A350 侧风飞行技术及辅助功能

目录
  • 引言
  • 正文
    • 1 侧风飞行通用技术
      • 1.1 侧风起飞
        • 1.1.1 推力设置
        • 1.1.2 起飞滑跑
      • 1.2 侧风着陆
        • 1.2.1 最后进近和平飘
        • 1.2.2 着陆后滑跑
        • 1.2.3 其他相关事项
    • 2 A350 新增的辅助功能
      • 2.1 低高度侧滑独立控制
      • 2.2 HUD 的侧风模式
      • 2.3 Velocity Vector (VV) 的使用
      • 2.4 起飞单发的辅助方向控制
    • 3 总结
  • 参考文献

引言

作为空客机型的一员,A350 延续了一贯的通用性设计,在驾驶舱显示与控制、操纵方式、SOP 等各方面都与 A320 及 A330 保持了理念的统一。另一方面,作为空客最先进的飞机,A350 在软硬件各方面又有看得见和看不见的进化。所以,对于侧风飞行来说,整体操作逻辑和方法与以往机型基本一致,同时新技术也带来了更多的辅助功能。本文就从这两方面来介绍 A350 侧风飞行的技术特点。

 

正文

1 侧风飞行通用技术

1.1 侧风起飞

1.1.1 推力设置

当没有顺风或侧风较小的情况下,为了抵消起飞推力造成的抬头效应,在松刹车和设置起飞推力之前,应将侧杆应前推一半。而当有顺风或者侧风较大时,起飞推力会更大,所以需要将侧杆前推到底。同时,推力也需要更柔和缓慢增加,以避免过大的抬头效应和不一致推力。

这个技术对于 A320/A330/A350 都是一致的,在 FCOM NORMAL PROCEDURES - STANDARD OPERATING PROCEDURES - TAKEOFF - THRUST SETTING 章节有描述,但不同的机型在具体参数上会有所区别:

机型
侧杆前推到底的侧风阈值
柔和增加推力的技术细节
A320
大于 20kt
AE 发动机:持续增加,40kt地速时达到起飞推力
CFM 和 PW 发动机:快速增加到70% N1,然后持续增加,40kt地速时达到起飞推力
A330
大于 20kt
没有特殊要求
A350
大于 25kt
持续增加,20kt地速时达到 CL 位,40kt 地速时达到起飞推力

表1 不同机型侧风起飞加推力技术 [注1]

另外,对 A350 来说,由于上述技术会延长起飞推力设置的时间,中途可能会出现 ENG THR LEVERS NOT SET 的 ECAM 警告,这个警告会在40kt增加到起飞推力时消失,机组需要忽略它。起飞过程中突然出现的任何警告都会让机组特别警觉,甚至采取下意识的非必要动作,所以在采用侧风起飞技术时,一定要提前意识到这个问题,并在简令中左右座协同确认。

1.1.2 起飞滑跑

一般侧风情况下,仅需使用方向舵来控制滑跑方向,不需要使用与与风向相反的侧杆输入,也就是所谓的“上风杆”。而在大侧风情况下,根据需要可以少量使用上风杆,但一定要避免过大的杆量。侧向大杆量输入会造成扰流板过度展开,不仅会导致飞机朝上风向偏转,而且在抬轮过程中也会降低该侧机翼升力,导致擦机尾裕度减少。[注2]

一般来说,侧风在垂直尾翼上形成的力矩会导致飞机朝上风向偏转,即所谓“风向标效应”。但下风侧发动机进气被机身阻挡,推力会小于上风侧发动机,从而出现朝下风向偏转的力矩。这个力矩在小速度(小于70kt IAS)的情况下可能会大于风向标效应的力矩,导致飞机朝下风向偏转。

图1 侧风起飞滑跑中两种力矩示意 [注3]

虽然机组的操作是直觉性的,飞机往那边偏就反方向蹬舵,但由于侧向干扰的因素可能不止一个,舵的使用一定要柔和,避免过量输入导致人为加剧偏转以及来回修正。

 

