Планирование полета — это процесс составления плана полета для описания предлагаемого полета самолета. Он включает в себя два критически важных аспекта с точки зрения безопасности: расчет топлива, чтобы гарантировать, что самолет может безопасно добраться до пункта назначения, и соблюдение требований управления воздушным движением , чтобы минимизировать риск столкновения в воздухе. Кроме того, планировщики полетов обычно стремятся минимизировать стоимость полета за счет соответствующего выбора маршрута, высоты и скорости, а также за счет загрузки на борт минимально необходимого топлива. Службы воздушного движения (ОВД) используют завершенный план полета для разделения воздушных судов в службах управления воздушным движением, включая отслеживание и поиск потерянных воздушных судов, во время поисково-спасательных операций (SAR).
Планирование полета требует точных прогнозов погоды, чтобы расчеты расхода топлива могли учитывать влияние на расход топлива встречного или попутного ветра и температуры воздуха. Правила безопасности требуют, чтобы самолет имел запас топлива, превышающий минимум, необходимый для полета из пункта отправления в пункт назначения, с учетом непредвиденных обстоятельств или перенаправления в другой аэропорт, если запланированный пункт назначения становится недоступным. Кроме того, под контролем органов управления воздушным движением воздушные суда, летающие в контролируемом воздушном пространстве , должны следовать заранее определенным маршрутам, известным как воздушные трассы (по крайней мере, там, где они были определены), даже если такие маршруты не так экономичны, как более прямой рейс. В пределах этих воздушных трасс самолеты должны поддерживать эшелоны полета , указанные высоты, обычно разделенные по вертикали 1000 или 2000 футов (300 или 610 м), в зависимости от маршрута полета и направления движения. Когда самолеты только с двумя двигателями летают на большие расстояния через океаны, пустыни или другие районы, где нет аэропортов, они должны соблюдать дополнительные правила безопасности ETOPS , чтобы гарантировать, что они смогут добраться до аварийного аэропорта в случае отказа одного двигателя.
Создание точного оптимизированного плана полета требует миллионов вычислений, поэтому коммерческие системы планирования полетов широко используют компьютеры (примерный неоптимизированный план полета можно создать с помощью E6B и карты примерно за час, но необходимо делать больше поправок на непредвиденные обстоятельства). обстоятельства). Когда компьютерное планирование полета заменило ручное планирование полетов через Северную Атлантику на восток, средний расход топлива сократился примерно на 450 кг (1000 фунтов) за полет, а среднее время полета сократилось примерно на 5 минут за полет. [1] Некоторые коммерческие авиакомпании имеют собственную внутреннюю систему планирования полетов, тогда как другие пользуются услугами внешних планировщиков.
Лицензированный полетный диспетчер или офицер по обеспечению полетов по закону обязан выполнять задачи по планированию полетов и наблюдению за полетами во многих коммерческих условиях эксплуатации (например, §121 FAR США, [2] канадские правила). Эти правила различаются в зависимости от страны, но все больше и больше стран требуют от своих авиакомпаний нанимать такой персонал.
Системе планирования полета может потребоваться создать более одного плана полета для одного полета:
Основная цель системы планирования полета - рассчитать, сколько топлива потребуется в процессе аэронавигации воздушному судну при полете из аэропорта отправления в аэропорт назначения. Самолет также должен иметь запас топлива на случай непредвиденных обстоятельств, таких как неточный прогноз погоды или диспетчерская служба воздушного движения, требующая, чтобы самолет летел на высоте ниже оптимальной из-за перегруженности авиалиний, или добавления пассажиров в последнюю минуту. вес которого не был учтен при составлении плана полета. Способ определения запаса топлива сильно различается в зависимости от авиакомпании и местности. Наиболее распространенными методами являются:
За исключением некоторых внутренних рейсов США, в плане полета обычно указывается как запасной аэропорт, так и аэропорт назначения. Запасной аэропорт предназначен для использования в случае, если аэропорт назначения станет непригодным для использования во время выполнения рейса (из-за погодных условий, забастовки, крушения, террористической деятельности и т. д.). Это означает, что когда самолет приближается к аэропорту назначения, у него все еще должно быть достаточно запасного топлива и запасного запаса для полета в запасной аэропорт. Поскольку самолет не ожидается в запасном аэропорту, у него также должно быть достаточно топлива, чтобы некоторое время (обычно 30 минут) кружить возле запасного аэропорта, пока не будет найдено место для посадки . Внутренние рейсы США не обязаны иметь достаточно топлива для следования в запасной аэропорт, если прогнозируется, что погода в пункте назначения будет лучше, чем потолки в 2000 футов (610 м) и видимость в 3 статутные мили; однако 45-минутный запас при нормальной крейсерской скорости все еще применяется.
