RNP运行在“九寨—北京”航线上的优势研究

张炳祥，张 序，陈 琳，徐 驰，谭 力，侯 勇，陈 彬

1.中国民航大学 空中交通管理学院，天津 300300；2.中国国际航空股份有限公司运行控制中心西南分控中心 飞行签派室，成都 610202；3.中国国际航空股份有限公司西南分公司 飞行部，成都 610202；4.中国国际航空股份有限公司培训部 西南分部，成都 610202)

在过去几十年里，中国民航依靠飞行人员精湛的技术、机务人员精心的维护和运行人员细心的保障，在成都一九寨等高原航线上保持了良好的安全飞行记录。但是高原机场的运行难度还是给航空公司带来了很多困难，为了更有效地保证高原飞行安全、提高经济效益，2005年，国航在拉萨/贡嘎机场使用B757-200型飞机成功地完成了RNP试飞，为中国民航以后在高原机场实施RNP运行奠定了坚实的基础。RNP的实施使得各航空公司在运行高原航线时能够更加安全，更加高效。本文主要结合国航在实践运行RNP程序的情况，根据其运行特点和机场特点分析RNP运行在九寨-北京航线上的应用，并与传统运行程序相对比，总结出RNP运行在九寨-北京航线上的具体优势，为在高原机场和高原航线上RNP运行的提供借鉴。

1 RNP的基本概念

RNP即所需性能导航[1]是指在相应的导航基础设施条件下，航空器在指定的空域内或者沿航路、仪表飞行程序飞行时对系统精确性、完好性、可用性、连续性以及功能等方面的性能要求，是一种导航方式。精度是指在指定空域或航路按照某类区域导航方式运行时，95%的飞行时间内横向和纵向的总系统误差必须(实际位置相当于期望位置的偏差)保持在一定的范围内，例如实施RNP5运行时，精度要求95%的总飞行时间内横向和纵向总系统误差必须在正负5 NM之内，沿航迹误差也必须在正负5 NM之内。完整性是指根据适航审定，航空器导航设备故障被规定为重大故障。连续性是指如果运营人可以转用另一个不同的导航系统并飞往合适的机场，失去功能可以被归为小故障。可用性是指在指定飞行计划期间，运营人必须在某类区域导航运行期间沿途有足够的，合适的导航设施提供良好的导航信号。

2 航线分析

2.1 北京—九寨航线的运行情况

国航向空管部门拍发的北京—九寨航线的领航计划报如下：

(FPL-CCA4122-IS

-A319/M-SDE3FGHIRWYZ/LB1

-ZBAA0730

-K0849S0980 SOSDI W75 BEGRI W76 NONIT G212 EXUMI W135 NUGLA

G212 SUBUL H93 GYN H92 JZH

-ZUJZ0222 ZUUU

-PBN/A1B1D1L1O1S2T1 NAV/ABAS REG/B6227

EET/ZLHW0102 ZPKM0150

SEL/CGMR

RMK/ACAS II)

由报文可知航班总计飞行时间约为2小时22分钟，备降场为成都，该公司使用A319飞机值飞，该飞机具备RNP运行的机载设备。国航九寨北京航线的具体飞行线路为“K0849S0980 SOSDI W75 BEGRI W76 NONIT G212 EXUMI W135 NUGLA G212 SUBUL H93 GYN H92 JZH”。

此外，由于机场地处高原，机场储油能力不足，一般仅对航班提供补油。根据机场使用规定，由于机场地处高原地形复杂不接受备降；同时机场也不适合备降[3]。特别要注意的一点是由于国航九寨出港的航班后续衔接的航线有成都、重庆、北京、浦东和广州，因此在成都起飞的油量有所不同，因此需要签派员在放行过程中提示到机组油量的差异[4]，成都起飞的油量要求如下表1所示。

2.2 航班运行监控

由于RNP运行依赖于星基导航，而卫星的位置随时间变化而变化，这就造成了ANP值随时变化。卫星位置的变动也就使得每天某一段时间RNP程序不能使用。如表2所示，九寨机场的进离程序RNP 0.3的可用时间为当天的0400到第二天的0300(UTC时)，除预测0806到0808(UTC时)这2分钟不可用，而九寨机场的离场程序RNP 0.3预测在0806到0812(UTC时)这6分钟之间是不可用的。因此在实际运行时应该避开此段时间。同时，由于ANP值是估计值，并存在计算误差，所以可能在某一时段ANP值大于RNP值，当签派员发现此情况时应当及时通知机长，提醒机组在进近过程中要特别注意该时间段的影响。