1.2 侧风着陆

1.2.1 最后进近和平飘

相比侧风起飞,着陆对技术的要求更高,其中最重要的就是最后进近和平飘过程中对横侧和方向的控制,目的有两个:

  • 沿跑道中线着陆
  • 减小主起落架载荷

图2 偏流法与侧滑法对比 [注4]

对于所有的飞机来说,侧风落地有两种技术:侧滑法,偏流法。由此还衍生出修正偏流法、部分修正偏流法(侧滑与偏流结合法)。不同资料中这些方法可能名称有所不同,也可能把某几种方法合并,但内涵是一样的。

侧滑法(sideslip),或叫坡度法,上风向压杆产生一个坡度,同时下风向蹬舵产生一个侧滑来抵消坡度导致的转弯偏航,从而保持机头航向与跑道方向一致,但带一个坡度进近和着陆。带坡度接地有擦翼尖和发动机的风险,所以侧滑法一般用于翼展较短或者无后掠翼的飞机。

偏流法(crab),或叫航向法,是通过让飞机航向与跑道方向保持一个偏流角(即带交叉)来抵消侧风分量,但航迹与跑道方向一致,且机翼水平地进近和着陆,着陆后再蹬舵摆正机头。偏流法可以保持机翼水平,消除了擦翼尖和发动机的风险,常用于翼展较长或有后掠翼的飞机,也就是大部分的民航客机。但带交叉落地对起落架载荷尤其是侧向载荷较大,另外接地后的方向控制存在风险,尤其是在污染道面。

修正偏流法(de-crab)是偏流法的一种改进。五边保持偏流法进近,在平飘到接地的过程中,通过朝下风向蹬舵将机头对正跑道方向,同时按需向上风向压杆保持机翼水平接地。这种方法既可以方便地保持飞机沿跑道中线着陆,又可以消除偏流法接地对起落架的损害以及方向控制的风险,所以是空客建议的侧风着陆方法。在 FCTM - NORMAL PROCEDURE - SOP - LANDING - FLARE AND TOUCHDOWN 章节有说明。

图3 修正偏流法示意 [注5]

但修正偏流法也不是完美的。偏流角的存在就是为了抵消侧风分量,修正偏流的过程中,随着机头摆正,飞机也就逐渐无法抵消侧风分量,会一定程度地往下风向漂移。如果侧风较大,就算开始蹬舵到接地之间时间很短,漂移量也会较大,存在偏出跑道的风险。所以,在大侧风情况下,空客建议采用“部分修正偏流”的方法,即在偏流修正的过程中,向下风向蹬舵只修正部分偏流,同时上风向压杆保持一个坡度接地。这也就是侧滑与偏流结合法,即我们常说的“上风杆,下风舵”。

空客建议的最大坡度是5°,在保持飞机航迹和擦翼尖/发动机风险中取平衡;建议的最大偏流角也是5°,在保持飞机航迹和减小起落架载荷中取平衡。在 《Flight Operations Briefing Notes_Landing Techniques_Crosswind Landings 》中,对这个角度做了更详细的分析,并给出了采取结合法的侧风阈值。

图4 30kt 侧风分量下偏流角和坡度的关系 [注6]

在30kt稳定侧风分量的条件下,如果只采用侧滑法,需要9°的坡度(A点,介于在蓝色8°和浅蓝色10°两条坡度线之间)来保持五边航迹,很接近机身几何限制(浅绿色虚线,即擦翼尖/发动机的坡度限制)。如果只采用偏流法(0坡度,最上面深蓝色线),需要13°的偏流角来保持航迹(B点,对应纵轴读数约13°),很可能会导致起落架损坏。而如果结合坡度与偏流,当减小偏流角到5°时,也只需要5°的坡度来保持航迹(C点),是一个很好的平衡。

