飛行計(jì)劃基礎(chǔ)算法

1、1 飛行計(jì)劃算法1.1 燃油政策CCAR在121部中關(guān)于備降場(chǎng)和加油量作了相關(guān)規(guī)定，下表是對(duì)相關(guān)規(guī)定的簡(jiǎn)要描述： 一）國(guó)內(nèi)航線備降場(chǎng)規(guī)定和燃油政策指定備降場(chǎng)燃油政策無(wú)可用備降場(chǎng)飛到并著陸預(yù)定的目標(biāo)機(jī)場(chǎng)以正常的巡航燃油消耗再飛行2小時(shí)無(wú)須指定備降場(chǎng)飛到并著陸預(yù)定的目標(biāo)機(jī)場(chǎng)以正常的巡航燃油消耗再飛行45分鐘指定至少一個(gè)備降場(chǎng)飛到并著陸預(yù)定的目標(biāo)機(jī)場(chǎng)飛到并著陸在最遠(yuǎn)備降場(chǎng)以正常的巡航燃油消耗再飛行45分鐘二）國(guó)際航線備降場(chǎng)規(guī)定和燃油政策指定備降場(chǎng)燃油政策無(wú)可用備降場(chǎng)飛到預(yù)定的目標(biāo)機(jī)場(chǎng)以正常的巡航燃油消耗再飛行2小時(shí)無(wú)須指定備降場(chǎng)飛到并著陸預(yù)定的目標(biāo)機(jī)場(chǎng)繼續(xù)飛行從起飛到著陸的航程時(shí)間的10在目標(biāo)機(jī)場(chǎng)1

2、500ft上空以等待速度在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下飛行30min指定至少一個(gè)備降場(chǎng)飛到并著陸預(yù)定的目標(biāo)機(jī)場(chǎng)繼續(xù)飛行從起飛到著陸的航程時(shí)間的10飛到并著陸在最遠(yuǎn)備降場(chǎng)在備降場(chǎng)1500ft上空以等待速度在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下飛行30min1.2 基本算法根據(jù)CCAR的燃油政策，國(guó)內(nèi)和國(guó)際航線正常飛行計(jì)劃的飛行剖面如下圖所示：國(guó)內(nèi)航線：國(guó)際航線：根據(jù)飛行剖面，可以將飛行計(jì)劃的計(jì)算過(guò)程分為幾個(gè)主要的階段，下面分別對(duì)各階段的計(jì)算方法進(jìn)行描述：1.2.1 爬升計(jì)算通過(guò)波音Inflt/Report程序能夠生成飛機(jī)爬升性能數(shù)據(jù)，爬升性能和飛機(jī)松剎車(chē)重量、溫度與ISA的偏差、爬升高度等因素有關(guān)。爬升計(jì)算就是根據(jù)飛機(jī)松剎車(chē)重量、

3、爬升高度、溫度偏差，查詢性能表，進(jìn)行插值，計(jì)算出飛機(jī)爬升到指定高度所需要的油量、時(shí)間、及飛過(guò)的水平距離。航路爬升通常是一種等表速等數(shù)（如 280/0.78）的爬升。對(duì)于最小成本飛行計(jì)劃，可以通過(guò)Inflt生成指定成本指數(shù)的爬升性能數(shù)據(jù)（如CI50）。若考慮10000英尺以下表速250knot的限制，可以生成相應(yīng)的有低空限速的爬升性能數(shù)據(jù)（如250/280/0.78、250/CI50）。1. 風(fēng)速修正由于爬升性能表給出的是在靜風(fēng)條件下的數(shù)據(jù)，而實(shí)際情況是有風(fēng)的，因此需要對(duì)風(fēng)速進(jìn)行修正。從開(kāi)始爬升到爬升頂點(diǎn)，風(fēng)向和風(fēng)速都是在不斷變化的，計(jì)算時(shí)，風(fēng)速取爬升頂點(diǎn)航路風(fēng)分量的2/3。設(shè)從爬升性能表查得無(wú)

