降剖面和飛行狀態(tài)的不穩(wěn)定變化。因此，非精密進(jìn)近飛行更加考驗(yàn)飛行員的飛行技術(shù)水平，而在非精密進(jìn)近階段出現(xiàn)不穩(wěn)定進(jìn)近的概率也遠(yuǎn)高于精密進(jìn)近階段[5]。

（三）實(shí)施穩(wěn)定進(jìn)近的能量管理要素

從巡航高度的初始下降開(kāi)始，良好的能量管理是保證穩(wěn)定進(jìn)近的關(guān)鍵。文章的出發(fā)點(diǎn)是研究與能量管理相關(guān)的若干飛行操作對(duì)不穩(wěn)定進(jìn)近發(fā)生概率的影響。結(jié)合飛行工作實(shí)踐，提出的與能量管理相關(guān)的飛行操作要素如下。

要素1：推遲實(shí)施下降操作，將導(dǎo)致不穩(wěn)定進(jìn)近的風(fēng)險(xiǎn)增加。一般以下降起始點(diǎn)水平距離是相對(duì)機(jī)場(chǎng)高度的3倍為起始下降臨界點(diǎn)，從該臨界點(diǎn)下降，其下滑角約為3°;若超過(guò)3°，將大大增加發(fā)生不穩(wěn)定進(jìn)近的風(fēng)險(xiǎn)。

要素2：10 000ft以下以超過(guò)250節(jié)空速飛行，將導(dǎo)致不穩(wěn)定進(jìn)近的風(fēng)險(xiǎn)增加。以超過(guò)250節(jié)空速飛行時(shí)，不可能使飛機(jī)既保持下降又持續(xù)地減速。為滿足下降剖面要求，若停止下降至慢速，則要增大下滑角，從而增加不穩(wěn)定進(jìn)近風(fēng)險(xiǎn)。

要素3：放起落架時(shí)空速較高，將導(dǎo)致不穩(wěn)定進(jìn)近的風(fēng)險(xiǎn)增加。放起落架會(huì)增加空氣阻力，造成飛機(jī)減速。通常在空速接近穩(wěn)定進(jìn)近要求的前提下，在接近著陸的最終下降點(diǎn)時(shí)放起落架。若在較高空速下放起落架，則表明空速過(guò)大。

要素4：放起落架時(shí)距目的地機(jī)場(chǎng)距離近，將導(dǎo)致不穩(wěn)定進(jìn)近的風(fēng)險(xiǎn)增加。起落架只能在低于相關(guān)限制速度時(shí)放下。如果接近穩(wěn)定進(jìn)近點(diǎn)時(shí)空速過(guò)大，飛行員可能需要推遲放起落架。因此，推遲放起落架操作反映了空速過(guò)大。

要素5：放襟翼時(shí)空速較大，將導(dǎo)致不穩(wěn)定進(jìn)近的風(fēng)險(xiǎn)增加。放襟翼使空氣阻力增加，其增加程度比放起落架小。襟翼通常在最后進(jìn)近定位點(diǎn)放下。若在較大空速下放襟翼，則表明空速過(guò)大。

要素6：放襟翼時(shí)距目的地機(jī)場(chǎng)距離近，將導(dǎo)致不穩(wěn)定進(jìn)近的風(fēng)險(xiǎn)增加。與放起落架類似，襟翼只能在低于相關(guān)限制速度時(shí)放下。如果接近穩(wěn)定進(jìn)近點(diǎn)時(shí)空速過(guò)大，飛行員可能需要推遲放襟翼。因此，推遲放襟翼操作反映了空速過(guò)大。

要素7：下降時(shí)使用擾流板，將導(dǎo)致不穩(wěn)定進(jìn)近的風(fēng)險(xiǎn)增加。使用擾流板可以增大下降率，并限制空速的增大。然而，如果飛行員在下降時(shí)使用了擾流板，則表明其意圖在于消除能量的過(guò)剩，反映了能量管理異常。

此外，誘發(fā)不穩(wěn)定進(jìn)近還有其他非能量管理因素，包括環(huán)境照明和能見(jiàn)度、飛行員的經(jīng)驗(yàn)、飛行時(shí)間和自動(dòng)飛行系統(tǒng)的使用等。結(jié)合飛行工作實(shí)踐認(rèn)為，這些非能量管理因素可能擴(kuò)大上述七個(gè)因素的調(diào)節(jié)范圍。例如，在夜間飛行、飛行員經(jīng)驗(yàn)不足、飛行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、未使用精密進(jìn)近程序等因素的影響下，發(fā)生不穩(wěn)定進(jìn)近的風(fēng)險(xiǎn)將進(jìn)一步加劇。通過(guò)文章研究，確立了實(shí)施穩(wěn)定進(jìn)近的能量管理關(guān)聯(lián)因素如圖1所示。