Часто считается хорошей идеей разместить запасной вариант на некотором расстоянии от пункта назначения (например, 185 км (100 миль; 115 миль)), чтобы плохая погода вряд ли привела к закрытию как пункта назначения, так и запасного; Расстояния до 960 километров (520 миль; 600 миль) известны. В некоторых случаях аэропорт назначения может быть настолько удаленным (например, остров в Тихом океане), что альтернативного аэропорта не существует; в такой ситуации авиакомпания может вместо этого заложить достаточно топлива для двухчасового полета рядом с пунктом назначения в надежде, что аэропорт снова станет доступным в течение этого времени.
Между двумя аэропортами часто существует более одного возможного маршрута. С учетом требований безопасности коммерческие авиакомпании обычно стремятся минимизировать затраты за счет соответствующего выбора маршрута, скорости и высоты.
Весам, связанным с воздушным судном, и/или общему весу воздушного судна на различных этапах даются различные названия.
Когда двухмоторные самолеты летят через океаны, пустыни и т.п., маршрут необходимо тщательно планировать, чтобы самолет всегда мог добраться до аэропорта, даже если один из двигателей выйдет из строя. Применимые правила известны как ETOPS (ExTended range OPerationS). Общая надежность конкретного типа самолета и его двигателей, а также качество технического обслуживания авиакомпании учитываются при определении продолжительности полета такого самолета с одним работающим двигателем (обычно 1–3 часа).
Системы планирования полета должны быть в состоянии справиться с воздушными судами, летящими ниже уровня моря, что часто приводит к отрицательной высоте. Например, амстердамский аэропорт Схипхол имеет высоту −3 метра. Поверхность Мертвого моря находится на 417 метров ниже уровня моря, поэтому полеты на малых высотах в этом районе могут проходить значительно ниже уровня моря. [3]
В планах полетов используются метрические и неметрические единицы измерения. Конкретные используемые единицы могут различаться в зависимости от самолета, авиакомпании и местоположения во время полета.
С 1979 года [4] Международная организация гражданской авиации (ИКАО) рекомендовала унификацию единиц измерения в авиации на основе Международной системы единиц (СИ). [5] С 2010 года ИКАО рекомендует использовать: [6]
Однако дата окончания завершения метрики не установлена. [7] Хотя технически единицы СИ являются предпочтительными, в коммерческой авиации все еще широко используются различные единицы, не входящие в систему СИ:
Расстояния почти всегда измеряются в морских милях , рассчитанных на высоте 32 000 футов (9 800 м), что компенсируется тем фактом, что Земля представляет собой сплюснутый сфероид , а не идеальную сферу . На авиационных картах расстояния всегда округляются до ближайшей морской мили, и именно эти расстояния указаны на плане полета. Системам планирования полета может потребоваться использовать неокругленные значения в своих внутренних расчетах для повышения точности.
Измерение топлива будет различаться в зависимости от датчиков, установленных на конкретном самолете. Самая распространенная единица измерения топлива — килограммы; другие возможные меры включают фунты, галлоны Великобритании, галлоны США и литры. Когда топливо измеряется по весу, при проверке емкости бака учитывается удельный вес используемого топлива.
Был по крайней мере один случай , когда у самолета закончилось топливо из-за ошибки при преобразовании килограммов в фунты. В данном конкретном случае летному экипажу удалось планировать на ближайшую взлетно-посадочную полосу и благополучно приземлиться (взлетно-посадочная полоса была одной из двух в бывшем аэропорту, которая тогда использовалась в качестве драгстрипа ).