4、風(fēng)時(shí)的空中距離為DA，時(shí)間為t，爬升頂點(diǎn)巡航高度上的風(fēng)速為W，則飛機(jī)在爬升過(guò)程中的平均空速=，地速= ，飛過(guò)的地面距離D= =。(注：順風(fēng)為，逆風(fēng)為)2. 機(jī)場(chǎng)標(biāo)高修正飛機(jī)性能使用手冊(cè)中的爬升性能表都是針對(duì)機(jī)場(chǎng)氣壓高度為零的情況給出的，即給出的是由海平面機(jī)場(chǎng)起飛爬升到某一高度層所需要的油量、時(shí)間及飛過(guò)的水平距離。當(dāng)機(jī)場(chǎng)的氣壓高度不為零時(shí)，需進(jìn)行修正。設(shè)機(jī)場(chǎng)的標(biāo)高為ELE，飛行高度為FL?？梢杂上旅娴墓接?jì)算從標(biāo)高為ELE的機(jī)場(chǎng)起飛爬升到巡航高度FL所需的油量F(ELEFL)、時(shí)間T(ELEFL)及飛過(guò)的水平距離D(ELEFL)：F(ELEFL) = F(0FL) F(0ELE+1500'

5、;) + F(01500')T(ELEFL) = T(0FL) T(0ELE+1500') + T(01500')D(ELEFL) = D(0FL) D(0ELE+1500') + D(01500')1.2.2 巡航計(jì)算通常采用的巡航方式有等M數(shù)、等表速、LRC、經(jīng)濟(jì)巡航等，通過(guò)波音Inflt/Report程序能夠生成對(duì)應(yīng)各種巡航方式的飛機(jī)巡航性能數(shù)據(jù)。巡航性能和飛機(jī)重量、巡航高度、溫度（與ISA的偏差）等因素有關(guān)，經(jīng)濟(jì)巡航的性能數(shù)據(jù)還和風(fēng)速有關(guān)。巡航計(jì)算就是將巡航段分成一個(gè)個(gè)步長(zhǎng)(如下圖所示)，并假定步長(zhǎng)內(nèi)的高空氣象、飛機(jī)重量是恒定的，根據(jù)步長(zhǎng)內(nèi)的飛機(jī)

6、平均重量、巡航高度、溫度與ISA的偏差、風(fēng)速（僅對(duì)于經(jīng)濟(jì)巡航），查詢巡航性能表，進(jìn)行插值，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的燃油流量和真空速、并由風(fēng)速矢量三角形計(jì)算地速，從而計(jì)算出步長(zhǎng)所需的時(shí)間及油量。 1. 側(cè)風(fēng)影響由于側(cè)風(fēng)的影響，飛機(jī)的航跡將偏離航向，航跡和航向線之間的夾角，即真空速和地速之間的夾角叫做偏流角。由風(fēng)速、真空速、地速之間組成的矢量三角形如下圖所示：其中：MTK磁航跡角MH磁航向角DA偏流角WD風(fēng)向WA風(fēng)角，風(fēng)向線與磁航跡之間的夾角TAS真空速GS地速WS風(fēng)速根據(jù)矢量三角形，推導(dǎo)出下面的公式：1.2.3 下降計(jì)算通過(guò)波音Inflt/Report程序能夠生成飛機(jī)下降性能數(shù)據(jù)，下降性能和飛機(jī)落地重量、巡

7、航高度、溫度（與ISA的偏差）等因素有關(guān)。下降計(jì)算就是根據(jù)飛機(jī)落地重量、巡航高度、溫度偏差，查詢性能表，進(jìn)行插值，計(jì)算出飛機(jī)從指定高度下降所需要的油量、時(shí)間、及飛過(guò)的水平距離。下降過(guò)程通常是一種等數(shù)等表速（如0.78/280）的下降。對(duì)于最小成本飛行計(jì)劃，可以通過(guò)Inflt生成指定成本指數(shù)的下降性能數(shù)據(jù)（如CI50）。若考慮10000英尺以下表速250knot的限制，可以生成相應(yīng)的有低空限速的下降性能數(shù)據(jù)（如0.78/280/250，CI50/250）。1. 風(fēng)速修正由于下降性能表給出的是在靜風(fēng)條件下的數(shù)據(jù)，而實(shí)際情況是有風(fēng)的，因此需要對(duì)風(fēng)速進(jìn)行修正。從下降頂點(diǎn)到著陸過(guò)程，風(fēng)向和風(fēng)速都是在不斷

