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中图分类号：V249.32 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0171-02
引言：基于性能导航技术（PBN）是国际民航组织（ICAO）在整合区域导航（RNAV）和所需性能导航（RNP）运行实践和技术标准的基础上，提出的新型运行概念。PBN概念包含三大部分内容，即导航设施、导航规范及导航应用。按《中国PBN实施路线图》的部署，目前基于性能导航（PBN）程序的推广已进入中期阶段。在新疆地区现运行的十五个机场中，已分四个批次完成了其中十四个机场的PBN程序设计工作。由于疆内大多数支线机场不具备雷达监视条件且可用的地面导航设施较少，所以RNP1进离场和与之搭配的RNP APCH程序在疆内的应用最为广泛。
一、Baro-VNAV程序介绍
根据航空器在进近过程中是否具有方位引导和垂直引导通常可以将进近程序分为精密进近程序（PA）、非精密进近程序（NPA）以及介于两者之间的有垂直引导的进近程序（APV）。Baro-VNAV程序就属于基于特殊区域导航系统功能的具有垂直引导的进近程序（APV）。该系统向飞行员提供经计算的相对于特定垂直航径的垂直引导，通过两个航路点的气压高度或者通过单个航路点为基准的垂直航径角来计算确定的垂直剖面。
Baro-VNAV程序的水平导航精度与RNP APCH中的水平导航（LNAV）一致（如图1所示），因此Baro-VNAV程序需要和LNAV一起使用。LNAV程序中的FAF和MAPt用于确定Baro-VNAV程序保护区的水平范围，垂直方向的评估使用类似于ILS所用的障碍物评价面（OAS）。在确定运行标准时使用DA/H。
设计Baro-VNAV程序通常分为三个步骤：
首先确定垂直航径角（VPA）和最后进近面（FAS），其中APV航段与跑道中线延长线对正，包括着陆的最后下降段和复飞的起始、中间和最后阶段；
然后建立APV-OAS面，用于识别需要考虑的障碍物，APV-OAS的起点为最后进近点，终点为复飞等待点（MAHF）或复飞转弯点（MATF）中的较早者，包括最后进近面（FAS）、水平面、中间复飞面和最后复飞面；
最后根据穿透APV-OAS面的障碍物计算最低安全高。
二、温度对Baro-VNAV导航系统的影响
如前文所述，Baro-VNAV导航系统的垂直引导基于气压高度信息，因此会受到气压式高度表误差的影响。当大气温度高于标准数值时，航空器的实际下滑角将大于设计的VPA；当大气温度低于标准数值时，航空器的实际下滑角将小于设计的VPA。
式（4）中H为航段相对于高度表拨正值来源处的真高（通常为机场）；L0=0.0065°C/m或0.00198°C/ft；Hss为高度表拨正值来源处的高度（通常为机场标高）；tO=taerodrome+L0×Haerodrome（将机场温度修正至海平面温度）；taerodrome为机场温度；Haerodrome为机场标高。
由公式（3）可以看出其中的变量有H、tO及HSS，即不同的航段高（H）、不同的机场温度（tO）以及不同的机场标高对应着不同的Tcorr。在RNP APCH程序设计中的各航段，特别是最为关键的最后进近航段的实际进近梯度（角度）必然受到Tcorr的影响。
在特定机场的Baro-VNAV程序设计中，在机场标高及最后进近定位点高度确定的情况下，综合公式（2）、（4）可知，不同的VPA对应着不同的Tcorr，即不同的使用温度限制。以后文中的案例机场富蕴机场为例，该机场标高939.6米，最后进近定位点高度为1500米时，不同VPA情况下Baro-VNAV程序的使用温度限制如表1所示：