Многие авиакомпании просят округлять количество топлива до числа, кратного 10 или 100 единицам. Это может вызвать некоторые интересные проблемы с округлением, особенно когда используются промежуточные итоги. Вопросы безопасности также необходимо учитывать при принятии решения о округлении в большую или меньшую сторону. [ нужна цитата ]
Высота самолета определяется с помощью барометрического высотомера ( подробнее см. В эшелоне полета ). Таким образом, указанные здесь высоты являются номинальными высотами при стандартных условиях температуры и давления, а не фактической высотой. Все самолеты, работающие на эшелонах полета, калибруют высотомеры по одной и той же стандартной настройке независимо от фактического давления на уровне моря, поэтому риск столкновения невелик.
В большинстве [ каких? ] областях высота указывается как кратная 100 футам (30 м), т.е. A025 номинально равна 2500 футам (760 м). При движении на больших высотах самолеты используют эшелоны полета (FL). Эшелоны полета — это высота, скорректированная и откалиброванная по Международной стандартной атмосфере (ISA). Они выражаются в виде трехзначной группы, например, FL320 составляет 32 000 футов (9 800 м) по ISA.
В большинстве районов вертикальное расстояние между самолетами составляет 1000 или 2000 футов (300 или 610 м).
В России, Китае и некоторых соседних регионах высота измеряется в метрах. Вертикальное расстояние между самолетами составляет 300 или 600 метров (примерно на 1,6% меньше, чем 1000 или 2000 футов).
До 1999 года вертикальное расстояние между самолетами, летевшими на больших высотах по одной и той же воздушной трассе, составляло 2000 футов (610 м). С тех пор во всем мире происходит поэтапное введение сокращенного минимума вертикального эшелонирования (RVSM). Это сокращает вертикальное разделение до 1000 футов (300 м) между эшелонами полета 290 и 410 (точные пределы немного различаются от места к месту). Поскольку большинство реактивных самолетов летают между этими высотами, эта мера фактически удваивает доступную пропускную способность воздушных трасс. Чтобы использовать RVSM, самолеты должны иметь сертифицированные высотомеры, а автопилоты должны соответствовать более точным стандартам. [ нужна цитата ]
Самолеты, летающие на более низких высотах, обычно используют узлы в качестве основной единицы скорости, в то время как самолеты с более высокими высотами (выше высоты перехода Маха) обычно используют число Маха в качестве основной единицы скорости, хотя планы полета часто также включают эквивалентную скорость в узлах (преобразование включает поправку на температуру и высоту). В плане полета число Маха «Точка 82» означает, что самолет движется со скоростью 0,820 (82%) скорости звука .
Широкое использование систем глобального позиционирования (GPS) позволяет навигационным системам кабины более или менее напрямую определять скорость воздуха и скорость относительно земли .
Другой метод определения скорости и положения — инерциальная навигационная система (ИНС), которая отслеживает ускорение автомобиля с помощью гироскопов и линейных акселерометров; эта информация затем может быть интегрирована во времени для получения скорости и положения, при условии, что INS была правильно откалибрована перед вылетом. INS присутствует в гражданской авиации уже несколько десятилетий и в основном используется на средних и крупных самолетах, поскольку система довольно сложна. [ нужна цитата ]
Если ни GPS, ни INS не используются, для получения информации о скорости необходимо выполнить следующие действия:
Вес самолета чаще всего измеряется в килограммах, но иногда может измеряться и в фунтах, особенно если указатели уровня топлива откалиброваны в фунтах или галлонах. Многие авиакомпании требуют округления веса до кратного 10 или 100 единиц. При округлении требуется большая осторожность, чтобы не превысить физические ограничения.
При неофициальном разговоре о плане полета примерный вес топлива и/или самолета может указываться в тоннах . Эта «тонна» обычно представляет собой либо метрическую тонну , либо британскую длинную тонну , которые отличаются менее чем на 2%, либо короткую тонну , что примерно на 10% меньше.
