飞行计划基础算法.doc

1 飞行计划算法1.1 燃油政策CCAR在121部中关于备降场和加油量作了相关规定，下表是对相关规定的简要描述： 一）国内航线备降场规定和燃油政策指定备降场燃油政策无可用备降场飞到并着陆预定的目标机场以正常的巡航燃油消耗再飞行2小时无须指定备降场飞到并着陆预定的目标机场以正常的巡航燃油消耗再飞行45分钟指定至少一个备降场飞到并着陆预定的目标机场飞到并着陆在最远备降场以正常的巡航燃油消耗再飞行45分钟二）国际航线备降场规定和燃油政策指定备降场燃油政策无可用备降场飞到预定的目标机场以正常的巡航燃油消耗再飞行2小时无须指定备降场飞到并着陆预定的目标机场继续飞行从起飞到着陆的航程时间的10％在目标机场1500ft上空以等待速度在标准大气条件下飞行30min指定至少一个备降场飞到并着陆预定的目标机场继续飞行从起飞到着陆的航程时间的10％飞到并着陆在最远备降场在备降场1500ft上空以等待速度在标准大气条件下飞行30min1.2 基本算法根据CCAR的燃油政策，国内和国际航线正常飞行计划的飞行剖面如下图所示：国内航线：国际航线：根据飞行剖面，可以将飞行计划的计算过程分为几个主要的阶段，下面分别对各阶段的计算方法进行描述：1.2.1 爬升计算通过波音Inflt/Report程序能够生成飞机爬升性能数据，爬升性能和飞机松刹车重量、温度与ISA的偏差、爬升高度等因素有关。

爬升计算就是根据飞机松刹车重量、爬升高度、温度偏差，查询性能表，进行插值，计算出飞机爬升到指定高度所需要的油量、时间、及飞过的水平距离航路爬升通常是一种等表速／等Ｍ数（如 280/0.78）的爬升对于最小成本飞行计划，可以通过Inflt生成指定成本指数的爬升性能数据（如CI50）若考虑10000英尺以下表速250knot的限制，可以生成相应的有低空限速的爬升性能数据（如250/280/0.78、250/CI50）1. 风速修正由于爬升性能表给出的是在静风条件下的数据，而实际情况是有风的，因此需要对风速进行修正从开始爬升到爬升顶点，风向和风速都是在不断变化的，计算时，风速取爬升顶点航路风分量的2/3设从爬升性能表查得无风时的空中距离为DA，时间为t，爬升顶点巡航高度上的风速为W，则飞机在爬升过程中的平均空速=，地速= ，飞过的地面距离D= =注：顺风为＋，逆风为－)2. 机场标高修正飞机性能使用手册中的爬升性能表都是针对机场气压高度为零的情况给出的，即给出的是由海平面机场起飞爬升到某一高度层所需要的油量、时间及飞过的水平距离当机场的气压高度不为零时，需进行修正设机场的标高为ELE，飞行高度为FL。

可以由下面的公式计算从标高为ELE的机场起飞爬升到巡航高度FL所需的油量F(ELE→FL)、时间T(ELE→FL)及飞过的水平距离D(ELE→FL)：F(ELE→FL) = F(0→FL) – F(0→ELE+1500') + F(0→1500')T(ELE→FL) = T(0→FL) – T(0→ELE+1500') + T(0→1500')D(ELE→FL) = D(0→FL) – D(0→ELE+1500') + D(0→1500')1.2.2 巡航计算通常采用的巡航方式有等M数、等表速、LRC、经济巡航等，通过波音Inflt/Report程序能够生成对应各种巡航方式的飞机巡航性能数据巡航性能和飞机重量、巡航高度、温度（与ISA的偏差）等因素有关，经济巡航的性能数据还和风速有关巡航计算就是将巡航段分成一个个步长(如下图所示)，并假定步长内的高空气象、飞机重量是恒定的，根据步长内的飞机平均重量、巡航高度、温度与ISA的偏差、风速（仅对于经济巡航），查询巡航性能表，进行插值，计算出对应的燃油流量和真空速、并由风速矢量三角形计算地速，从而计算出步长所需的时间及油量 1. 侧风影响由于侧风的影响，飞机的航迹将偏离航向，航迹和航向线之间的夹角，即真空速和地速之间的夹角叫做偏流角。