8、變化的，計(jì)算時(shí)，風(fēng)速取下降頂點(diǎn)航路風(fēng)分量的2/3。設(shè)從下降性能表查得無(wú)風(fēng)時(shí)的空中距離為DA，時(shí)間為t，下降頂點(diǎn)巡航高度上的風(fēng)速為W，則飛機(jī)在下降過(guò)程中的平均空速=，地速= ，飛過(guò)的地面距離D= =。(注：順風(fēng)為，逆風(fēng)為)2. 機(jī)場(chǎng)標(biāo)高修正飛機(jī)性能使用手冊(cè)中的下降性能表都是針對(duì)機(jī)場(chǎng)氣壓高度為零的情況給出的，即給出的是由某一高度層下降到海平面機(jī)場(chǎng)起飛所需要的油量、時(shí)間及飛過(guò)的水平距離。當(dāng)機(jī)場(chǎng)的氣壓高度不為零時(shí)，需進(jìn)行修正。設(shè)機(jī)場(chǎng)的標(biāo)高為ELE，飛行高度為FL。可以由下面的公式計(jì)算從巡航高度FL下降到標(biāo)高為ELE的機(jī)場(chǎng)所需的油量F(FLELE)、時(shí)間T(FLELE)及飛過(guò)的水平距離D(FLELE)：

9、F(FLELE) = F(FL0) F(ELE+1500'0) + F(1500'0)T(FLELE) = T(FL0) T(ELE+1500'0) + T(1500'0)D(FLELE) = D(FL0) D(ELE+1500'0) + D(1500'0)1.2.4 等待計(jì)算通過(guò)波音Inflt/Report程序能夠生成飛機(jī)等待性能數(shù)據(jù)，即以最小燃油流量速度作等待飛行時(shí)的燃油流量數(shù)據(jù)。等待性能數(shù)據(jù)和等待高度、等待時(shí)的飛機(jī)重量、溫度（與ISA的偏差）有關(guān)。根據(jù)CCAR121的燃油規(guī)定，國(guó)際航線需要計(jì)算30分鐘等待耗油。計(jì)算時(shí)以等待起點(diǎn)的重量查詢等待

10、性能表，進(jìn)行插值，得到燃油流量，然后乘以等待時(shí)間，從而計(jì)算得到等待耗油。然后再以等待中點(diǎn)的重量作為等待過(guò)程的平均重量，計(jì)算最終的等待耗油。1.2.5 航線應(yīng)急油量計(jì)算根據(jù)CCAR121的燃油規(guī)定，國(guó)際航線需要計(jì)算從起飛到著陸的航程時(shí)間10的航線應(yīng)急油量。設(shè)主航段航程時(shí)間為T(mén)RTO，主航段TOD點(diǎn)燃油流量為FFD，航線應(yīng)急油量：RFO = TRTO * 10% * FFD1.2.6 續(xù)航油量計(jì)算根據(jù)CCAR121的燃油規(guī)定，國(guó)內(nèi)航線飛行計(jì)劃應(yīng)保證在備降場(chǎng)著陸后，剩余油量能以正常的巡航燃油消耗繼續(xù)飛行45分鐘。由于對(duì)燃油政策中“正常的巡航燃油消耗”理解存在分歧，續(xù)航油量的計(jì)算可以指定按主航段或按備

11、降段TOD的燃油流量進(jìn)行計(jì)算。FEXC = FFD * 45 / 601.3 計(jì)算步驟根據(jù)已知條件和目的不同，提供下面幾類(lèi)飛行計(jì)劃：1） 已知業(yè)載和額外油量2） 已知業(yè)載和起飛油量3） 已知業(yè)載計(jì)算最大帶油4） 已知起飛油量計(jì)算最大業(yè)載5） 已知起飛重量計(jì)算最大業(yè)載6） 已知落地重量計(jì)算最大業(yè)載7） 已知業(yè)載和目的地機(jī)場(chǎng)落地剩油其中，第1項(xiàng)，可以計(jì)算出落地重量，然后根據(jù)落地重量，由備降場(chǎng)反向進(jìn)行計(jì)算;第2、3、4、5項(xiàng)，可計(jì)算出起飛重量，然后根據(jù)起飛重量，由起飛機(jī)場(chǎng)正向進(jìn)行計(jì)算。第6、7項(xiàng)根據(jù)目的地機(jī)場(chǎng)的落地重量，先反向計(jì)算主航段油量，然后正向計(jì)算備降段油量。在計(jì)算的過(guò)程中滿足下列條件：