由表1数值可知，不同的VPA对应着不同的Baro-VNAV程序使用的低温和高温限制。当VPA从3.1°逐渐增加到3.5°时，程序使用的低温数值逐渐降低，高温数值也在逐渐降低。在Baro-VNAV程序设计过程中，当我们选取的某一VPA对应的低温和高温限制越接近该机场气象资料统计的低温和高温的极值时，Baro-VNAV程序在实际使用的过程中限制就越少；反之，Baro-VNAV程序在实际使用的过程中限制就越严重。
三、富蕴机场Baro-VNAV低温程序设计方案
（一）机场概况
富蕴县地处新疆北部阿勒泰地区，属大陆性寒温带干旱气候，气候的基本特点是：春旱多风，夏秋短暂，冬季寒冷而漫长，气温的年变化十分明显。据2005年至2014年气象统计资料显示，1月份最冷，平均温度在-21°C左右，极端最低温度可达-45°C以下；7月份最热，平均温度在25°C-26°C之间，极端最高温度可达41°C以上。富蕴机场（在建）位于阿勒泰山南麓，准格尔盆地北缘。机场东、北面为阿勒泰山山脉绵延坡地，东南面、南面及西面为开阔地带。
（二）Baro-VNAV程序设计方案的选定过程
由前文的分析可知，在低温状态下运行Baro-VNAV程序时，要求FAS面的角度不小于2.5°；而在高温状态下运行时，要求VPA不大于3.5°。富蕴机场在不同下滑角度下对应的温度限制区间如表2所示。
对于富蕴机场这样一个年气温跨度较大的机场而言，Baro-VNAV程序设计方案大致有以下两种选择：
（1）将最后进近航段的VPA选定为3°；
（2）将最后进近航段的VPA选定为3.1°或3.2°；
结合机场气象统计资料及表二数据可知，设计方案（1）能够确保Baro-VNAV程序在高温情况下的使用，但是该方案的低温限制温度仅为-26°C，远低于机场的低温极值，Baro-VNAV程序在该机场使用时低温限制会较为严重；设计方案（2）基本能够确保Baro-VNAV程序在高温情况下的使用且低温限制的数值更低，与机场温度统计资料的极值区间的符合度更好，相比方案（1）具有较为明显的优势。
但方案（2）也有一定的缺陷。首先，该方案的低温限制温度在-36°C左右，与机场气象资料统计的最低温度仍有差距，也就是说该方案在低温情况下运行时也会存在限用的情况；其次，该方案的高温限制虽与机场气象统计资料较为接近，但并不能实现百分之百的覆盖，且航空器在最后进近阶段以较大的下降角度下降时，在高温条件下，航空器的实际下降角度会比设定值要大，换言之，航空器的实际下降率会较大，甚至有可能超过某些机型在最后进近航段的下降率限制，危机飞行安全。
在综合分析了上述两个方案之后，笔者结合机场的实际情况及自己的程序设计经验提出了上述两个方案的综合方案，即为该机场设计两套Baro-VNAV进近程序，一套供正常情况下使用而另一套则为专门的低温程序。
（三）Baro-VNAV低温程序设计方案（以12号跑道为例）
富蕴机场12号跑道常规程序最后进近定位点的高度为1500米，VPA为3°，此时Baro-VNAV程序的使用温度区间为-26°C至56°C。
低温程序最后进近定位点的高度调整为1600米，VPA为3.5°，此时Baro-VNAV程序的使用温度区间为-48°C至8°C，但人为的将该套程序的使用温度限定为-48°C至-26°C。
在对12号跑道进行专门的Baro-VNAV低温程序设计后，综合图5及图6可知，12号跑道Baro-VNAV程序运行温度的限制区间为-48°C至56°C，该温度限制区间完全覆盖了机场温度统计资料的极值区间，Baro-VNAV程序的使用将不受限制。
四、结束语
综上所述，Baro-VNAV程序在地面导航设施的依赖程度、最后进近航迹対正、降低运行标准及提高机场利用率等方面相比传统程序有着较为明显的优势。但在新疆北部冬季严寒地区的实际运行中，Baro-VNAV程序易受运行最低温度的限制。本文以富蕴机场为例，分析了温度对Baro-VNAV程序的影响，并介绍了专门的Baro-VNAV低温飞行程序设计方法。除去上文的理论分析外，这一设计方案还需要通过后期专家评审、模拟机试飞及实地试飞等多种方式来验证该设计方案的科学性和实用性。
