低空空域航空器飞行安全分析(英文)

我国低空空域即将开放,通用航空飞行数量将大幅度提高,该空域内航空器能否安全飞行以及确定安全飞行的条件是急需解决的问题.本文在此背景下,基于国际民航组织标准和我国民航局规定,采用看见避让(See and Avoid)原则,在飞行规则、能见度要求、反应时间、航空器速度以及盘旋坡度角或航空器爬升角度等约束条件下,根据航空器动力学原理,建立了同高度对头飞行冲突和交叉飞行冲突的冲突避让轨迹数学模型.定量角度分析低空空域航空器飞行以满足安全间隔的条件,最后采用Matlab软件进行分析.结果表明,低空空域航空器同高度对头相遇安全避让需满足一定的飞行条件,而同高度交叉相遇飞行的航空器能够安全解脱冲突.     

基于监视数据的实时飞行流量计算算法的设计与实现

实时飞行流量计算是空中交通流量管理的一个重要研究内容。本文构造了一种基于监视数据的实时飞行流量计算算法。算法将空域分为面空域、线空域和点空域三类,并针对3类空域结构设计了飞行流量计算方法,设计了避免重复计算处于特殊位置的航空器的计算流程。利用真实飞行轨迹进行验证,本文算法能实时计算出各类空域单元的交通流量,并且符合实际飞行原则和空域使用规则,是一种合理有效的实时飞行流量计算方法,具有一定的参考价值和实用性。     

缩小垂直间隔运行程序

RVSM（缩小垂直间隔）从1997年起在世界各空域陆续开始实施。RVSM实施的一个关键要素是航空器高度保持能力。本文从飞行计划的制定、飞行实施、应急等方面论述了RVSM运行所必须遵守的一般程序。     

制定空域安全管理规划缩小航空器最低安全间隔标准

由于世界范围内对航空服务的需求持续增长 ,有必要寻求一些方法在现有空域内提供额外的容量。降低空域最低安全标准可以显著增加空中容量 ,但是 ,如何在降低空域最低安全标准的同时又保证必要的安全裕度是一个亟待解决的问题。本文介绍了利用相撞危险性模型进行空域安全评估 ,并对通过评估后的空域建立相应的空域监控和管理机制 ,从而达到从空域安全规划的角度缩小航空器最低安全间隔标准 ,并保证空域安全。     

基于混杂系统模型的航空器4D航迹推测

为实现对未来大流量、高密度、小间隔条件下空域实施管理,4D航迹推测是国内新一代空管自动化系统最为核心的一项技术。首先基于飞行剖面不同飞行阶段的航空器动力学模型,构造了在不同飞行阶段之间转移,而在同一阶段航空器重量、校正空速、高度和距离等状态连续变化的混杂系统模型。通过温度和风速风向修正航空器真空速及地速,利用混杂系统递推法求解航空器4D航迹。实际算例表明,本文提出的混杂系统模型推测得到的水平航迹和垂直剖面能够准确地反映航空器的飞行状态变化,单架航空器4D航迹推测计算时间可以控制在2 s以内。     

美国海洋空域空中交通管理自动化解决方案

本文介绍FAA制定的海洋空域技术和程序合作计划。FAA对海洋空域空中交通管理自动化技术和产品提出的目标是,第一,要使海洋空域的间隔标准降低,必须支持自动相关监视技术(ADS)和管制员—飞行员空地数据链通讯(CPDLC),并具有自动探测飞行冲突的功能。第二,为了减少管制员的工作负荷,必须消除对纸质飞行进程单的依赖(实际上根本就不再需要和使用纸质飞行进程单)以及管制员对纸质飞行进程单所作的相关维护更新工作,同时,还必须支持空中交通管理部门之间协调的国际标准协议,即支持空中交通服务部门之间的数据通讯。第三,所有相关的监视数据和通讯数据必须能够自动处理,系统本身不会因为维护而中断服务,要求必须具有功能完全相同的备用系统。     

通航飞行服务站系统研究与实现

通航飞行服务站系统为通用航空提供最广泛的飞行服务,保证通用航空器安全、有序、高效执行飞行任务。该系统通过低空监视雷达、1090ES ADS-B地面站和北斗应用终端对低空空域进行综合监视,引接自动气象观测系统和AFTN电报网,自动采集气象情报、飞行情报、航行情报数据,为各类低空空域用户提供实时的低空飞行监视、管理和服务功能。本文对通航飞行服务站系统的系统结构与功能作了简要的介绍。本文研究工作对促进通用航空发展具有重要作用。     