Маршрут — это описание пути, по которому следует воздушное судно при перелете между аэропортами. Большинство коммерческих рейсов летают из одного аэропорта в другой, но частные самолеты, коммерческие экскурсионные самолеты и военные самолеты могут совершать круговые рейсы или полеты туда и обратно и приземляться в том же аэропорту, из которого они вылетели.
Самолеты летают по воздушным трассам под руководством диспетчерской службы. Воздушная трасса не имеет физического существования, ее можно рассматривать как автомагистраль в небе. На обычной автомагистрали автомобили используют разные полосы движения, чтобы избежать столкновений, а на воздушной трассе самолеты летают на разных эшелонах полета, чтобы избежать столкновений. Часто можно увидеть самолеты, проходящие прямо над или под вашим собственным. Таблицы, показывающие дыхательные пути, публикуются и обычно обновляются каждые 4 недели, что совпадает с циклом AIRAC. AIRAC (Регулирование и контроль аэронавигационной информации) проводится каждый четвертый четверг, когда каждая страна публикует свои изменения, которые обычно касаются авиалиний.
Каждая воздушная трасса начинается и заканчивается в определенной путевой точке , а также может содержать несколько промежуточных путевых точек. Путевые точки используют пять букв (например, PILOX), а те, которые служат ненаправленными маяками, используют три или две буквы (TNN, WK). Воздушные трассы могут пересекаться или соединяться в путевой точке, поэтому в таких точках самолет может переходить с одной воздушной трассы на другую. Полный маршрут между аэропортами часто использует несколько воздушных трасс. Если между двумя точками нет подходящей воздушной трассы и использование воздушных трасс приведет к созданию несколько окольного маршрута, авиадиспетчерская служба может разрешить прямой маршрут от одной точки к другой, при котором не используется воздушная трасса (часто обозначаемая в планах полета как «DCT»). ").
Большинство путевых точек классифицируются как точки обязательной отчетности ; то есть пилот (или бортовая система управления полетом ) сообщает о положении самолета диспетчерской службе воздушного движения, когда самолет проходит точку маршрута. Существует два основных типа путевых точек:
Обратите внимание, что воздушные трассы не связаны напрямую с аэропортами.
Специальные маршруты, известные как океанские пути, используются через некоторые океаны, главным образом в Северном полушарии, для увеличения пропускной способности загруженных маршрутов. В отличие от обычных воздушных трасс, которые меняются нечасто, океанские маршруты меняются дважды в день, чтобы воспользоваться благоприятными ветрами. Полеты, идущие по реактивному течению, могут быть на час короче, чем те, которые идут против него. Океанские пути могут начинаться и заканчиваться примерно в 100 милях от берега в названных путевых точках, к которым соединяется ряд воздушных трасс. Трассы через северные океаны подходят для полетов с востока на запад или с запада на восток, которые составляют основную часть трафика в этих районах.
Существует несколько способов построения маршрута. Во всех сценариях с использованием воздушных трасс для вылета и прибытия используются SID и STAR. Любое упоминание о воздушных путях может включать очень небольшое количество «прямых» сегментов, чтобы учесть ситуации, когда нет удобных соединений воздушных путей. В некоторых случаях на выбор маршрута могут влиять политические соображения (например, самолеты одной страны не могут пролетать над другой страной).
Даже в зоне, свободной от полетов, авиадиспетчерская служба по-прежнему требует донесения о местоположении примерно раз в час. Системы планирования полетов организуют это, вставляя географические путевые точки через подходящие промежутки времени. Для реактивного самолета эти интервалы составляют 10 градусов долготы для полетов в восточном или западном направлении и 5 градусов широты для полетов в северном или южном направлении. В зонах свободного полета коммерческие самолеты обычно следуют маршруту с наименьшим временем , чтобы использовать как можно меньше времени и топлива. Маршрут большого круга будет иметь самое короткое расстояние по земле, но вряд ли будет иметь самое короткое расстояние по воздуху из-за влияния встречного или попутного ветра. Системе планирования полета, возможно, придется провести значительный анализ, чтобы определить хороший маршрут свободного полета.