参考文献
【1】《航空器运行第Ⅱ卷—目视和仪表飞行程序设计DOC8168》
引言：基于性能导航技术（PBN）是国际民航组织（ICAO）在整合区域导航（RNAV）和所需性能导航（RNP）运行实践和技术标准的基础上，提出的新型运行概念。PBN概念包含三大部分内容，即导航设施、导航规范及导航应用。按《中国PBN实施路线图》的部署，目前基于性能导航（PBN）程序的推广已进入中期阶段。在新疆地区现运行的十五个机场中，已分四个批次完成了其中十四个机场的PBN程序设计工作。由于疆内大多数支线机场不具备雷达监视条件且可用的地面导航设施较少，所以RNP1进离场和与之搭配的RNP APCH程序在疆内的应用最为广泛。
一、Baro-VNAV程序介绍
根据航空器在进近过程中是否具有方位引导和垂直引导通常可以将进近程序分为精密进近程序（PA）、非精密进近程序（NPA）以及介于两者之间的有垂直引导的进近程序（APV）。Baro-VNAV程序就属于基于特殊区域导航系统功能的具有垂直引导的进近程序（APV）。该系统向飞行员提供经计算的相对于特定垂直航径的垂直引导，通过两个航路点的气压高度或者通过单个航路点为基准的垂直航径角来计算确定的垂直剖面。
Baro-VNAV程序的水平导航精度与RNP APCH中的水平导航（LNAV）一致（如图1所示），因此Baro-VNAV程序需要和LNAV一起使用。LNAV程序中的FAF和MAPt用于确定Baro-VNAV程序保护区的水平范围，垂直方向的评估使用类似于ILS所用的障碍物评价面（OAS）。在确定运行标准时使用DA/H。
设计Baro-VNAV程序通常分为三个步骤：
首先确定垂直航径角（VPA）和最后进近面（FAS），其中APV航段与跑道中线延长线对正，包括着陆的最后下降段和复飞的起始、中间和最后阶段；
然后建立APV-OAS面，用于识别需要考虑的障碍物，APV-OAS的起点为最后进近点，终点为复飞等待点（MAHF）或复飞转弯点（MATF）中的较早者，包括最后进近面（FAS）、水平面、中间复飞面和最后复飞面；
最后根据穿透APV-OAS面的障碍物计算最低安全高。
二、温度对Baro-VNAV导航系统的影响
如前文所述，Baro-VNAV导航系统的垂直引导基于气压高度信息，因此会受到气压式高度表误差的影响。当大气温度高于标准数值时，航空器的实际下滑角将大于设计的VPA；当大气温度低于标准数值时，航空器的实际下滑角将小于设计的VPA。
式（4）中H为航段相对于高度表拨正值来源处的真高（通常为机场）；L0=0.0065°C/m或0.00198°C/ft；Hss为高度表拨正值来源处的高度（通常为机场标高）；tO=taerodrome+L0×Haerodrome（将机场温度修正至海平面温度）；taerodrome为机场温度；Haerodrome为机场标高。
由公式（3）可以看出其中的变量有H、tO及HSS，即不同的航段高（H）、不同的机场温度（tO）以及不同的机场标高对应着不同的Tcorr。在RNP APCH程序设计中的各航段，特别是最为关键的最后进近航段的实际进近梯度（角度）必然受到Tcorr的影响。
在特定机场的Baro-VNAV程序设计中，在机场标高及最后进近定位点高度确定的情况下，综合公式（2）、（4）可知，不同的VPA对应着不同的Tcorr，即不同的使用温度限制。以后文中的案例机场富蕴机场为例，该机场标高939.6米，最后进近定位点高度为1500米时，不同VPA情况下Baro-VNAV程序的使用温度限制如表1所示：
由表1数值可知，不同的VPA对应着不同的Baro-VNAV程序使用的低温和高温限制。当VPA从3.1°逐渐增加到3.5°时，程序使用的低温数值逐渐降低，高温数值也在逐渐降低。在Baro-VNAV程序设计过程中，当我们选取的某一VPA对应的低温和高温限制越接近该机场气象资料统计的低温和高温的极值时，Baro-VNAV程序在实际使用的过程中限制就越少；反之，Baro-VNAV程序在实际使用的过程中限制就越严重。
