老乔杂谈:循序渐进学习VNAV(3)起飞、进近和复飞逻辑

海盗_先生

本篇是【循序渐进学习VNAV】系列的第三篇，也是本系列的完结篇。在之前的两篇文章中我们已经讨论了垂直导航爬升、平飞和下降过程中的工作逻辑（包括两种干预功能在这些阶段如何使用），本文将继续讨论垂直导航在起飞爬升、进近和复飞过程中的工作逻辑。

由于篇幅有限，因此本文的所有讨论均不涉及单发，若想要了解单发时的垂直导航逻辑差异可自行查阅手册。

1、起飞阶段的工作逻辑

☆ 地面预位 >>>



只要软件版本不是太“古早”，FCCs（飞行控制计算机）均支持在地面预位VNAV。要在地面预位VNAV还需要同时满足以下条件：

① 已输入有效的飞行计划

② 已输入并执行性能数据

③ 两个飞行指引电门已接通（这同时也是在地面预位水平导航LNAV和通过按压TO/GA电门接通起飞/复飞方式的必要条件之一）

☆ 禁止地面预位 >>>

当出现以下情况时不得在地面预位垂直导航：

① 使用场压运行

② 起飞前，天气条件不稳定

对于选项②所描述的禁止项，根据下面这份通告，对于FMC版本为U10.7、U10.8或U10.8A的构型，其在地面预位垂直导航会影响起飞后遭遇风切变时的指引，因此是禁止在“天气条件不稳定”的情况下预位垂直导航的。

若FMC版本高于10.8A则②不再适用。



☆ 按压TO/GA电门 >>>



一切准备就绪后，N1参数稳定在40%左右时按压TO/GA电门，飞机进入飞行指引模式下的起飞方式：

自动油门N1→THR HLD：自动前推至起飞推力，在地速84节时切换为THR HLD模式，在该模式下，自动油门伺服机构脱开，能够防止意外情况导致油门自动回收。

俯仰方式TO/GA：通过指引杆提供离地后的俯仰姿态指引，在此期间目标速度游标指向V2，而实际的与俯仰姿态相匹配的目标速度是V2+20而不是V2。

比如下面这个例子：地面准备阶段，在MCP板上设置完V2（137节）之后，我们已经可以在爬升页的标题上看到V2+20之后的速度了（157节），这表明飞机起飞方式的目标速度就是V2+20而非V2：



注1：V2是最小起飞安全速度，提供所有起飞襟翼至少30°坡度的能力（15°坡度+15°过量坡度）。

注2：V2+20为起飞襟翼构型下的最佳爬升速度，能够使飞机在起飞后最短的距离内获得最大高度。

注3：如在初始爬升中，空速超过 V2+20，停止加速但不得试图减至V2+20。V2+15和 V2+25之间的任一速度生成的起飞剖面大致相同。

☆ 离地400ft后 >>>



当高度来到400尺时自动接通垂直导航，俯仰方式切换为VNAV SPD，实际目标速度依然保持V2+20不变，而目标速度游标从V2跳变为V2+20，自此，游标开始与目标速度保持一致。



在本例中，速度游标变化如下：

⚪ VNAV SPD自动接通前（＜ 400尺）：游标指向133节（V2）。

⚪ VNAV SPD自动接通后（≥ 400尺）：游标指向153节（V2+20）。

实际上，飞机在到达加速之前的实际目标速度始终保持为153节（V2+20）。

到离地800尺时自动油门方式变为ARM，已调定的推力保持不变，为切换爬升N1做好准备。

☆ 到达减推力高或手动选择N1 >>>



依据机场细则在起飞基准页第二页设置减推力高，减推力高在右5行：



起飞基准页第二页

到达减推力高或手动选择N1时：自动油门按照所选的减推力爬升方式（CLB-1或CLB-2）从ARM切换为爬升N1（未设置减推力时THR显示CLB）：



在本例中：

随着自动油门方式从ARM切换为N1：

1、从起飞阶段过渡至减推力爬升阶段，推力模式显示：TO → R-CLB

2、推力减小，增速趋势在短时间内略有放缓。

（不讨论手动取消减推力限制）在到达15000尺之前，逐渐削弱限制，直到15000尺时才完全解除减推力限制，输出最大爬升推力：


video: https://mp.weixin.qq.com/mp/readtemplate?t=pages/video_player_tmpl&action=mpvideo&auto=0&vid=wxv_2870405346811559938
☆ 到达加速高时 >>>

