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一文讀懂進(jìn)近時(shí)的飛機(jī)能量管理

飛機(jī)的能量水平衡量維度是由一系列主要飛行參數(shù)如空速與高度以及飛機(jī)構(gòu)型和發(fā)動(dòng)機(jī)推力組成。飛機(jī)自動(dòng)化、航圖程序設(shè)計(jì)、外界氣象條件以及ATC指揮等因素也會(huì)顯著影響到飛機(jī)的能量水平。在進(jìn)近過程中飛機(jī)的能量管理不當(dāng)是發(fā)生不穩(wěn)定進(jìn)近的重要原因;飛機(jī)過高/過低的能量水平可能會(huì)導(dǎo)致包括沖偏出跑道、重著陸和擦機(jī)尾等進(jìn)近著陸不安全事件。



 概述 
機(jī)組的主要任務(wù)之一是通過所有可用信息和線索,監(jiān)視并控制飛機(jī)的能量水平,以期實(shí)現(xiàn):
  • 在所有飛行階段匹配飛機(jī)相應(yīng)的能量水平,以滿足所需的飛行航徑、速度、推力和飛機(jī)構(gòu)型

  • 當(dāng)飛機(jī)能量水平過高或者過低,即飛機(jī)速度偏大/小或高度偏高/低時(shí),采取干預(yù)措施以恢復(fù)至匹配的能量水平

對(duì)飛機(jī)的能量進(jìn)行管理體現(xiàn)在持續(xù)地對(duì)關(guān)鍵飛行參數(shù)進(jìn)行控制,包括短時(shí)地進(jìn)行參數(shù)置換,如飛機(jī)速度增減與下降率之間的相對(duì)變化關(guān)系。飛機(jī)上先進(jìn)的電子儀表顯示以及自動(dòng)化系統(tǒng)、機(jī)載告警/保護(hù)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)用于協(xié)助機(jī)組對(duì)飛機(jī)的能量進(jìn)行管理。

 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 

大約70%的匆忙不穩(wěn)定進(jìn)近不安全事件都與飛機(jī)能量管理不當(dāng)相關(guān),體現(xiàn)在飛機(jī)能量過大或能量不足:

  • 能量不足:速度小或者高度低-40%

  • 能量過大:速度大或者高度高-30%

 飛機(jī)能量水平 

飛機(jī)的能量水平是由以下主要飛行參數(shù)以及這些參數(shù)的變化率(趨勢)組成:

  • 空速和空速趨勢

  • 高度和垂直速度(飛行航徑角)

  • 飛機(jī)構(gòu)型(擾流板、襟縫翼與起落架的伸展情況)

  • 發(fā)動(dòng)機(jī)推力

 飛機(jī)減速特性及操作建議 

飛機(jī)的減速特性在很大程度上取決于航空器類型和全重,以下典型的數(shù)據(jù)可作為對(duì)飛機(jī)減速特性的快速評(píng)估依據(jù)。
  • 平飛時(shí)

-進(jìn)近襟翼放出時(shí),每1海里減速10-15節(jié)

-起落架放下并且著陸襟翼放出時(shí),每1海里減速20-30節(jié)
  • 以3度下滑角下降時(shí):

-起落架放下并且著陸襟翼放出時(shí),每1海里減速10-20節(jié)

以下是操作建議:

  • 當(dāng)飛機(jī)以3度下滑角下降對(duì)應(yīng)的下降梯度為1海里下降300英尺,或者在最后進(jìn)近階段地速為140節(jié)時(shí)對(duì)應(yīng)下降率約為700英尺/分鐘;

  • 處于光潔形態(tài)下的飛機(jī)在3度下滑角下降過程中通常無法減速;

  • 當(dāng)飛機(jī)處于典型3°下滑角最后進(jìn)近航段時(shí),如果此時(shí)僅有縫翼放出,飛機(jī)大約需要3海里的水平距離/1000英尺的高度才能減速至目標(biāo)進(jìn)近速度并建立著陸構(gòu)型;