由风速、真空速、地速之间组成的矢量三角形如下图所示：其中：MTK—磁航迹角MH—磁航向角DA—偏流角WD—风向WA—风角，风向线与磁航迹之间的夹角TAS—真空速GS—地速WS—风速根据矢量三角形，推导出下面的公式：1.2.3 下降计算通过波音Inflt/Report程序能够生成飞机下降性能数据，下降性能和飞机落地重量、巡航高度、温度（与ISA的偏差）等因素有关下降计算就是根据飞机落地重量、巡航高度、温度偏差，查询性能表，进行插值，计算出飞机从指定高度下降所需要的油量、时间、及飞过的水平距离下降过程通常是一种等Ｍ数／等表速（如0.78/280）的下降对于最小成本飞行计划，可以通过Inflt生成指定成本指数的下降性能数据（如CI50）若考虑10000英尺以下表速250knot的限制，可以生成相应的有低空限速的下降性能数据（如0.78/280/250，CI50/250）1. 风速修正由于下降性能表给出的是在静风条件下的数据，而实际情况是有风的，因此需要对风速进行修正从下降顶点到着陆过程，风向和风速都是在不断变化的，计算时，风速取下降顶点航路风分量的2/3设从下降性能表查得无风时的空中距离为DA，时间为t，下降顶点巡航高度上的风速为W，则飞机在下降过程中的平均空速=，地速= ，飞过的地面距离D= =。

注：顺风为＋，逆风为－)2. 机场标高修正飞机性能使用手册中的下降性能表都是针对机场气压高度为零的情况给出的，即给出的是由某一高度层下降到海平面机场起飞所需要的油量、时间及飞过的水平距离当机场的气压高度不为零时，需进行修正设机场的标高为ELE，飞行高度为FL可以由下面的公式计算从巡航高度FL下降到标高为ELE的机场所需的油量F(FL→ELE)、时间T(FL→ELE)及飞过的水平距离D(FL→ELE)：F(FL→ELE) = F(FL→0) – F(ELE+1500'→0) + F(1500'→0)T(FL→ELE) = T(FL→0) – T(ELE+1500'→0) + T(1500'→0)D(FL→ELE) = D(FL→0) – D(ELE+1500'→0) + D(1500'→0)1.2.4 等待计算通过波音Inflt/Report程序能够生成飞机等待性能数据，即以最小燃油流量速度作等待飞行时的燃油流量数据等待性能数据和等待高度、等待时的飞机重量、温度（与ISA的偏差）有关根据CCAR121的燃油规定，国际航线需要计算30分钟等待耗油计算时以等待起点的重量查询等待性能表，进行插值，得到燃油流量，然后乘以等待时间，从而计算得到等待耗油。

然后再以等待中点的重量作为等待过程的平均重量，计算最终的等待耗油1.2.5 航线应急油量计算根据CCAR121的燃油规定，国际航线需要计算从起飞到着陆的航程时间10％的航线应急油量设主航段航程时间为TRTO，主航段TOD点燃油流量为FFD，航线应急油量：RFO = TRTO * 10% * FFD1.2.6 续航油量计算根据CCAR121的燃油规定，国内航线飞行计划应保证在备降场着陆后，剩余油量能以正常的巡航燃油消耗继续飞行45分钟由于对燃油政策中“正常的巡航燃油消耗”理解存在分歧，续航油量的计算可以指定按主航段或按备降段TOD的燃油流量进行计算FEXC = FFD * 45 / 601.3 计算步骤根据已知条件和目的不同，提供下面几类飞行计划：1） 已知业载和额外油量2） 已知业载和起飞油量3） 已知业载计算最大带油4） 已知起飞油量计算最大业载5） 已知起飞重量计算最大业载6） 已知落地重量计算最大业载7） 已知业载和目的地机场落地剩油其中，第1项，可以计算出落地重量，然后根据落地重量，由备降场反向进行计算;第2、3、4、5项，可计算出起飞重量，然后根据起飞重量，由起飞机场正向进行计算。

