航空公司体系化的低温飞行风险防范策略研究
航空公司体系化的低温飞行风险防范策略研究——长安航空 刘国杰 霍元明
摘要：低温情况下的飞行运行安全，逐渐引起航空公司的高度重视，尤其是在防止可控飞行撞地情况发生的安全管理工作方面。为构思体系化的低温运行安全风险防范措施，立足于飞行程序设计规范中对超障的考量,本文通过对可行的低温修正方法及存在问题进行分析,提出契合航空公司实际运行的低温修正方法，并结合实例进行演示。体系化的低温修正方法，能够更好地与飞行实际相结合，飞行操作更简易、直接，低温运行风险的防范举措更具针对性。体系化的低温修正方法，为航空公司解决低温情况下的飞行运行安全问题提供了一种清晰的策略。
关键字：低温修正；飞行程序；低温修正演示；低温飞行；可控飞行撞地。
引言
在飞行程序设计规范上，程序高度或高是关键参数。从理论上来看，在低温环境中飞行能否安全越障，可以通过飞行程序中程序高度或高来直观判断。但是，飞机在实际飞行中用于测量飞行高度的气压式高度表却直接会受到外界温度的影响。当外界温度与标准大气条件存在偏差时，飞机的实际飞行高度与气压式高度表所显示数据之间就会存在差异。外界气温较标准大气条件下温度越高，实际飞行高度越高，反之就越低。近些年，航空公司逐渐意识到，低温情况下如若不评估和修正低温影响，虽然严格按照飞行程序来调定高度表飞行，但实际飞行超障可能满足不了规章要求。特别是在终端区域运行，甚至会危及飞行安全。但不同航空公司对低温运行风险防范的思考深度和执行力度差异较大，如何有效保证低温情况下的飞行运行安全在执行层面就更是千差万别。
本课题从飞行程序设计规范和低温运行风险防控出发，分析了低温对飞行安全的影响，在提炼行业现行低温修正方法的基础上，提出了便捷精准的低温修正方法和体系化的低温运行风险防范策略，希望对航空公司在低温情况下的运行提供一些有益的参考，从而预防可控飞行撞地的情况发生。
一飞行程序设计规范研究
飞行程序，指为航空器在机场区域运行所规定的、按顺序进行的一系列机动飞行的要求，如飞行区域、航迹、高度、速度的规定和限制等，一般包括起飞离场程序、进场程序、进近程序、复飞程序和等待程序等。超障高度，针对的是单一障碍物，而在某一航段内，取所有超障高度（OCA）的最大值，就是这一航段的最低超障高度（MOCA），即每个航段确定并公布一个MOCA。实际飞行中所关注的程序高度，是一个公布的高度，用于定义飞行程序的垂直剖面，应等于或高于所建立处的最低超障高度MOCA。为确保飞行安全，飞机飞越相应航段保护区内的障碍物上空时，必须与障碍物之间保持规定的垂直间隔，这个间隔就是最小超障余度（MOC）。
飞行程序中某航段控制障碍物的选取，是一个相对繁琐的过程，需综合考虑飞机性能、导航设施精度、气象条件等可能使飞机偏离预定航迹的因素，来划设保护区，进而根据保护区内障碍物情况及MOC（或HL）适用准则，来综合确定控制障碍物。《空中航行服务程序-航空器运行》（ICAO DOC8168），对不同飞行阶段的最小超障余度（MOC）或高度损失（HL）作了明确的要求，程序设计高度须建立在最低超障高度（MOCA）之上，也就是程序高度要高于最低超障高度，即：
PA≥MOCA=hobs+MOC
PA为程序高度；MOCA为最低超障高度；hobs为控制障碍物高度;MOC为相关航段的超障余度。因此，确定某一航段的PA，首先要确定MOCA，而MOCA与相应航段的控制障碍物高度有关。对于某一航段来说，航段结束时的程序高度为该航段的控制高度，即结束时的程序高度（PA）应满足PA≥MOCA=hobs+MOC的要求。例如，某中间进近航段，开始点（IF）高度为1300m，结束点（FAF）高度为900m，按程序设计规范划设保护区后，确定该航段控制障碍物为标高750m的山，航段最低超障高度（MOCA）=750+15+150（MOC）=915＞900m，不满足程序高度的相关要求。为了防止可控飞行撞地的情况发生，在设计进近程序时，需要考虑在仪表进近图的中间和最后进近航段，提供最低超障高度MOCA以及程序高度/高。