表1 九寨出港航线前一段成都起飞加油情况

表2 A319机型在九寨机场RNP使用的预测有效时段

2.3 RNP运行在九寨机场实施的要求

根据相关规定[5-6]，执飞高原航线的机长要求完成相应的高原训练，获得相应的高原运行机长授权。高原机场运行的带队机长的年龄不超过55岁，需要RNP等特殊类型导航资格跟航路或区域上两个航站之间担任带队机长的飞行员应当在前12个月之内以局方认可的方式，证明其适应于该导航系统的使用。客舱乘务员必须完成相应的高原航线训练，取得高原航线乘务飞行资格。签派员要求具有相应的机型资格，完成高原航线签派放行的训练，取得高原航线签派放行的资格。飞机上配备“多传感器导航系统”设施，如GNSS(全球导航卫星系统)，GPS(全球定位系统),FMS(飞行管理系统)，IRS(惯性基准系统)，VOR,DME满足飞机执行RNP运行所需要的要求，使得飞机在飞行的任何时候都满足ANP(实际导航性能)小于RNP(所需导航性能)的要求有相应的应急程序[7]，使得飞机在设备故障或因其他原因不能进行RNP运行时，能够立即使用传统飞行程序，从而保证飞机飞行的安全。制定了相应的一发失效飘降和座舱释压等程序。

2.4 RNP运行在九寨机场实施的情况和具体优势

2.4.1 RNP在九寨机场运行后的优势概述

RNP运行在九寨机场实施后，成功的解决了02号跑道不能起飞和落地标准过高的问题，降低了飞机离场和复飞时所需要的梯度，增加了飞机的业载；另一方面，RNP程序的航迹相比传统程序更安全，能够通过精密的导航性能来避开主要障碍物，提高飞行的安全水平；RNP运行还解决了单发情况下，飞机越障安全裕度小的问题，可以实现安全的起飞和从任意航路点的复飞；由于RNP运行使得九寨机场可以双向运行，20号跑道经常出现的顺风超标问题也被成功解决，提高了机场的利用率，同时也提高了航空公司的航班正常率，提升了公司的效益。

RNP程序与传统导航程序相比有这些优势的主要原因有：与传统导航程序相比，RNP程序的保护区(障碍物评估区)明显减小；飞机能够运用自身高精度的导航设施实现在某一空域的灵活飞行，可以在保证安全的情况下沿任意路径飞行，而不用依赖地面导航设施，因此可以灵活避开障碍物，从而减小所需要的爬升梯度；飞机还可以依靠自身机载系统提供垂直引导(如Baro-VNAV)，减少飞机梯级下降，甚至实现连续下降(CDA)减小飞行员负荷，从而减小可控飞行撞地(CFIT)。

2.4.2 航线直飞优势

长期以来飞往九寨的航班都需要经停成都，因此航空公司通常将旅客都集中在成都双流机场后，再飞往九寨机场。这样大大增加了旅客的出行时间，降低了飞机的使用率。一般情况下北京飞往成都的航班飞行时间为2小时左右，而成都飞往九寨的时间为40分钟左右；而北京直飞九寨的飞行时间为2小时20分钟。如果经停成都，仅仅飞行时间就多出了20分钟。而在实际运行中，经停的航班还必须满足过站时间的要求。61～150客座的飞机需要满足的最小过站时间为50分钟。如国航A319值飞京-蓉-寨航线，就需要在成都的过站时间至少50分钟。仅此算来，直飞九寨就比经停成都节省了70分钟的时间。如果再考虑到成都双流机场为我国繁忙机场之一，航路量大，流控严重，那么节省的时间将不仅仅是70分钟。

与直飞的航班相比，经停成都后飞往九寨的航班所携带的油量几乎相同却将多经历一次起飞和爬升，这将使得飞机的维护成本，特别是发动机的维护成本大大提高。与此同时如果直飞航班能够选择最佳高度飞行，那么将节省大量油量。

2.4.3 RNP程序的障碍物评估区小

RNP程序障碍物评估区(保护区)较小。由于地面导航设施无线电信号的特性，传统飞行程序的保护区呈发散状[8]。以VOR作航迹引导为例，它的保护区会以7.8度的角度进行扩散，距离导航台越远，保护区的宽度就越大，所需要评估的障碍物就越多。特别是在考虑转弯时的保护区时，要考虑定位误差、飞行操作误差和风的影响等，它的保护区会更大。RNP飞行程序保护区的宽度是固定的，为标称航迹左右两倍的RNP值。