文中还对比了10kt侧风分量的情况,侧滑法只需要3°坡度,偏流法只需要4°-5°的偏流角,就算单独采取其中一种,安全裕度都足够。空客认为,在15-20kt侧风分量以下的情况,理论上只用侧滑法或只用偏流方法也是安全的(注意,并不是建议方法);但在这以上,就需要采取偏流法进近,并在平飘到接地之间采取“部分修正偏流”技术,以达到坡度和偏流角最大都不超过5°的状态接地。15-20kt,这个阈值这在 FCTM 中是没有提到的,值得机组参考。

注意,空客建议的是修正偏流法以及衍生的部分修正偏流法,单纯的侧滑法和偏流法都是不建议的。

方法 技术 优点 缺点 空客建议
侧滑法 带坡度不带交叉接地 起落架载荷小 容易擦翼尖/发动机 不建议
偏流法 带交叉不带坡度,接地后蹬正方向 不容易擦翼尖/发动机 起落架载荷大 不建议
修正偏流法 五边偏流法,平飘过程中蹬舵修正偏流,上风杆保持机翼水平 不容易擦翼尖/发动机

起落架载荷小

操作要求适中

大侧风情况下,平飘蹬正后会逐渐偏离中线 15-20kt侧风以下建议
部分修正偏流法 平飘过程中只修正一部分偏流,用上风向坡度来抵消侧向偏移 在各方面优缺点中取得较好的平衡 操作要求较高 15-20kt侧风以上建议

表2 不同侧风着陆方法对比

好的侧风着陆技术,尤其是侧滑偏流相结合的“部分修正偏流”技术是需要大量的练习才能较好地掌握。重点在于拉开始之后修正偏流的时机和修正量,过早的修正容易导致侧向漂移,过晚修正则容易导致修正不足,接地方向控制难度增加。知名航空技术网站 code7700.com 的站长在文章中 [注7] 就提到他见识并学到的最佳操作就是在接地前几英尺,采用上风杆下风舵的操作,在修正偏流让机头对正跑道中线的同时,上风向主轮扎实接地。这个他称之为“kick-out ”的方法,其实就是非常精准的部分修正偏流法。他不认为这适用于所有飞行员,但如果你愿意尝试新事物并精进自己的技术,是应该去尝试和掌握的。

笔者的经验和所见表明,飞行中大部分情况侧风分量都不算大,多数飞行员都是采用修正偏流法来应对,甚至错误的接地之后再蹬舵的单纯偏流法也有不少,真正有机会和意识采用部分修正偏流法的情况非常少。这其中有经验不足的原因,但也不乏在理论上就没有清楚认识到什么是空客建议的方法。所以在这方面,不管是理论知识,还是实际训练都是需要提高的。

 

1.2.2 着陆后滑跑

侧风着陆,尤其在污染道面的情况下,接地后滑跑的方向控制也是需要机组格外注意的,绝对不能因为接地了就放松精神,用空客的话说,就是 "Fly" until you vacate the runway.

应该采用“扎实接地”的技术,让轮胎以一个稳定的下降率接地,及时展开地面扰流,以及获得足够的摩擦力。尤其在污染道面上,扎实接地可以穿透表面积水,避免滑水现象。由于侧风着陆方法和机组操作能力的差异,不一定能够做到完全消除偏流角,所以确保轮胎与地面之间足够的摩擦力才能够保证后续的方向控制。另外,为了追求轻接地很可能导致平飘长,如上文所说,修正偏流之后继续平飞,飞机将失去抵消侧风的能力,就算侧风不大,平飘时间过长也会导致往下风向漂移,有偏出跑道的风险。

如果平飘中采用了上风杆的操作,接地后应该避免继续施加杆力,因为这会导致上风向主轮压力较高,从而摩擦力较大,导致飞机继续往上风向偏转,从而更加偏离跑道中线。

主轮接地后,刹车力量越大,用于机头摆正的转向力就越小。接地后如果飞机出现超上风向漂移,应该松开自动刹车,利用转向力先让飞机回到跑道方向,再使用刹车来减速。另外根据实际情况,可能需要使用差动刹车。