二低温环境飞行运行安全风险分析
在不同的地区或者区域飞行，所面临的大气特点是不同的，飞机机载气压式高度表指示数值也是不同的。为了便于实际飞行的使用，运行中采用一组平均条件，人为规定空气的物理性质随高度变化的规律，也就是国际标准大气ISA，而对应的ISA温度就是一种假定的标准温度。在国际标准大气条件下，一个特定的压力对应一个压力高度。气压式高度表，是飞行中的一个重要仪表，用于测量飞机相对于指定气压面的高度，它以气压敏感元件作为传感器，感受大气压力，再根据气压与高度的函数关系确定高度值，如图1所示。
图1 气压高度与气压的函数关系示意图
图1中，PA为压力高度；PA set为压力调定；PAamb为环境压力；IA为指示高度。如图1所示，气压高度与气压的函数关系，建立在国际标准大气（ISA）之上。当实际大气压力、温度及空气密度与假定条件出现偏差时，图1中压力与高度的对应关系会出现偏差，这主要是由重力势高度与压力高度的近似关系引起，在此不做赘述。通常情况下，仪表飞行中相关航段指示高度的调定，是按照程序高度的要求去进行的，即指示高度（IA）=PA；而低温情况下，飞机的实际飞行高度（TA）小于指示高度（IA），即TA＜IA=PA。当温度低至一定程度时，结合PA≥MOCA=hobs+MOC的基本要求可知，该航段的超障可能不满足程序设计规范的要求，有低于最低超障高度MOCA的可能，从而导致飞机产生地形告警，进近着陆提前接地等风险，对安全运行安全构成了威胁。因此，实际飞行需要根据实际环境和飞行程序确定进行低温修正。
三低温修正方法研究
低温修正的实质，是通过增加指示高度的方法来弥补低温造成的高度损失，以使真实飞行高度（TA）大于等于最低超障高度（MOCA），进而达到满足相关航段最低超障要求的目的。
根据飞行程序设计规范，在航路阶段IFR飞行，主区使用的最小超障余度(MOC)为 300m(1000ft)。地区标高在900m（3000ft）和1500m（5000ft）之间时，最小超障余度(MOC)为450m，地区标高大于 1500m（5000ft）时，最小超障余度(MOC)为600m。进离场、起始进近航段，最小超障余度(MOC)是300米。另外，基于下滑道功能的垂直导航模式的精密或类精密飞行程序，不会因低温使程序高度发生偏离。因此，笔者将需要进行低温修正考虑的飞行阶段，聚焦于非精密进近程序的中间、最后进近和复飞阶段。
目前，国内航空公司采用的低温修正方法主要有修正表修正、FMC修正及飞行程序修正等三种。这三种方法一定程度上保证了飞机在低温情况下的运行安全，但在实际运行过程中也存在一定的问题。利用高度表修正，在飞行理念上最为传统，飞机制造商在飞机飞行手册中加入了温度修正表（如图2所示），同时以检查单方式指导飞行员掌握相关的修正方法，解决低温导致的气压式高度表指示误差问题。这种方法需要飞行员查阅相关的表格并手动计算，这无疑会增加飞行员在关键飞行阶段的工作负荷，对飞行安全造成不利的影响。同时，经过计算实际结果比较后发现，各个修正表之间的差异很小，修正结果基本相同。FMC修正，是利用较强的机载航电设备能力来实现。E190等部分机型的FMC（飞行管理计算机）具备了温度补偿的功能，飞行员只需在CDU（控制显示组件）中输入着陆机场温度，飞机即可自动对航路点的程序高度及进近程序的垂直剖面进行修正，从而降低飞机可控飞行撞地（CFIT）的风险。但适用FMC修正的机型较少，目前国内主力的波音、空客系列飞机都不具备该能力，且使用FMC修正的飞机会对空域内其他未修正飞机的垂直间隔产生影响，于管制指挥不利。飞行程序修正，主要通过结构性提高相关航段程序高度（高）或下降角（梯度）的方法，来弥补低温造成的高度损失，从而使航段超障重新满足程序设计规范要求，此方法主要用于Baro-VNAV程序。目前，仅使用在Baro-VNAV进近程序中，国内并不是所有机场都制作和公布了Baro-VNAV低温飞行程序，来提高极端低温情况下程序的适用性和运行安全裕度，未对PBN程序其他航段及传统程序进行修正。