  • 根據(jù)飛機(jī)類型和構(gòu)型的差異,在擾流板未被抑制伸展時(shí),機(jī)組可使用擾流板來達(dá)到更快的減速目的;通常在小于機(jī)場標(biāo)高1000英尺時(shí)不建議使用擾流板;

  • 在最后進(jìn)近定位點(diǎn)FAF前至少3海里應(yīng)放出縫翼。

 場景分析 

現(xiàn)在假定在進(jìn)近時(shí),ATC指揮機(jī)組保持大速度,那么機(jī)組如何規(guī)劃飛機(jī)的減速?飛機(jī)在外指點(diǎn)標(biāo)OM或最后進(jìn)近定位點(diǎn)FAF時(shí)的最大速度可飛多少?

我們考慮并應(yīng)用以下條件:

  • 典型3度下滑角下降時(shí):1海里減速10節(jié)(保守估算)

  • 儀表氣象條件IMC下,最低穩(wěn)定進(jìn)近高度為1000英尺(高于機(jī)場標(biāo)高)

  • 最后進(jìn)近速度為130節(jié)(假定值)

  • 外指點(diǎn)標(biāo)OM或最后進(jìn)近定位點(diǎn)FAF為距離跑道入口6海里/高度為2000英尺(通常數(shù)值)

從OM或FAF至最低穩(wěn)定進(jìn)近高度1000英尺AAL前,飛機(jī)可用的水平距離約為3海里,可下降高度為1000英尺,對(duì)應(yīng)的飛機(jī)減速區(qū)間值為3X10=30節(jié)。從最后進(jìn)近速度Vapp:130節(jié)倒推,130+30=160節(jié),可得到飛機(jī)在飛至OM或FAF時(shí)的空速(最大)應(yīng)為160節(jié),據(jù)此機(jī)組可規(guī)劃減速的時(shí)機(jī)。

 關(guān)注綠點(diǎn)速度 

綠點(diǎn)速度作為飛機(jī)在光潔構(gòu)型下一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)失效的機(jī)動(dòng)速度,提供了最佳升阻比。同時(shí)它也是在進(jìn)近階段飛機(jī)在光潔構(gòu)型下的管理目標(biāo)速度,以及設(shè)定CONF 1的推薦速度光潔構(gòu)型下的等待速度。

我們可以通過下面這張推力和阻力關(guān)系圖深入了解綠點(diǎn)速度代表的含義。在飛機(jī)處于穩(wěn)定狀態(tài)飛行時(shí),飛機(jī)的升力保持不變,因此升阻比最大意味著飛機(jī)的所受阻力最小,即阻力曲線最低點(diǎn)的速度對(duì)應(yīng)此時(shí)飛機(jī)的最佳升阻比,翼面的氣動(dòng)效率最高。對(duì)于整個(gè)阻力曲線的最低點(diǎn),我們定義了綠點(diǎn)速度GD,它將整個(gè)基于速度的推力和阻力關(guān)系圖分為左右兩個(gè)部分:

  • 在速度大于綠點(diǎn)速度的右半部分,飛機(jī)的速度是穩(wěn)定的,即在恒定的飛機(jī)高度,溫度,重量以及推力條件下,飛機(jī)可以穩(wěn)定并維持在某一速度Vc

  • 在速度小于綠點(diǎn)速度的左半部分,飛機(jī)的速度是不穩(wěn)定的,即速度減小導(dǎo)致飛機(jī)阻力不斷增加,飛機(jī)有持續(xù)減速的趨勢;當(dāng)飛機(jī)的阻力大于最大可用推力之后,飛機(jī)只能通過減小俯仰/下降高度的方式來使飛機(jī)加速;進(jìn)一步來說,當(dāng)飛機(jī)高度越高,飛機(jī)的最大可用推力會(huì)不斷減小,此時(shí)綠點(diǎn)速度會(huì)接近速度Va,推力裕度很小,如果飛機(jī)速度以小于綠點(diǎn)速度飛行,將會(huì)很容易以小于Va速度導(dǎo)致飛機(jī)進(jìn)入持續(xù)減速而不得不通過減小俯仰/下降高度的方法來增加速度
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