Расчет потребности в топливе (особенно в путевом и резервном топливе) является наиболее важным с точки зрения безопасности аспектом планирования полета. Этот расчет несколько сложен:
Расчет топлива должен учитывать множество факторов.
Вес топлива составляет значительную часть общего веса самолета, поэтому при любом расчете топлива необходимо учитывать вес еще не сгоревшего топлива. Вместо того, чтобы пытаться спрогнозировать запас еще не израсходованного топлива, система планирования полета может справиться с этой ситуацией, действуя в обратном направлении по маршруту, начиная с альтернативного маршрута, возвращаясь к пункту назначения, а затем возвращаясь от точки за точкой к исходной точке.
Более подробная схема расчета приведена ниже. Обычно требуется несколько (возможно, много) итераций либо для расчета взаимозависимых значений, таких как резервное топливо и топливо для рейса, либо для того, чтобы справиться с ситуациями, когда некоторые физические ограничения были превышены. В последнем случае обычно приходится уменьшать полезную нагрузку (меньше груза или меньше пассажиров). Некоторые системы планирования полета используют сложные системы приближенных уравнений для одновременной оценки всех необходимых изменений; это может значительно сократить количество необходимых итераций.
Альтернативный подход к расчету топлива заключается в расчете альтернативного и запасного топлива, как указано выше, и получении некоторой оценки общей потребности в топливе для полета либо на основе предыдущего опыта работы с этим маршрутом и типом воздушного судна, либо с использованием некоторой приблизительной формулы; ни один из методов не может в значительной степени учитывать погоду. Затем расчет можно продолжить по маршруту, точка за точкой. По прибытии в пункт назначения фактический расход топлива можно сравнить с расчетным расходом топлива, сделать более точную оценку и при необходимости повторить расчет.
Коммерческие авиакомпании обычно стремятся максимально снизить стоимость полета. На стоимость влияют три основных фактора:
Разные авиакомпании имеют разные взгляды на то, что представляет собой рейс с наименьшей стоимостью:
Для любого заданного маршрута система планирования полета может снизить затраты, находя наиболее экономичную скорость на любой заданной высоте и находя лучшую(ые) высоту(ы) для использования на основе прогнозируемой погоды . Такая локальная оптимизация может выполняться для каждой путевой точки.
Коммерческие авиакомпании не хотят, чтобы самолет слишком часто менял высоту (помимо прочего, это может затруднить подачу еды бортпроводникам), поэтому они часто указывают некоторое минимальное время между изменениями эшелона полета, связанными с оптимизацией. Чтобы справиться с такими требованиями, система планирования полета должна быть способна к нелокальной оптимизации высоты, одновременно принимая во внимание несколько путевых точек, а также затраты на топливо для любых коротких наборов высоты, которые могут потребоваться.
Когда существует более одного возможного маршрута между аэропортами отправления и назначения, задача, стоящая перед системой планирования полетов, усложняется, поскольку теперь ей приходится учитывать множество маршрутов, чтобы найти наилучший доступный маршрут. Во многих ситуациях существуют десятки или даже сотни возможных маршрутов, а в некоторых ситуациях возможно более 25 000 возможных маршрутов (например, из Лондона в Нью-Йорк со свободным полетом ниже рельсовой системы). Объем расчетов, необходимых для составления точного плана полета, настолько значителен, что невозможно подробно изучить все возможные маршруты. Система планирования полета должна иметь какой-то быстрый способ сократить количество возможностей до управляемого числа, прежде чем приступать к детальному анализу.