图2 波音高度修正一览表
在飞机机型特点和飞行程序规范的限制下，第一种方法在国内航空公司最为普遍，修正值可以量化评估，在实操上也最为实用。但是，很多情况下存在一点问题，使得低温修正方法在一定程度上完全依赖于了飞行员自身的认知和技能，在风险防控链条上过于简单。
四体系化的低温运行风险防范策略研究
鉴于国内航空公司对低温运行风险防控的现状，为预先对低温运行风险充分予以评估，并通过机制有效减小实际飞行中机组的工作负荷，最大程度地实现低温修正的风险防控目的，既要规避低温环境下超障不足所带来的安全运行风险，又要防止矫枉过正，飞行人员频繁或过度修正，又或者实际操作中输入错误值（计算错误或者输入新的数值时出错），这些都做不到适当地使用温度修正。笔者在总结飞行程序设计规范的基础上，与飞行程序研究人员探讨后，通过实际飞行来验证，尝试性的提出实践精确低温修正和体系化的低温运行风险防范策略。
（一）精确温度补偿低温修正方法
精确低温修正方法的关键出发点，在ISA温度偏差，而ISA温度与机场标高相关。例如，ZWWW标高647.9M，ISA标准温度约为11℃，评估低于11℃需要进行修正，即为低温修正。低温情况下，飞机的真实飞行高度（TA）小于高度表指示高度（IA），综合前文飞行程序超障逻辑部分的分析可知，低温情况下的飞行程序超障逻辑可表述为:
TA≥MOCA=hobs+MOC
其中，TA为真实高度（TA=IA-∆h）；MOCA为最低超障高度；hobs为控制障碍物高度；MOC为相关航段的超障余度。基于精确温度补偿模型的低温修正方法，就是运用《空中航行服务程序-航空器运行》（ICAO DOC8168）4.3.4中提出的方式予以温度修订：
其中，∆h为修正高度;ΔTSTD为相对于标准日（ISA）温度的温度偏差；L0为在ISA第一层（海平面至对流层顶）中气压高度温度标准递减率（-6.5°/1000m）;HpAiplane为航空器在机场以上的气压高；T0为海平面的标准温度（288.15K）;HpAerodrome为机场标高。计算得出，修正值在高至11000m以内都是有效的。
例如，伊宁机场标高为683.8m，24号跑道非精密起始进近航段结束点（IF）的程序高度为1300m，当机场温度为历年最低温度-14.2℃时，运用公式计算可知∆h=66.84m。
计算机场低温情况下，进场进近各航段结束点或高度控制点处的TA，得出程序使用的限制温度，并在TA不满足要求时，提供不同温度下的精确高度修正表，供无温度补偿功能的航空器使用。
（二）体系化的低温运行风险防范策略
综合前文所阐述，实施低温高度修正的目的，是针对 ISA 温度偏差，对高度表的误差进行补偿，避免因地形裕度降低而发生可控飞行撞地风险。精确温度补偿修正方式，是使用程序高度与MOC差值余度的模型，进行传统非精密进近、RNP-LNAV非精密进近评估。航空公司，是低温修正实战的最前沿，要求简便易行，以避免忙中出错。《空中航行服务程序-航空器运行》（ICAO DOC8168）温度修正规定中提出，对于实际运行的使用，当修正数值超过相应的最小超障余度（MOC）20%时，应适当地使用温度修正。飞行程序中MOC数值越大，20%MOC值越大，该值远大于理论的低温修正值量，其结果基本是无需进行低温修正，但实际中，考虑近地警告或不进入进近剖面阴影区（最小超障高度MOCA），需要保证进近有效高度始终高于公布的最小超障高度MOCA，对于机场地形不佳的机场，是需要进行低温修正的。如果按照精确温度补偿低温修正方法并考量程序高度与MOC差值的余度，模型简单，理解直接，更贴合实际运行；程序高度与MOC差值的余度越小，越需要进行低温修正；否则，越易进入进近剖面阴影区。在大部分机场盲降（ILS）、类精密进近（VPA）普遍而非精密进近较小概率运行的环境下，如何让飞行员最直接、最高效地开展低温运行风险预评估，哪些机场需要低温修正，达到修正条件的温度阈值是多少，这些都需要更多的数据支持，而且评估一定是预先开展的。