依据机场细则在起飞基准页第二页设置加速高（若不特别说明，默认讨论双发加速高），加速高在左4行：



当飞机到达加速高后可以开始按计划收襟翼增速，与此同时，垂直导航起飞逻辑指令目标速度增至下一速度限制。



爬升页

左二仅仅是爬升阶段根据设置的爬升模式所计算出来的阶段目标速度，并不一定就是当前的真实目标速度（除非上图所示的速度干预功能期间），真实的目标速度还受到程序速度限制和/或性能速度限制：

1、程序速度限制：

程序速度限制包含起飞/着陆机场程序有关的速度限制、航路点的速度限制或默认的10000尺以下的速度限制等，比如：

• 205/LUMLU （航路点限速）

• 210/HOLD （等待速度）

• 250/10000 （爬升限制速度/高度的默认值）

注意：当程序速度限制与性能冲突时会优先保证性能不能突破下限，比如下一个航路点速度限制200，然而飞机当前襟翼构型的襟翼机动速度为205，若强行遵守航路点速度限制会导致突破当前襟翼机动速度，因此，出于性能考虑，垂直导航会控制飞机增速至205，恰好卡在当前襟翼构型所对应的襟翼机动速度而不再上升。此时的目标速度为205而非200，显示如下：

• 205/FLAPS （如有效速度限制值低于所选襟翼设置的最小速度时显示）

假如在到达目标航路点之前继续收襟翼，那么目标速度即下一个襟翼位置所对应的襟翼机动速度，以此类推。

2、性能速度限制：

① 前缘襟翼未完全收上时：≤ 230节

② 襟翼标牌速度减5节（通常来说仅以大于襟翼5构型起飞时本限制有效，以小于或等于襟翼5构型起飞时受①限制目标速度不会超过230节）

当前目标速度受到以上两个限制中的任意一个影响时，此时爬升页标题显示为：

• ACT XXX（目标速度） LIM CLB



• 初始速度230受①限制。

• 绿色的襟翼机动速度游标响应的是襟翼手柄位置，因此，当襟翼手柄收上但前后襟翼仍未完全收上时，目标速度不变。

• 前后襟翼实际位置都已收上时，目标速度增至250节。

当没有任何限制时（10000尺以上），垂直导航指令加速到经济爬升速度ECON或设定的其它爬升模式（MAX RATE / MAX ANGLE / RTA）下的速度。

当然，也可以通过速度干预或者直接在CDU上修改的方式来定义目标速度。当人工定义目标速度后，爬升页标题显示为：

• ACT XXX（目标速度） CLB

2、进近阶段的工作逻辑

☆ 适用垂直导航的进近程序特征 >>>

① 最后进近航段的航段页上有公布的下滑航径角（即GP角）。

② 在跑道头有一个 RWxx 的航路点。

比如广州RNAV ILS/DME z01进近程序：



③ 在跑道头之前有一个复飞点，比如厦门RNP05进近程序：



对照航图可知上图中的AM100即复飞航路点：



拓展讨论1：

“除需要对航路点高度限制进行低温修正外，不得修改数据库中最后进近定位点及之后的航路点及高度限制。”

解析：气温较高时，最后进近下降梯度将大于标准值，反之，当气温较低时，下降梯度将会小于标准值。因此，低温修正是允许且有必要的。

除低温修正，禁止一切可能导致最终进近剖面出现偏差的修改。如确实需要额外的航路点参考，可以使用FIX页相关功能。

拓展讨论2：

局方和波音都一致认可VNAV进近作为实现连续下降最后进近（CDFA）的最佳方法，使用VNAV进近要求FMC自带满足要求的进近程序，相比之下，V/S进近则没有这方面要求。

