Планирование полета — это процесс создания плана полета для описания предлагаемого полета самолета. Он включает в себя два критически важных для безопасности аспекта: расчет топлива, чтобы гарантировать, что самолет может безопасно достичь пункта назначения, и соблюдение требований управления воздушным движением , чтобы минимизировать риск столкновения в воздухе. Кроме того, планировщики полета обычно хотят минимизировать стоимость полета за счет соответствующего выбора маршрута, высоты и скорости, а также путем загрузки минимально необходимого топлива на борт. Службы воздушного движения (ATS) используют завершенный план полета для разделения самолетов в службах управления воздушным движением, включая отслеживание и поиск потерянных самолетов во время поисково-спасательных (SAR) миссий.
Планирование полетов требует точных прогнозов погоды, чтобы расчеты расхода топлива могли учитывать влияние встречного или попутного ветра и температуры воздуха на расход топлива. Правила безопасности требуют, чтобы самолеты имели запас топлива сверх минимума, необходимого для полета из пункта отправления в пункт назначения, с учетом непредвиденных обстоятельств или отклонения от маршрута в другой аэропорт, если запланированный пункт назначения становится недоступным. Кроме того, под наблюдением службы управления воздушным движением самолеты, летящие 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 летят на большие расстояния через океаны, пустыни или другие районы без аэропортов, они должны соответствовать дополнительным правилам 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 (приблизительный неоптимизированный план полета может быть создан с использованием E6B и карты примерно за час, но необходимо сделать больше поправок на непредвиденные обстоятельства). Когда компьютерное планирование полетов заменило ручное планирование полетов для рейсов в восточном направлении через Северную Атлантику, средний расход топлива сократился примерно на 450 кг (1000 фунтов) на полет, а среднее время полета сократилось примерно на 5 минут на полет. [1] Некоторые коммерческие авиакомпании имеют собственную внутреннюю систему планирования полетов, в то время как другие пользуются услугами внешних планировщиков.
Лицензированный диспетчер полетов или офицер по управлению полетами обязаны по закону выполнять задачи по планированию полетов и наблюдению за полетами во многих коммерческих операционных средах (например, US FAR §121, [2] канадские правила). Эти правила различаются в зависимости от страны, но все больше стран требуют от своих авиакомпаний нанимать такой персонал.
Системе планирования полетов может потребоваться создание более одного плана полета для одного полета:
Основная цель системы планирования полетов — рассчитать, сколько топлива необходимо для полета в процессе аэронавигации самолета при полете из аэропорта отправления в аэропорт назначения. Самолет также должен иметь некоторый резерв топлива на случай непредвиденных обстоятельств, таких как неточный прогноз погоды или требование управления воздушным движением о полете на высоте ниже оптимальной из-за загруженности воздушных трасс или добавления в последнюю минуту пассажиров, вес которых не был учтен при составлении плана полета. Способ определения резерва топлива сильно различается в зависимости от авиакомпании и местности. Наиболее распространенными методами являются:
За исключением некоторых внутренних рейсов США, план полета обычно включает запасной аэропорт, а также аэропорт назначения. Запасной аэропорт используется в случае, если аэропорт назначения станет непригодным для использования во время полета (из-за погодных условий, забастовки, крушения, террористической активности и т. д.). Это означает, что когда самолет приближается к аэропорту назначения, у него все еще должно быть достаточно запасного топлива и запасного резерва, чтобы лететь в запасной аэропорт. Поскольку самолет не ожидается в запасном аэропорту, у него также должно быть достаточно запасного топлива , чтобы кружить некоторое время (обычно 30 минут) около запасного аэропорта, пока не будет найдено место для посадки . Внутренние рейсы США не обязаны иметь достаточно топлива, чтобы следовать в запасной аэропорт, если прогнозируется, что погода в пункте назначения будет лучше, чем 2000 футов (610 м) потолка и 3 статутных мили видимости; однако 45-минутный резерв при нормальной крейсерской скорости все еще применяется.
Часто считается хорошей идеей иметь запасной аэропорт на некотором расстоянии от пункта назначения (например, 185 км (100 морских миль; 115 миль)), чтобы плохая погода вряд ли закрыла и пункт назначения, и запасной; расстояния до 960 километров (520 морских миль; 600 миль) не являются неизвестными. В некоторых случаях аэропорт назначения может быть настолько удаленным (например, остров в Тихом океане), что нет подходящего запасного аэропорта; в такой ситуации авиакомпания может вместо этого включить достаточно топлива, чтобы кружить в течение 2 часов около пункта назначения, в надежде, что аэропорт снова станет доступен в течение этого времени.
Часто между двумя аэропортами существует более одного возможного маршрута. В соответствии с требованиями безопасности коммерческие авиалинии обычно стремятся минимизировать расходы путем соответствующего выбора маршрута, скорости и высоты.
Весам, связанным с самолетом, и/или общему весу самолета на разных этапах даются различные названия.