第6、7项根据目的地机场的落地重量，先反向计算主航段油量，然后正向计算备降段油量在计算的过程中满足下列条件：ü 无油重量（ZFW）≤最大无油重量（MZFW）ü 备降机场着陆重量（LWA）≤备降机场最大着陆重量（MLWA）ü 目的地机场着陆重量（LWD）≤目的地机场最大着陆重量（MLWD）ü 起飞重量（TOW）≤起飞机场最大起飞重量（MTOW）ü 总油量≤油箱容量1.3.1 反向计算① 国际航线计算30分钟等待油量② 计算备降段下降距离、油量、时间③ 计算备降段巡航油量、时间④ 计算备降段爬升距离、油量、时间判断目的地机场落地重量是否小于允许的最大落地重量，若否，则减载后返回第①步重新进行计算⑤ 计算主航段下降距离、油量、时间⑥ 计算主航段巡航油量、时间⑦ 计算主航段爬升距离、油量、时间判断起飞机场起飞重量是否小于允许的最大起飞重量，若否，则减载后返回第①步重新进行计算⑧ 国内航线计算45分钟续航油量，国际航线计算10%航线应急油，返回第①步重新进行计算1.3.2 正向计算① 计算主航段爬升距离、油量、时间② 计算主航段巡航油量、时间③ 计算主航段下降距离、油量、时间判断目的地机场落地重量是否小于允许的最大落地重量，若否，则减载后返回第①步重新进行计算④ 计算备降段爬升距离、油量、时间⑤ 计算备降段巡航油量、时间⑥ 计算备降段下降距离、油量、时间⑦ 国内航线计算45分钟续航油量，国际航线计算30分钟等待和10%航线应急油。

若国内航线：剩余油量<续航油量，国际航线：剩余油量<等待油量+应急油量，减载后返回第①步重新计算1.3.3 正反两个方向计算① 计算主航段下降距离、油量、时间② 计算主航段巡航油量、时间③ 计算主航段爬升距离、油量、时间判断起飞机场起飞重量是否小于允许的最大起飞重量，若否，则减载后返回第①步重新进行计算④ 计算备降段爬升距离、油量、时间⑤ 计算备降段巡航油量、时间⑥ 计算备降段下降距离、油量、时间⑦ 国内航线计算45分钟续航油量，国际航线计算30分钟等待和10%航线应急油若国内航线：剩余油量<续航油量，国际航线：剩余油量<等待油量+应急油量，减载后返回第①步重新计算1.4 高空气象处理目前我们利用国家气象局提供的T213产品作为飞行计划高空气象的数据来源国家气象局提供给我们的T213产品每天提供二次预报，分别基于8:00和20:00的观测数据预测时段为6-48小时，每隔6小时一次覆盖的区域范围为东径58.5°-180°，北纬0°-60.75°,网格密度为1.125°×1.125°高空气象数据以文本文件形式提供给我们,每次提供850、700、600、500、400、300、250、200、150百帕（HPA，即毫巴 MB）9个等压面的风向、风速、温度。

在做飞行计划时, 对每一个航路点巡航高度上的气象数据如下插值计算:根据航路点经纬度坐标在每个等压面上选择四个相临的格点，用线性插值计算各等压面上航路点经纬度坐标处的温度、风，然后选择和巡航高度最接近的三个等压面，按高度用拉格朗日二次插值，计算在巡航高度上航路点处的温度、风在对风计算时，先根据风向、风速计算Ｘ、Ｙ方向的风分量，对风分量插值计算，然后再合成为气象风。