☆ FMC何时进入“进近中”逻辑 >>>

• 第一个进近航路点前2海里，或

• 2000英尺AFE，以先出现者为准。

实际运行过程中，在飞机进入“进近中”逻辑之际，驾驶舱内无明显的灯光或信息提示，机组也无需执行额外的操作。

☆ 垂直导航的“进近中”逻辑 >>>

① 无法达到所需导航性能（UNABLE REQD NAV PERF - RNP）警戒级别更高：



当ANP超过RNP，累积时间超过设定的触发警告的时间阈值，且飞机在空中飞行时，ND将会跳出UNABLE REQD NAV PERF-RNP警戒信息，且CDU草稿栏也有同样信息提示。

在进近过程中，一旦出现UNABLE REQD NAV PERF-RNP警戒信息，说明此时飞机的实际导航性能已不满足程序所需导航性能，机组应立即停止使用VNAV方式进近。



——《B737 Handbook》

② 准备复飞且MCP高度调定在当前飞机高度以上至少300尺时，垂直导航保持垂直导航航径方式：

一般而言，不论是VNAV SPD还是VNAV PTH下降，在到达MCP目标高度时都会被截获并改平，且当飞机处于下一个FMC目标高度和MCP目标高度之间时，VNAV是无法被接通的。

为了设置复飞高度的需要，波音设计了如下逻辑：当VNAV进入了进近中逻辑且当前高度低于或等于【复飞高度 - 300尺】，此时将MCP目标高度设置至复飞高度不会使飞机截获并改平（即保持垂直导航航径方式下降而非变为垂直导航高度方式平飞）。若当前高度高于【复飞高度 - 300尺】时调制复飞高度，则VNAV将会脱开而非改平，这也符合波音针对进近阶段的一种通用的设计思路：进近过程中遇到状况时，与其让飞机进入非预期的状态，倒不如脱开俯仰方式甚至自动驾驶让机组尽早介入。

为了更好地理解本条目所描绘的逻辑，笔者制作了如下示意图：



不同公司sop规定设置复飞高度的时机可能有所差异

拓展讨论1：本条所描述“……，垂直导航保持垂直导航航径方式”，为什么不能是“……，垂直导航保持垂直导航速度方式”？

在规定了下降角的标准进场、进近过渡或进近航段，速度下降能够自动转换为航径下降。且在具备航径下降所需所有参数时，在任何时候都可以通过选择速度下降页的航径方式提示，人工选择航径下降方式。——FCOM

↑ 这就是手册为什么提到“这种强制锁定VNAV PTH的逻辑并非进近中逻辑，但是却往往只有在进近中才会出现”的由来。

注：在这个阶段即使使用速度干预功能，俯仰方式也依然保持在VNAV PTH，详见《》。

当垂直角航段GP有效时，无需飞行机组采取任何措施，垂直导航方式将转换为垂直导航航径方式。——FCOM

也就是说，基于目前VNAV DES的逻辑来看，除非特殊程序要求，当需要设置复飞高度时，飞机的俯仰方式已经处于VNAV PTH，也只有这样飞机才会沿着固定角度的航径平飞和下降。

拓展讨论2：V/S进近的复飞高度设置时机

VNAV有进近中逻辑，而V/S没有。

对于V/S方式而言，为增强情景意识，有公司规定机组应在最低标准以上300尺左右（不同公司sop规定设置复飞高度的时机可能有所差异）设置复飞高度。在MCP目标高度调置的过程中将会穿越当前高度，所以理论上存在瞬间满足高度截获的可能。

然而，现实情况下不会出现复飞高度调置过程中飞机意外改平，这是因为MCP目标高度持续调置（顺滑不卡顿）的过程中，飞机是无法进入截获和改平状态的——该结论适用于V/S和LVL CHG。

拓展讨论3：盲降的复飞高度设置时机

对于盲降而言，复飞高度设置的时机是在下滑道截获之后，这是因为当下滑道截获之后APP电门灯熄灭，此后要退出APP逻辑只有以下三种方法：

• 按压起飞/复飞电门

• 脱开自动驾驶并关断两个飞行指引电门

• 重调甚高频导航接收机频率

也即是说，在APP方式继续下降的过程中，即使到达MCP目标高度飞机也不会截获改平。

③ 如飞机在垂直航径以下超过200英尺，垂直导航指令零垂直速率直至切入航径。


video: https://mp.weixin.qq.com/mp/readtemplate?t=pages/video_player_tmpl&action=mpvideo&auto=0&vid=wxv_2828435388053766151
模拟出来的效果与上述表述存在一些差异，主要表现在飞机并非切入航径后才开始下降，而是接近航径后就开始了，这种差异大概率是由软件版本不同导致。总的来看，通过以上模拟我们还是可以很清楚的看到垂直导航航径方式保持0垂直速率去追下降剖面的这个过程。