Когда двухмоторные самолеты перелетают через океаны, пустыни и т. п., маршрут должен быть тщательно спланирован, чтобы самолет всегда мог достичь аэропорта, даже если один двигатель откажет. Применимые правила известны как ETOPS (ExTended range OPerationS). Общая надежность конкретного типа самолета и его двигателей, а также качество технического обслуживания авиакомпании учитываются при указании того, как долго такой самолет может лететь только с одним работающим двигателем (обычно 1–3 часа).
Системы планирования полетов должны быть способны справляться с самолетами, летящими ниже уровня моря, что часто приводит к отрицательной высоте. Например, аэропорт Амстердама Схипхол имеет высоту −3 метра. Поверхность Мертвого моря находится на 417 метров ниже уровня моря, поэтому полеты на малых высотах в этом районе могут быть значительно ниже уровня моря. [3]
Планы полетов смешивают метрические и неметрические единицы измерения. Конкретные используемые единицы могут различаться в зависимости от самолета, авиакомпании и местоположения в полете.
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 метрической системы не установлена. [7] Хотя единицы СИ технически предпочтительны, различные не-СИ единицы по-прежнему широко используются в коммерческой авиации:
Расстояния почти всегда измеряются в морских милях [ требуется ссылка ] , рассчитанных на высоте 32 000 футов (9 800 м), с учетом того, что Земля представляет собой сплющенный сфероид, а не идеальную сферу. Авиационные карты всегда показывают расстояния округленными до ближайшей морской мили, и именно эти расстояния показаны в плане полета. Системам планирования полетов может потребоваться использовать неокругленные значения в своих внутренних расчетах для повышения точности.
Измерение топлива будет различаться в зависимости от датчиков, установленных на конкретном самолете. Наиболее распространенной [ требуется ссылка ] единицей измерения топлива являются килограммы; другие возможные меры включают фунты, галлоны Великобритании, галлоны США и литры. Когда топливо измеряется по весу, удельный вес используемого топлива учитывается при проверке емкости бака.
Был как минимум один случай , когда у самолета закончилось топливо из-за ошибки в переводе килограммов в фунты. В этом конкретном случае экипажу удалось спланировать на ближайшую взлетно-посадочную полосу и благополучно приземлиться (взлетно-посадочная полоса была одной из двух в бывшем аэропорту, который тогда использовался как дрэг-стрип ).
Многие авиакомпании требуют округлять количество топлива до кратного 10 или 100 единиц. Это может вызвать некоторые интересные проблемы округления, особенно когда речь идет о промежуточных итогах. Вопросы безопасности также должны учитываться при принятии решения об округлении вверх или вниз. [ необходима цитата ]
Высота самолета основана на использовании барометрического высотомера (см. уровень полета для более подробной информации). Таким образом, приведенные здесь высоты являются номинальными высотами при стандартных условиях температуры и давления, а не фактическими высотами. 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 минимален.
В большинстве [ каких? ] областей высота указывается как кратное 100 футам (30 м), то есть A025 номинально составляет 2500 футов (760 м). При полете на больших высотах самолеты принимают эшелоны полета (FL). Эшелоны полета — это высоты, скорректированные и откалиброванные относительно Международной стандартной атмосферы (ISA). Они выражаются в виде трехзначной группы, например, FL320 составляет 32 000 футов (9 800 м) 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 разделение между самолетами составляет либо 300 метров, либо 600 метров (примерно 1,6% меньше, чем 1000 или 2000 футов).
До 1999 года вертикальное разделение между самолетами, летящими на больших высотах по одной и той же воздушной трассе, составляло 2000 футов (610 м). С тех пор во всем мире поэтапно вводился сокращенный минимум вертикального разделения (RVSM). Это сокращает вертикальное разделение до 1000 футов (300 м) между эшелонами полета 290 и 410 (точные пределы немного различаются в зависимости от места). Поскольку большинство реактивных самолетов летают между этими высотами, эта мера фактически удваивает доступную пропускную способность воздушной трассы. Для использования RVSM самолеты должны иметь сертифицированные высотомеры, а автопилоты должны соответствовать более точным стандартам. [ необходима цитата ]
Самолеты, летящие на более низких высотах, обычно используют узлы в качестве основной единицы скорости, в то время как самолеты, летящие выше (выше высоты пересечения числа Маха), обычно используют число Маха в качестве основной единицы скорости, хотя планы полета часто включают эквивалентную скорость в узлах (преобразование включает поправку на температуру и высоту). В плане полета число Маха «Point 82» означает, что самолет движется со скоростью 0,820 (82%) от скорости звука .
Широкое использование глобальных систем позиционирования (GPS) позволяет бортовым навигационным системам более или менее точно определять воздушную и путевую скорость .