三、富蕴机场Baro-VNAV低温程序设计方案
（一）机场概况
富蕴县地处新疆北部阿勒泰地区，属大陆性寒温带干旱气候，气候的基本特点是：春旱多风，夏秋短暂，冬季寒冷而漫长，气温的年变化十分明显。据2005年至2014年气象统计资料显示，1月份最冷，平均温度在-21°C左右，极端最低温度可达-45°C以下；7月份最热，平均温度在25°C-26°C之间，极端最高温度可达41°C以上。富蕴机场（在建）位于阿勒泰山南麓，准格尔盆地北缘。机场东、北面为阿勒泰山山脉绵延坡地，东南面、南面及西面为开阔地带。
（二）Baro-VNAV程序设计方案的选定过程
由前文的分析可知，在低温状态下运行Baro-VNAV程序时，要求FAS面的角度不小于2.5°；而在高温状态下运行时，要求VPA不大于3.5°。富蕴机场在不同下滑角度下对应的温度限制区间如表2所示。
对于富蕴机场这样一个年气温跨度较大的机场而言，Baro-VNAV程序设计方案大致有以下两种选择：
（1）将最后进近航段的VPA选定为3°；
（2）将最后进近航段的VPA选定为3.1°或3.2°；
结合机场气象统计资料及表二数据可知，设计方案（1）能够确保Baro-VNAV程序在高温情况下的使用，但是该方案的低温限制温度仅为-26°C，远低于机场的低温极值，Baro-VNAV程序在该机场使用时低温限制会较为严重；设计方案（2）基本能够确保Baro-VNAV程序在高温情况下的使用且低温限制的数值更低，与机场温度统计资料的极值区间的符合度更好，相比方案（1）具有较为明显的优势。
但方案（2）也有一定的缺陷。首先，该方案的低温限制温度在-36°C左右，与机场气象资料统计的最低温度仍有差距，也就是说该方案在低温情况下运行时也会存在限用的情况；其次，该方案的高温限制虽与机场气象统计资料较为接近，但并不能实现百分之百的覆盖，且航空器在最后进近阶段以较大的下降角度下降时，在高温条件下，航空器的实际下降角度会比设定值要大，换言之，航空器的实际下降率会较大，甚至有可能超过某些机型在最后进近航段的下降率限制，危机飞行安全。
在综合分析了上述两个方案之后，笔者结合机场的实际情况及自己的程序设计经验提出了上述两个方案的综合方案，即为该机场设计两套Baro-VNAV进近程序，一套供正常情况下使用而另一套则为专门的低温程序。
（三）Baro-VNAV低温程序设计方案（以12号跑道为例）
富蕴机场12号跑道常规程序最后进近定位点的高度为1500米，VPA为3°，此时Baro-VNAV程序的使用温度区间为-26°C至56°C。
低温程序最后进近定位点的高度调整为1600米，VPA为3.5°，此时Baro-VNAV程序的使用温度区间为-48°C至8°C，但人为的将该套程序的使用温度限定为-48°C至-26°C。
在对12号跑道进行专门的Baro-VNAV低温程序设计后，综合图5及图6可知，12号跑道Baro-VNAV程序运行温度的限制区间为-48°C至56°C，该温度限制区间完全覆盖了机场温度统计资料的极值区间，Baro-VNAV程序的使用将不受限制。
四、结束语
综上所述，Baro-VNAV程序在地面导航设施的依赖程度、最后进近航迹対正、降低运行标准及提高机场利用率等方面相比传统程序有着较为明显的优势。但在新疆北部冬季严寒地区的实际运行中，Baro-VNAV程序易受运行最低温度的限制。本文以富蕴机场为例，分析了温度对Baro-VNAV程序的影响，并介绍了专门的Baro-VNAV低温飞行程序设计方法。除去上文的理论分析外，这一设计方案还需要通过后期专家评审、模拟机试飞及实地试飞等多种方式来验证该设计方案的科学性和实用性。
参考文献
【1】《航空器运行第Ⅱ卷—目视和仪表飞行程序设计DOC8168》