垂直导航的“进近中”逻辑总结

1、导航性能警戒级别提高

2、允许设置复飞高度

3、强制防止低于下降剖面



☆ 转为人工及后续过程 >>>



正常运行时，在建立了所需目视参考后且在最低标准之前脱开自动驾驶（和自动油门）。在飞机低于最低标准之后，垂直导航航径方式下的飞行指引杆仍可作为参考。当飞行指引对飞行操纵造成干扰时，可复位飞行指引。

过了复飞点，垂直导航将脱开，指引杆消失。

注意：当进近程序的复飞点离跑道比较近，比如干脆就在跑道头时，这很容易给人一种VNAV进近时，指引杆会始终保持指引直至地面的错觉。比如下图所示：



3、复飞阶段的工作逻辑

☆ VNAV进近中逻辑转至复飞逻辑 >>>

无线电高度2000尺以下，发生以下任一情况时，FMC从进近中逻辑过渡至复飞逻辑：

① 按压TO/GA电门

解析：①适用于较低高度的复飞：此时巡航高度将变为【复飞时的最高限制高度】、【机场标高以上1500尺】和【MCP高度】三者中的最大值，一般来说会变为【MCP高度】，因为此时的MCP高度已设置为复飞高度。

② 复飞时执行直飞航路点（而非复飞点）

③ 下降中且进近的最后一个航路点转换为复飞的第一个航路点时自动开始复飞

解析：②和③适用于较为宽松的复飞：此时巡航高度将变为【复飞时的最高限制高度】和【机场标高以上1500尺】中的最大值，因为此时MCP所设为最低标准的高度，还未到达调置至复飞高度的时机。

根据手册描述，不论是①还是②③，复飞高度都会自动进行相应设置，然而，实际运行中需要进行确认，当复飞高度未自动设置时需进行手动设置，这样确保再次尝试进近之前FMC能够重新计算下降剖面，否则无法使用VNAV相关功能。

④ 飞机以大于600尺/分钟的垂直速率爬升，且襟翼从着陆襟翼调定值向襟翼15或1收回。

解析：④仅使用构型和垂直速度综合判断以确定进入复飞逻辑。

☆ VNAV复飞逻辑建立之后 >>>

相关变化主要有：

① FMC从有效下降过渡为有效爬升



② 推力限制变为复飞推力



③ 当前飞机高度以下的所有下降高度限制被删除并替换为预计高度（大数字变小数字）



④ 如需改航至另一个机场，原来的目的地机场（开始复飞的机场）变为新的起飞机场，以便于选择标准仪表离场程序



拓展讨论：TO/GA to LNAV 功能

具备TO/GA to LNAV功能的B737-700/800飞机在最后的进近阶段，LNAV会处于预位状态，在按压TO/GA电门后：

低于50英尺：横滚方式空白（飞行指引保持当前地面轨迹）

高于50英尺：LNAV自动接通，为复飞提供准确的航迹引导。

对于不具备TO/GA to LNAV功能的B737-700/800飞机，其在复飞的过程中，在人工选择横滚方式之前，横滚方式始终保持空白。

4、结束语

总算把这个系列写完了。

终于算是“啃”完了垂直导航这块“大骨头”了，时至今日我，不说呕心沥血，至少也花了很多心思和精力去完善这个系列，尽力了，能力就这样了，所以满分10分的话，我会给自己打8分，剩下2分主要还是时间和精力不允许，没有办法全身心投入，所以还是留下一些遗憾。

虽然这个系列完结了，但是随着FMC版本不断的更新，垂直导航的特性也会有不断的优化，以后也还会遇到很多有趣的关于垂直导航的知识点，也会陆续作为这个系列的一个补充发布出来，供大家阅读探讨。

最后的最后，请大家允许我矫情一下：



这就是我坚持下去的动力。

（完）

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