二、基于飛行數(shù)據(jù)的能量管理異常分析方法

各類飛行狀態(tài)、機(jī)組的飛行操作由機(jī)載飛行數(shù)據(jù)系統(tǒng)記錄，因此，基于飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行能量管理異常的檢測(cè)分析是探測(cè)不穩(wěn)定進(jìn)近的主要手段。基于飛行數(shù)據(jù)的飛行品質(zhì)監(jiān)控主要手段是超限值檢測(cè)。一旦識(shí)別到超出預(yù)設(shè)范圍和時(shí)間邊界的參數(shù)數(shù)據(jù)，則識(shí)別為能量管理不當(dāng)，并有誘發(fā)不穩(wěn)定進(jìn)近的風(fēng)險(xiǎn)。超限值檢測(cè)本質(zhì)上是一種簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)異常檢測(cè)方法。近年來(lái)，基于機(jī)器學(xué)習(xí)理論提出了若干新方法，包括回歸、聚類、統(tǒng)計(jì)、分類方法等，有助于分析能量管理異常問(wèn)題，如圖2所示。

（一）基于回歸的方法

采用無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)方法可進(jìn)行海量飛行數(shù)據(jù)中極少量異常數(shù)據(jù)的檢測(cè)?；诨貧w的方法是一種無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)方法，其步驟是首先使用回歸模型對(duì)多維飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，而后通過(guò)回歸模型的預(yù)測(cè)和數(shù)據(jù)差異分析來(lái)檢測(cè)能量管理異常。

（二）基于聚類的方法

基于聚類的能量管理異常檢測(cè)無(wú)須數(shù)據(jù)標(biāo)簽，一般選定某種算法作為模型核心并對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，隨后計(jì)算待測(cè)樣本與最近的聚類中心的距離，并將其作為測(cè)試樣本的異常分?jǐn)?shù)。由于絕大部分航班是穩(wěn)定進(jìn)近航班，能量管理良好，從而使得飛行數(shù)據(jù)中的異常數(shù)據(jù)很少，且不具有明確的數(shù)據(jù)標(biāo)簽。采用聚類方法對(duì)飛行數(shù)據(jù)形成單一主簇，從而進(jìn)行異常能量管理自動(dòng)檢測(cè)是一種較理想的方法。事實(shí)上，聚類方法已經(jīng)在飛行數(shù)據(jù)的異常檢測(cè)方面進(jìn)行了初步應(yīng)用。

（三）基于統(tǒng)計(jì)的方法

基于統(tǒng)計(jì)的方法是一種監(jiān)督學(xué)習(xí)方法。它是通過(guò)統(tǒng)計(jì)模型擬合數(shù)據(jù)，隨后應(yīng)用數(shù)據(jù)分布假設(shè)、統(tǒng)計(jì)推斷等方法判斷待測(cè)樣本的異常程度?；诮y(tǒng)計(jì)的飛行數(shù)據(jù)異常檢測(cè)方法通常用于解決飛行數(shù)據(jù)的瞬時(shí)異常檢測(cè)問(wèn)題。作為一種監(jiān)督學(xué)習(xí)方法，基于統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)數(shù)據(jù)標(biāo)簽的依賴程度較低，可用于能量管理異常的分析。

（四）基于分類的方法

基于分類的方法是針對(duì)飛行數(shù)據(jù)參數(shù)序列，首先選定相應(yīng)的分類器作為內(nèi)核，隨后用帶標(biāo)簽的數(shù)據(jù)樣本來(lái)訓(xùn)練模型，最后通過(guò)所預(yù)測(cè)的待測(cè)樣本的標(biāo)簽來(lái)判斷異常。飛行數(shù)據(jù)屬于典型的高維時(shí)間序列。與其他方法相比，分類方法在分析時(shí)間序列方面是有優(yōu)勢(shì)的。事實(shí)上，在不穩(wěn)定進(jìn)近過(guò)程中，某參數(shù)發(fā)生異常的誘因可能是若干時(shí)刻點(diǎn)之前的另一個(gè)參數(shù)產(chǎn)生了異常。飛行員之前的某個(gè)操作造成了當(dāng)前時(shí)刻的某項(xiàng)參數(shù)的異常。這在能量管理問(wèn)題研究中具有普遍意義。

三、結(jié)語(yǔ)

穩(wěn)定的進(jìn)近過(guò)程是飛機(jī)安全進(jìn)近著陸階段的重要保證。文章首先分析了飛機(jī)穩(wěn)定進(jìn)近的標(biāo)準(zhǔn)，以及穩(wěn)定進(jìn)近對(duì)飛行員操作的要求;其次，結(jié)合飛行工作實(shí)際，從能量管理的角度提出了不穩(wěn)定進(jìn)近的七種誘因，面向穩(wěn)定進(jìn)近要求建立了能量管理的關(guān)聯(lián)因素圖;最后，針對(duì)進(jìn)近著陸階段能量管理異常的飛行數(shù)據(jù)監(jiān)控問(wèn)題，探索了回歸、聚類、統(tǒng)計(jì)和分類四類飛行數(shù)據(jù)分析方法。

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