С точки зрения бухгалтера , предоставление резервного топлива стоит денег (топливо, необходимое для перевозки, как мы надеемся, неиспользованного резервного топлива). Были разработаны методы, известные как процедура повторной очистки , повторной отправки или процедуры принятия решения , которые могут значительно сократить количество необходимого резервного топлива, сохраняя при этом все необходимые стандарты безопасности . Эти методы основаны на наличии определенного промежуточного аэропорта, в который рейс может измениться в случае необходимости; [2] на практике такие утечки встречаются редко. Использование таких технологий позволяет сэкономить несколько тонн топлива при длительных перелетах или на такую же величину увеличить перевозимую полезную нагрузку. [8]
Повторный план полета имеет два пункта назначения. Аэропорт конечного назначения — это то место, куда на самом деле направляется рейс, а аэропорт начального назначения — это то место, куда полет перенаправится, если в начале полета будет израсходовано больше топлива, чем ожидалось. Точка пути, в которой принимается решение о том, к какому пункту назначения идти, называется повторной фиксацией или точкой принятия решения . Достигнув этой точки маршрута, летный экипаж сравнивает фактический и прогнозируемый расход топлива и проверяет, сколько имеется резервного топлива. Если имеется достаточный запас топлива, то полет можно продолжить до аэропорта конечного назначения; в противном случае воздушное судно должно перейти в аэропорт первоначального назначения.
Начальный пункт назначения расположен таким образом, что для полета из пункта отправления в начальный пункт назначения требуется меньше резервного топлива, чем для полета из пункта отправления в конечный пункт назначения. В нормальных обстоятельствах резервное топливо практически не используется, поэтому, когда самолет достигает контрольной точки повторного сброса, на его борту все еще остается (почти) все исходное резервное топливо, которого достаточно для покрытия полета от контрольной точки повторного сброса до контрольной точки. конечный пункт назначения.
Идея повторных полетов была впервые опубликована в книге Boeing Airliner (1977) инженерами Boeing Дэвидом Артуром и Гэри Роузом. [8] Оригинальная статья содержит множество магических чисел , касающихся оптимального положения повторного исправления и так далее. Эти цифры применимы только к конкретному рассматриваемому типу самолетов, для определенного процента резерва и не учитывают влияние погоды. Экономия топлива за счет переочистки зависит от трех факторов:
Несмотря на все усилия по оптимизации планов полетов, существуют определенные обстоятельства, при которых выгодно представлять неоптимальные планы. В загруженном воздушном пространстве с большим количеством конкурирующих самолетов оптимальные маршруты и предпочтительные высоты могут быть превышены. Эта проблема может усугубляться в периоды занятости, например, когда все хотят прибыть в аэропорт, как только он откроется. Если все самолеты представят оптимальные планы полета, то во избежание перегрузки авиадиспетчерская служба может отказать в разрешении на выполнение некоторых планов полета или задержать выделенные слоты для взлета. Чтобы избежать этого, можно составить неоптимальный план полета, требуя неэффективно низкой высоты или более длинного и менее перегруженного маршрута. [9]
В воздухе часть работы пилота состоит в том, чтобы летать как можно эффективнее, чтобы затем он/она мог попытаться убедить авиадиспетчерскую службу разрешить им лететь ближе к оптимальному маршруту. Это может включать в себя запрос на более высокий эшелон полета, чем предусмотрено в плане, или запрос на более прямой маршрут. Если контролер не дает немедленного согласия, можно время от времени отправлять повторный запрос, пока он не уступит. В качестве альтернативы, если в этом районе сообщалось о плохой погоде, пилот может запросить набор высоты или разворот, чтобы избежать непогоды.
Даже если пилоту не удастся вернуться на оптимальный маршрут, выгоды от разрешения на полет могут значительно перевесить затраты на неоптимальный маршрут.
Хотя полеты по ПВП часто не требуют подачи плана полета, определенный объем планирования полета остается необходимым . Капитан должен убедиться, что на борту будет достаточно топлива для путешествия и достаточный запас топлива на непредвиденные обстоятельства. Вес и центр тяжести должны оставаться в допустимых пределах в течение всего полета. Капитан должен подготовить альтернативный план полета на случай, если приземление в исходном пункте назначения невозможно.
В Канаде , однако, правила гласят, что «... ни один командир воздушного судна не может управлять воздушным судном по ПВП, если не предоставлен план полета по ПВП или маршрут полета по ПВП, за исключением случаев, когда полет выполняется в пределах 25 морских миль от аэродром вылета». [10]
Помимо различных мер по снижению затрат, упомянутых выше, системы планирования полетов могут предлагать дополнительные функции, которые помогут привлечь и удержать клиентов:
REDISPATCH для экономии топлива и увеличения полезной нагрузки