以九寨机场运行的RNP-AR为例，局方批准的精度为0.3海里，即RNP0.3，它的障碍物评估区的宽度为标称航迹左右各0.6海里，保护区总宽度为1.2海里。而在传统程序中，当VOR台作为IF点时，考虑到过台误差，IF点的起始保护区半宽也有1海里，即保护区总宽度为2海里，此后还会以一定的角度扩大，显然传统程序的保护区总宽度必然大于RNP 0.3运行时1.2海里的总宽度。此外，RNP飞行程序在转弯时的保护区宽度仍然为两倍的RNP值；而传统程序中，转弯时的保护区需要扩大。保护区宽度的减小意味着所需要评估的障碍物的减少，也就意味着飞机可能能以更低的高度飞行，更小的梯度爬升，也就能装载更多的业载。

2.4.4 RNP程序航迹设计灵活

由于RNP运行不依赖于地面导航设施，因此也就不受导航设施较少，导航信息覆盖范围和地形对信号屏蔽的影响；同时可以根据需要在飞机性能允许的情况下设计任意的转弯航迹，选择最佳的地形进行飞行，引导飞机从侧方绕过障碍物，而不用使用大梯度爬升来飞越障碍物。也正因为这样，RNP飞行程序的离场和复飞爬升梯度远远小于传统仪表飞行程序的设计梯度。RNP程序在九寨机场的运行能使飞机成功的避开机场周围的高山。九寨机场北端净空条件差，在进行传统程序运行时，有标高很高的障碍物在保护区范围内，如果使用02 号跑道起飞，将需要极大的爬升梯度，考虑到飞机性能在高原机场大幅衰减的情况下，这是极不安全也是不可能实现的。障碍物的存在也使得02号跑道的落地标准极高，需要昼间且能见度极好的情况下才能落地，因此在实际运行中，很少有航空公司使用02号跑道落地。RNP程序的运行成功的解决了九寨机场02号跑道不能起降的问题，实现了九寨机场的双向起降。由于使用RNP程序飞行可以避开02号跑道前的障碍物，起飞时所要求的梯度大大减小；另外能够绕主要开障碍物也使得02号跑道可以实现飞机的安全落地。障碍物评估区的减小，也使飞机能够下降到更低的高度，02号跑道的着陆标准也因此大大降低，减少了航班在低能见度，低云情况下的复飞，返航或备降的情况。九寨机场实现双向起降后，从根本上解决长期以来20号跑道顺风超标的问题，使得空管部门能够根据机场的风向选择合适的跑道起飞。我们都知道逆风能增加飞机的升力，对飞机的飞起着陆是有利的，能在九寨机场选择逆风起降将能提高飞机起飞着陆的安全性。

2.4.5 RNP程序是有垂直引导的非精密进近

使用气压式垂直导航来提供垂直引导。传统程序分为精密进近和非精密进近两大类，非精密进近不能提供垂直引导，在我国常见的非精密进近有VOR/DME进近，NDB/DME进近等；精密进近能够提供垂直引导，在我国普遍使用ILS程序作为精密进近。无论是精密进近还是非精密进近都受到地面导航设施的限制，而RNP运行可以依靠自身的机载设备在最后进近阶段使用气压垂直引导(Baro-VNAV)来提供引导，因此飞行员可以利用自动驾驶或飞行指引系统驾驶飞机到跑道头。传统程序中的非精密进近由于飞机不能获得垂直引导，在建立目视参考以后需要飞行员选择合适的下滑角或下滑率，一旦操作不当很可能使飞机高度下降过大，造成近地警告而复飞，甚至撞地；下降率过小又可能使飞机在跑道中后端接地而冲出跑道，造成人员和飞机的损失。RNP运行时，飞机能按照固定角度下降，对准跑道中心线和跑道头并以稳定的速度进近，这样更加安全且对飞行员负荷更小。与ILS进近不同，RNP程序的固定下滑角度是由飞机的机载设备计算并提供的，而ILS进近是通过地面导航设施提供下滑道来实现的，因此我们可以把RNP进近称为有垂直引导的非精密进近。此外，RNP程序运行可以使飞机由开始下降点(TOD点)或IAF点之前某处便以固定下滑角下滑实现连续下降(CDA)或实现连续下降最后进近(CDFA)。连续下降与梯级下降相比对飞行员的负荷更小，且更加省油，但目前实施连续下降还存在诸多问题需要解决。