航路序贯飞行条件下的航空器自主间隔控制

针对航路序贯飞行条件前机减速情况下两航空器的间隔保持问题,在考虑航路飞行存在的随机扰动因素的情况下,提出了基于滚动时域控制的航向角调整和真空速调整的混合间隔保持策略。对不考虑随机扰动的静态离线优化、仅使用速度调整的在线优化和混合间隔保持控制律在线优化3种间隔保持策略进行了对比,仿真的结果表明,不考虑随机扰动的静态优化在预计机动时间结束后没有回到航路中心线,仅考虑速度调整的间隔保持策略在254 s内完成了机动飞行,同时采用速度调整和航向调整的混合间隔保持策略在97 s内完成了机动飞行,机动效率提高了61.8%。结果表明了混合间隔保持策略的有效性、高效性及鲁棒性。     

大型繁忙机场区域导航(RNAV1)飞行程序设计

区域导航技术的使用,极大地摆脱了传统飞行程序对地面导航设施的束缚和依赖。灵活地设计飞行程序,充分利用空域资源,为大型繁忙机场提高空域容量和运行效率,提供了更多有效的方法。     

通用航空器飞行轨迹模型研究

目前我国低空空域的改革已经进入深化阶段,为评估低空空域的安全风险,有必要对通用飞机的轨迹进行研究。本文提出了非管制空域内通用航空器的自由飞行轨迹模型。模型根据通用飞机的目标航向和航向周期对通用飞机的水平轨迹进行计算,根据目标俯仰角和俯仰周期对通用飞机的垂直剖面进行计算,并通过几何方法详细计算了通用飞机的转弯轨迹。模型验证显示,该模型产生的通用飞机模拟轨迹,与实际轨迹具有很高的相似程度。模型可为低空空域的安全评估提供支持。     

仪表飞行程序定高转弯保护区分析

定高转弯作为仪表飞行中最为常见的飞行方式，普遍运用于日常飞行。本文以飞行程序设计规范为依据，分析了定高转弯保护区的标准画法，并以D类航空器在某机场定高转弯为例，对比分析了提升爬升梯度至7%以及10%的保护区范围与标准保护区范围的差异，阐述提升爬升梯度后引起的保护区范围扩大带来的潜在影响，并以此提出定高转弯保护区的优化建议。     

通用航空大发展对飞院管制部门的挑战

通用航空在我国即将迎来大发展局面,空域使用冲突矛盾会大量增加。文章详细分析了低空空域开放对飞院训练飞行的不利影响,论述了飞院管制部门承担通用飞行管制保障的必要性,提出了复杂飞行环境下飞院管制部门应采取的应对措施。     

连续下降运行中的飞行冲突预测与解脱算法

针对连续下降运行（Continuous descent operation,CDO）中的航空器冲突预测与解脱策略问题,构建了四维航迹（Four-dimensional trajectory,4DT）预测模型,实现飞行冲突的准确预测;以燃油消耗量、冲突时长为优化目标,以航空器在连续下降运行时的飞机速度、下降轨迹角（Descent path angle,DPA）为优化变量,基于多目标遗传算法NSGA-Ⅱ实现飞行冲突解脱。最后以某终端区内多机CDO飞行为例进行冲突预测和解脱,分析了优化目标权重系数对空域内平均耗油量和优化变量影响。结果表明,给出的解脱算法可以实现终端空域内的多机无冲突连续下降运行。与优化前相比,20架飞机的平均耗油节约了11 kg/架,空域内飞机之间的飞行冲突累积时间从984 s减少到0,即消除了飞行冲突。研究结果有助于实现空域内多机无冲突连续下降运行,提高CDO在繁忙机场的实施率和运行效果。     

基于GPS航迹的飞行误差分布规律研究

研究航迹误差分布规律,制定合适的飞行安全间隔标准是提高空域利用率的关键所在。本文针对CESSNA172机载GPS航迹数据对手动飞行条件下的航迹误差分布规律进行了研究。首先通过解析GPS航迹数据,利用Haversine公式对手动飞行条件下的航迹偏差进行统计分析;接下来采用quantile-quantile图检验法对航迹误差数据进行正态分布检验,根据Michael拟合优度检验方法给出正态分布的显著性水平;最后计算得到正态分布总体均值和标准差的置信区间。结果表明,训练飞机下降着陆阶段的实际位置点与跑道中心线的距离偏差符合正态分布规律,为训练飞行中空域规划及飞行安全间隔标准的制定提供了可靠理论依据。     