反推的使用也会对方向控制造成影响,但与刹车的影响方向相反。如果飞机仍然存在偏流角,反推不仅会产生向后的力,还会产生向下风向的力,会加让飞机往下风向漂移。另外反推对气流地干扰也会降低方向舵效率。如果在大侧风情况下出现侧向控制困难,应该收到小反推,控制飞机回到中线滑行,然后再考虑重新使用反推。

图5 侧风着陆的方向控制 [注8]

 

1.2.3 其他相关事项

虽然着陆技术是侧风着陆的重点,但一些其他的相关问题也不能忽视。

严格遵守侧风限制。不同机型对于起飞、着陆、自动着陆、污染道面等都有侧风限制,在准备侧风条件下进近着陆之前,应该检查所有这些限制,并在过程中严格遵守标准。

保持五边稳定。有经验的飞行员都清楚,一个好的落地之前必然有一个好的入口条件,如果前期没有稳定,进跑道之后的修正裕度是很小的。最容易出现偏差的情况就是断开自动驾驶转人工,以及仪表转目视的时候 [注9]。这几种情况下,一定要事先提醒自己,不要急于开始修正偏流,而要依靠偏流角度、保持在跑道延长线上一直等到平飘开始再修正。同时,为了留够熟悉和掌控风况的时间,断开自驾的时机不太晚,要根据自己的技术水平来决定。

永远保持复飞意识!任何时候落地,都要永远保持复飞意识。侧风条件下,不管在哪个高度,哪怕接地之后,如果方向或者坡度控制有问题,只要没有使用反推,都可以复飞。如果在低高度复飞,要特别注意飞机俯仰姿态,不要带杆过快,飞机稳定上升之后再去收构型和收轮。保持复飞意识永远是避免落地不安全事件的最后一道防线。

 

2 A350 新增的辅助功能

在延续空客设计和操作理念一致性的同时,A350 在软硬件及人机界面都有了进化,总的来说就是硬件更先进,软件更细化,人机交互界面更友好。其中对侧风飞行有辅助的有以下几个功能。

 

2.1 低高度侧滑独立控制

在使用修正偏流法落地时,通过朝下风向蹬舵将机头对正跑道方向,同时需要向上风向压杆保持机翼水平接地。这是因为正常情况下,空客飞机副翼和方向舵之间是自动协调的关系,即压杆产生坡度会联动方向舵偏转以自动协调转弯,而蹬舵产生侧滑也会自动匹配一个坡度滚转角,这样可以让飞行员在绝大部分时候不用去操纵方向舵。但在修正偏流法的操作中,正是由于这个联动关系,向下风向蹬舵的同时会自动形成下风向的坡度,但这并不是我们想要的,所以还需要上风向压杆去抵消这个坡度以保持机翼水平。

而A350 飞控正常法则的横向控制中,在100ft 以下就取消了侧滑与坡度的自动关联,而会尽量去保持机翼水平,以辅助飞行员的坡度控制。这个功能在 A320 NEO 和 A330 上后续也升级出现了,虽然描述不太一样,但逻辑是类似的。

 

2.2 HUD 及侧风模式

A350 原生配备 HUD。使用 HUD 可以大大减少机组在外部参考和内部 PFD 信息之间的来回扫视。尤其是在侧风条件下,PFD 与外部参考之间还存在偏流角,更加不便于交叉检查。而 HUD 的指引是基于航迹的,再五边上与跑道航迹之间不存在偏流角,所以飞行员可以保持视线不变地进行偏差修正。

另外,由于 HUD 的刻度范围比 PFD 的要窄,也就是同样视野范围内单位刻度要宽,这样可以更清晰地显示少量的姿态和航迹变化,有利于机组发现和修正偏差。但这也带来一个问题,当侧风较大时,指引容易偏到显示范围边缘,与速度和高度带重叠造成干扰。所以 HUD 提供了一个侧风模式的切换开关,当选择侧风模式后,速度和高度带只在地平线上半部分显示,下方就可以空出来提供给指引显示。

图6 A350 HUD 侧风模式 [注10]

 