2.4.6 RNP运行的应急程序

RNP程序还使得一发失效后的应急程序更加安全。在高高原机场此类飞机性能大幅降低，净空条件很差的机场，原本设计的标准进离场程序，复飞程序已经选择了最佳的航线来尽量避开障碍物，但即使如此，所要求的爬升梯度仍然很大。因此按照传统程序已经很难再设计出一发失效的应急程序，或者设计出的程序安全裕度较小。RNP程序设计的一发失效应急程序能够绕开障碍物，减小了地形对障碍物的影响，降低了对飞机性能的要求，为飞行安全提供了保障。最后，RNP运行从系统上提高了运行的安全性。RNP运行要求各有关方面的有机结合，包括飞机的适航认证，机组的飞行训练(理论和实践)，签派员的培训，空中交通管制员的培训，运行质量监督等各个方面。从系统上保证RNP运行的安全，使发生飞行事故的风险降到最低。

3 结论

本文对RNP运行在九寨—北京航线上的优势进行了分析和研究。RNP是根据航空器自身先进的导航设备发展出来的一种先进导航方式，其优点在于能够灵活地设计航路，使航空器在保证安全的情况下沿任意路径飞行，从而提高空域的容量，缩短飞行路径。RNP运行要求飞机在飞行的95%的时间内位置偏差都在RNP值以内。与RNP对应的是ANP(实际导航性能)，它是当前飞机实际所具备的导航性能，RNP运行要求ANP值在飞行的任何时候都小于RNP值。ANP值是随时变动的，它与卫星所在的位置等条件有关，机组可以通过飞行管理计算机实时监控到ANP的值。在本文中，九寨机场实施的RNP运行是指RNP AR APCH运行，它是要求局方授权的一种RNP运行程序，具体的RNP值为0.3海里。由于高高原机场海拔高空气密度低，造成了飞机性能在高高原机场的大幅衰减，在相同表速情况下，真空速变大，因此在高高原机场起降需要更长的距离。九寨机场净空条件也较差，周围都是高山。在传统程序中，为了保证飞行安全，满足超障要求，在九寨机场起飞往往要求很大的爬升梯度，这一爬升梯度的要求直接限制了飞机的起飞重量，并使机场02号跑道在实际运行中不能使用，造成了九寨机场航班不正常率很高。RNP运行在九寨机场的实施主要解决了02号跑道不能起降的问题，并增加了航班在九寨机场运行的业载。02号跑道前方有障碍物，起飞时，传统程序中要求很大的爬升梯度才能满足越障要求，考虑到飞机性能的衰减，这几乎是不可能实现的。也因为02号跑道障碍物的限制，在使用02号跑道降落时最低下降高度/决断高度很高，能见度要求也很高，考虑到九寨机场气象多变的因素，使得各航空公司在实际运行时基本不使用02号跑道落地。由于RNP程序能灵活设计航路，使得RNP程序在九寨机场的运行可以让飞机避开障碍物；同时由于RNP程序需要的障碍物评估区更小，需要评估的障碍物也更少，飞机将可能下降到更低的高度，RNP程序也因此降低了九寨机场运行标准，使得飞机在02号跑道起降时也符合各项安全标准。九寨机场因为RNP程序实现了双向运行，双向运行使得机场标准得以降低。降低的标准将直接转换成各航空公司的效益，起飞时要求的梯度小意味着航空公司可以增加业载，即可以装更多的旅客和货物，而起飞和着陆标准的降低将大大提升九寨机场的航班正常率，从而增加航空公司的效益。九寨机场的双向起降也直接从根本上解决了时常出现的顺风超标问题。由于气象原因，九寨机场20号跑道时常出现顺风超标的情况，在只能使用20号跑道起降时，机场不得不选择关闭，实现双向运行后，20号跑道的顺风意味着02号跑道的逆风，而逆风起降是最有利的，所以九寨机场也因为RNP运行成功解决了顺风超标的问题。RNP程序还有其他好处，例如设计出的一发失效后离场的程序将更安全，RNP运行还可以减轻飞行管制员的负荷，更加环保，也更加节省油量等。

参考文献(References)：

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