在航空公司新/重开航线开航论证评估中，增加运行机场低温修正检查评估内容。根据机场细则中公布的最低温度,按照精确温度补偿低温修正方法对非精密进近程序中各关键点的高度进行评估，将计算的修正高度与程序裕度(程序高度-MOC高度)进行对比判断。若修正高度超出程序的裕度，则需进行低温修正，具体涉及哪几个机场，温度阈值是多少。将机场低温修正检查结论纳入新/重开航线论证总结报告，并作为重要信息汇总提示，公司以清单的形式提供给飞行机组具体执行，而清单外机场是不需要低温修正的。最后，航空公司根据所运行的机型，建立自己的低温修正机场数据库，包括机场、各非精密进近的程序高度、MOC等数据，以备存档与长效化更新检查。
以阿勒泰雪都机场RWY12 VOR/DME进近举例。
表3 阿勒泰机场RWY12 VOR/DME仪表进近图
在阿勒泰雪都机场RWY12 VOR/DME进近过程中，程序高度与阴影区（最小超障高度MOCA）高度差值最小为15米。低温修正必要性评估，即在评估机场实际运行温度情况下，高度向下偏离是否超过该数值。查询机场细则，机场历史最低温度为零下21.6摄氏度（见表3所示）。
图4 阿勒泰雪都机场细则中公布的气候资料
获取最低温度后，通过ICAO 8168中提出的方式予以温度修订，使用公式如下：
最终修订结果：
最终表明，在最低温度下，实际飞行剖面向下偏离高度为26.96米，大于程序裕度15米；同时倒推公式得出，在温度为零下8℃的情况下，高度修正为15米，最终结论为运行阿勒泰雪都机场RWY 12 VOR/DME程序时，需要根据实际外界温度情况进行高度修正，温度阈值为8℃。飞行中，机组根据机型厂家推荐的修正表进行高度修正，推荐将修正表数据逻辑以插件或小软件的形式提供机组使用。在ATC雷达引导下进近，无需考虑低温修正，同时，修正时不得通过调定管制报告的QNH或QFE，来实现最后的高度修正。还是以波音机型执行阿勒泰雪都机场RWY12 VOR/DME进近程序为例：
阿勒泰雪都机场标高为2492英尺, RWY12 VOR/DME进近程序公布的FAF为4600英尺，MDA为3090 英尺。假设报告的机场温度为-15℃，现在对 FAF 的高度限制进行修正。
图5 修正示例
得到修正值为4852.96英尺，修正结果不是整数，可直接取整数4852英尺。如果不是整百英尺，机组将模式控制面板（MCP）高度向上设置为最接近该值的整百英尺值，DDA为低温修正后MDA+50英尺向上调整为最接近该值的整十英尺值。最终得出，FAF点修正的高度为4852英尺,MCP高度应该设置为4900英尺。同理，阿勒泰雪都机场RWY12 VOR/DME进近程序MDA为3090英尺，修正后的MDA为3164.7英尺，得出DDA=3164+50=3214英尺，取整后MCP高度设置为3300英尺。
五结束语
如何有效保证低温情况下的飞行运行安全，是近来行业讨论的热点话题。本文从飞行程序设计规范和低温运行风险防控出发，分析了低温对飞行安全的影响，在提炼行业现行低温修正方法的基础上，提出了便捷精准的低温修正方法和体系化的低温运行风险防范策略，对航空公司在低温情况下的运行及防止可控飞行撞地的情况的发生，提供了一些有益的参考。除理论研究外，该低温修正方法和风险防范策略还需考虑飞行员操作、航空公司政策实际及机型特点等因素，从而全面验证修正方法的科学性和实用性。
参考文献
民用机场飞行程序和运行最低标准管理规定（CCAR-97FS-R3）.
ICAO Doc 8168 OPS/611 Procedures for Air Navigation Services Aircraft Operations Volume II Construction of Visual and Instrument Flight Procedures.
航空器运行目视和仪表飞行程序设计规范（AC-97-FS-005）.
——本文源自《飞行员》杂志2023年第6期 总第122期
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