基于微分Petri网的民机航迹演化通用模型构建

为实现对未来大流量、高密度、小间隔条件下的空域实施管理,在战略航迹规划阶段,提出了一种模块化的战略航迹演化通用模型。建立了不同航段之间航空器状态动态切换的一类宏观Petri网演化模型,以及同一航段内航空器速度和高度两种特征参数值连续变化的3类微观Petri网演化模型。根据航空器特征参数值转化的4种不同形式并基于航空器全飞行剖面的混杂运行特性,运用微分Petri网理论,定义了航空器的4种演化模式,通过组合各种演化模式得到了3种航空器基本演化模型。在满足航空器性能约束的前提下,通过设定10个航段及15个高度和速度预设值,得到了全飞行剖面下各特征参数的演化图。结果表明,所设计的演化模型增强了航迹预测模型的通用性,能够反映航空器在水平剖面和垂直剖面内的状态变化。     

基于调速法的交叉航路空域复杂度研究

目前基于航空器架次的空域容量评估方法很难映射出交通态势、扇区结构及管制员负荷之间复杂关系,采用复杂度评估空域系统运行能力是当前空中交通管理领域的研究热点。本文基于空域复杂度评估方法中的扰动分析思想,根据扇区实际运行中交叉航路、航班流随机到达等实际情况,建立扇区-航班流模型,采用调速法进行飞行冲突探测与解脱,进而定义交叉航路扇区空域复杂度计算方法,设计了瞬时和平均空域复杂度可视化表示方法,对预测和降低空域复杂度提供支持。仿真结果表明,该方法与基于航空器架次的评估模型相比更能反映出扇区交通态势微观特征,向空中交通管理提供了决策支持工具。     

空管系统中WGS-84与BJ-54坐标转换

阐述了我国地理坐标系统与世界大地坐标系统的差别.由于航空器机载导航设备均是基于WGS-84坐标系的基础上开发应用的,而我国目前所采用的基准坐标系是BJ-54坐标系,因此出现了影响航行系统安全的现象,主要表现为:航空器飞行航迹偏差大;航空器在边界移交点出现位置跳跃.随着我国RVSM改造升级后垂直间隔由600 m缩小到300 m,从而对飞行器的定位点精度要求更加准确.提出在军民航系统中应用坐标转换,能够统一坐标系统并且其精度能够满足当前飞行安全要求.     

基于鲁棒控制理论的轨迹规划方案

为了在大流量、高密度和小间隔条件下获取多航空器鲁棒无冲突轨迹,针对不同的航路空间分布结构,通过将单架航空器视为一个批次以及引入缓冲时间参数,基于航路冲突点保护区竞争机制,在极大代数框架下根据管制间隔约束构建了单航段和多航段航空器流控制模型,建立了模型输入变量、状态变量和输出变量之间的约束关系。从各类子模型的空间逻辑结构出发,进一步构建了空域多航空器极大代数耦合模型。基于不同的调配目标,设定了多类鲁棒优化指标函数,采用调整航空器到达航段入口时刻和在航段上运行速度两种策略,提出了多航空器轨迹规划鲁棒优化模型。算例分析表明,本文所提出的规划模型可行有效。     

基于MapGIS平台的飞行程序设计底图校正

本文首次提出了基于MapGIS平台实现飞行程序设计底图校正的理论和方法,巧妙地利用MapGIS中的一些设置和技巧来提高飞行程序设计的精度。该方法不仅解决了业内使用传统方法处理机场周边地物图纸时难以解决的形变误差问题,同时结合其投影变化子功能,对不同投影带地图无法拼接的问题予以解决,具有比较重要的实际应用价值,这对不断提高航空器飞行的安全性和可靠性有着重要意义。     

急需：航线飞行员

根据空客公司的预测，未来20年内，随着航空器数量的增多和尺寸的增大，现有运载量将提高3倍，而与此形成矛盾的是，飞行人员在储备上捉襟见肘，因此，为日益扩大的机队找到数量充足的，有经验的合格飞行人员已成为当务之急和未来相当长一段时间内不得不面对的迫切问题。