12、52; 無(wú)油重量（ZFW）最大無(wú)油重量（MZFW）ü 備降機(jī)場(chǎng)著陸重量（LWA）備降機(jī)場(chǎng)最大著陸重量（MLWA）ü 目的地機(jī)場(chǎng)著陸重量（LWD）目的地機(jī)場(chǎng)最大著陸重量（MLWD）ü 起飛重量（TOW）起飛機(jī)場(chǎng)最大起飛重量（MTOW）ü 總油量油箱容量1.3.1 反向計(jì)算 國(guó)際航線計(jì)算30分鐘等待油量 計(jì)算備降段下降距離、油量、時(shí)間 計(jì)算備降段巡航油量、時(shí)間 計(jì)算備降段爬升距離、油量、時(shí)間。判斷目的地機(jī)場(chǎng)落地重量是否小于允許的最大落地重量，若否，則減載后返回第步重新進(jìn)行計(jì)算 計(jì)算主航段下降距離、油量、時(shí)間 計(jì)算主航段巡航油量、時(shí)間 計(jì)算主航段爬升距離、油量

13、、時(shí)間。判斷起飛機(jī)場(chǎng)起飛重量是否小于允許的最大起飛重量，若否，則減載后返回第步重新進(jìn)行計(jì)算 國(guó)內(nèi)航線計(jì)算45分鐘續(xù)航油量，國(guó)際航線計(jì)算10%航線應(yīng)急油，返回第步重新進(jìn)行計(jì)算1.3.2 正向計(jì)算 計(jì)算主航段爬升距離、油量、時(shí)間 計(jì)算主航段巡航油量、時(shí)間 計(jì)算主航段下降距離、油量、時(shí)間。判斷目的地機(jī)場(chǎng)落地重量是否小于允許的最大落地重量，若否，則減載后返回第步重新進(jìn)行計(jì)算 計(jì)算備降段爬升距離、油量、時(shí)間 計(jì)算備降段巡航油量、時(shí)間 計(jì)算備降段下降距離、油量、時(shí)間 國(guó)內(nèi)航線計(jì)算45分鐘續(xù)航油量，國(guó)際航線計(jì)算30分鐘等待和10%航線應(yīng)急油。若國(guó)內(nèi)航線：剩余油量<續(xù)航油量，國(guó)際航線：剩余油量<等

14、待油量+應(yīng)急油量，減載后返回第步重新計(jì)算。1.3.3 正反兩個(gè)方向計(jì)算 計(jì)算主航段下降距離、油量、時(shí)間 計(jì)算主航段巡航油量、時(shí)間 計(jì)算主航段爬升距離、油量、時(shí)間。判斷起飛機(jī)場(chǎng)起飛重量是否小于允許的最大起飛重量，若否，則減載后返回第步重新進(jìn)行計(jì)算 計(jì)算備降段爬升距離、油量、時(shí)間 計(jì)算備降段巡航油量、時(shí)間 計(jì)算備降段下降距離、油量、時(shí)間 國(guó)內(nèi)航線計(jì)算45分鐘續(xù)航油量，國(guó)際航線計(jì)算30分鐘等待和10%航線應(yīng)急油。若國(guó)內(nèi)航線：剩余油量<續(xù)航油量，國(guó)際航線：剩余油量<等待油量+應(yīng)急油量，減載后返回第步重新計(jì)算。1.4 高空氣象處理目前我們利用國(guó)家氣象局提供的T213產(chǎn)品作為飛行計(jì)劃高空氣象的數(shù)據(jù)來(lái)源。國(guó)家氣象局提供給我們的T213產(chǎn)品每天提供二次預(yù)報(bào)，分別基于8:00和20:00的觀測(cè)數(shù)據(jù)。預(yù)測(cè)時(shí)段為6-48小時(shí)，每隔6小時(shí)一次。覆蓋的區(qū)域范圍為東徑58.5°-180°，北緯0°-60.75°,網(wǎng)格密度為1.125°×1.125°。高空氣象數(shù)據(jù)以文本文件形式提供給我們,每次提供850、700、600、50