2.3 Velocity Vector (VV) 的使用

在 A320/A330 的 PFD 上,只能显示 FD 十字指引杆或者 Fligh Path Vector (FPV,即“小鸟”) 其中一种。而在 A350 上,可以使用 VV 按钮,在 FD 上同时显示两种。空客将这种情况下形状较小的小鸟命名为 Velocity Vector (VV),与 FPV 区分。

图7 VV 接通示范 [注11]

VV 与 FD 十字杆之间的差距可以让机组知道当前偏流角有多大,如果风向风速变化,也可以及时反应在这个差距上。所以空客建议在五边使用 VV 来提供额外参考,尤其是侧风或者阵风条件下,可以增强机组意识,以及更平滑地从仪表参考过渡到目视参考。

 

2.4 起飞单发的辅助方向控制

飞机在出现单发故障时,会导致方向偏转,如果出现在起飞过程中,这个偏转带来的风险是远高于巡航的,需要机组及时准确地使用方向舵来保持起飞航迹。如果在侧风条件下,上风向发动机故障,风向标效应加上推力不平衡叠加的偏转力矩会导致飞机更加向上风向偏转。A350 引入了两个新的功能来辅助起飞单发时的方向控制。

一个功能是起飞单发情况下,工作发一侧的副翼和3号扰流板会偏转以增大阻力,减少偏转力矩。这个偏转需要满足以下条件:飞机在地面,速度大于60kt,踏板输入超过2/3。

图8 起飞单发的辅助方向控制 [注12]

另一个功能是单发时会方向舵会自动偏转帮助保持飞机状态。条件是速度大于100kt,且朝失效发的横侧加速度超过一定阈值。需要注意的是,这个自动蹬舵的量并不会抵消侧滑,这是让机组仍然保持对发动机失效的意识。而且机组必须主动蹬舵来修正侧滑,否则一开始看起来侧滑很小貌似不用蹬,随着起飞后速度增加,飞机的侧滑会越来越大,飞机性能会大幅降低,上升率变得很小,噪音很大。

 

3 总结

A350 在侧风中的操作原理和技术与空客其他机型是一致的,其中侧风着陆重点包括:

  • 知晓并遵守所有运行条件相关的侧风限制。
  • 建立稳定的五边航径及入口条件。
  • 使用建议的侧风着陆技术:15-20kt侧风分量以下,使用修正偏流法;15-20kt以上,使用部分修正偏流法。
  • 落地后要继续控制飞机直到脱离跑道。
  • 永远保持复飞意识!

合理使用 A350 新的辅助功能可以帮助机组降低工作负荷,增强情景意识,减少操作风险。但同时仍然要清楚,优秀的侧风着陆技术是需要理论理解和实践训练相结合才能够熟练掌握的,只有不断地刻意练习提高飞行技能,才能持续保障飞行安全。

 

参考文献:
[1] AIRBUS. A320/A330/A350 FCOM[Z]. 2021: PRO-NOR-SOP-120
[2][3] AIRBUS. A350 FCTM[Z]. 2021: PR-NP-SOP-120 B
[4][6][8] AIRBUS. Flight Operations Briefing Notes_Landing Techniques_Crosswind Landings[Z]. 2008
[5] AIRLINES TRAVLEL. Crosswind Landing - landing on Crosswin[EB/OL]. 2019. 26, Mar, 2022. https://en.airlinestravel.ro/crosswind-landing-wind-landing-from-video-side.html
[7] Eddie. Crosswind Landings Normal Procedures[EB/OL]. 2015. 26, Mar, 2022. https://code7700.com/crosswind_landing.htm
[9] MATTHIEU MAYOLLE, SAMUEL PELLET, XAVIER LESCEU. Lateral runway excursions upon landing[J]. Airbus Safety first magazine, 2015, 20(03):14.
[10] AIRBUS. A350 FCTM[Z]. 2021: AS-HUD D
[11] 四川航空. 2022年上半年定期复训课件[Z]. 2022
[12] AIRBUS. A350 FCTM[Z]. 2021: DSC-27-10-30 C

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