Другим методом получения скорости и положения является инерциальная навигационная система (ИНС), которая отслеживает ускорение транспортного средства с помощью гироскопов и линейных акселерометров; эта информация затем может быть интегрирована во времени для получения скорости и положения, при условии, что ИНС была должным образом откалибрована перед вылетом. ИНС присутствует в гражданской авиации в течение нескольких десятилетий и в основном используется в средних и больших самолетах, поскольку система довольно сложна. [ необходима цитата ]
Если ни GPS, ни INS не используются, для получения информации о скорости необходимо выполнить следующие шаги:
Вес самолета чаще всего измеряется в килограммах, но иногда может измеряться в фунтах, особенно если указатели уровня топлива откалиброваны в фунтах или галлонах. Многие авиакомпании требуют округлять вес до кратных 10 или 100 единиц. При округлении необходимо проявлять особую осторожность, чтобы не превышать физические ограничения.
При неформальном обсуждении плана полета приблизительный вес топлива и/или самолета может быть указан в тоннах . Эта «тонна» обычно представляет собой либо метрическую тонну , либо британскую длинную тонну , которые отличаются менее чем на 2%, либо короткую тонну , которая примерно на 10% меньше.
Маршрут — это описание пути, по которому следует самолет при перелете между аэропортами. Большинство коммерческих рейсов будут следовать из одного аэропорта в другой, но частные самолеты, коммерческие экскурсионные туры и военные самолеты могут совершать круговые или обратные рейсы и приземляться в том же аэропорту, из которого они взлетели.
Воздушные суда летают по воздушным трассам под руководством службы управления воздушным движением. Воздушная трасса не имеет физического существования, но может рассматриваться как автомагистраль в небе. На обычной автомагистрали автомобили используют разные полосы, чтобы избежать столкновений, в то время как на воздушной трассе самолеты летают на разных эшелонах полета, чтобы избежать столкновений. Часто можно увидеть самолеты, пролетающие прямо над или под вашим собственным. Карты, показывающие воздушные трассы, 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 воздушных трасс.
Каждая воздушная трасса начинается и заканчивается в точке маршрута и может также содержать несколько промежуточных точек маршрута. Точки маршрута используют пять букв (например, PILOX), а те, которые дублируют ненаправленные маяки, используют три или две (TNN, WK). Воздушные трассы могут пересекаться или соединяться в точке маршрута, поэтому самолет может переходить с одной воздушной трассы на другую в таких точках. Полный маршрут между аэропортами часто использует несколько воздушных трасс. Если между двумя точками маршрута нет подходящей воздушной трассы, а использование воздушных трасс приведет к некоторому окольному маршруту, управление воздушным движением может разрешить прямой маршрут от точки маршрута до точки маршрута, который не использует воздушную трассу (часто сокращенно в планах полета «DCT»).
Большинство точек маршрута классифицируются как обязательные отчетные точки ; то есть пилот (или бортовая система управления полетом ) сообщает о местоположении самолета службе управления воздушным движением, когда самолет проходит точку маршрута. Существует два основных типа точек маршрута:
Обратите внимание, что воздушные линии не связаны напрямую с аэропортами.
Специальные маршруты, известные как океанские пути , используются через некоторые океаны, в основном в Северном полушарии, для увеличения пропускной способности на загруженных маршрутах. В отличие от обычных воздушных трасс, которые меняются нечасто, океанские пути меняются дважды в день, чтобы воспользоваться благоприятными ветрами. Рейсы, идущие по струйному 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 точках маршрута, с которыми соединяется ряд воздушных путей. Пути через северные океаны подходят для рейсов с востока на запад или с запада на восток, которые составляют большую часть трафика в этих областях.
Существует несколько способов построения маршрута. Все сценарии с использованием воздушных трасс используют SID и STAR для отправления и прибытия. Любое упоминание воздушных трасс может включать очень небольшое количество «прямых» сегментов, чтобы учесть ситуации, когда нет удобных стыков воздушных трасс. В некоторых случаях на выбор маршрута могут влиять политические соображения (например, самолет из одной страны не может пролететь над какой-то другой страной).
Даже в зоне свободного полета управление воздушным движением все еще требует отчета о местоположении примерно раз в час. Системы планирования полетов организуют это, вставляя географические точки маршрута с подходящими интервалами. Для реактивного самолета эти интервалы составляют 10 градусов долготы для рейсов в восточном или западном направлении и 5 градусов широты для рейсов в северном или южном направлении. В зонах свободного полета коммерческие самолеты обычно следуют по маршруту с наименьшим временем , чтобы использовать как можно меньше времени и топлива. Маршрут по дуге большого круга будет иметь наименьшее расстояние по земле, но вряд ли будет иметь наименьшее расстояние по воздуху из-за влияния встречного или попутного ветра. Системе планирования полетов может потребоваться выполнить значительный анализ, чтобы определить хороший маршрут свободного полета.
Расчет потребности в топливе (особенно в топливе для полета и резервном топливе) является наиболее критически важным аспектом безопасности планирования полета. Этот расчет довольно сложен:
При расчете расхода топлива необходимо учитывать множество факторов.
Вес топлива составляет значительную часть общего веса самолета, поэтому любой расчет топлива должен учитывать вес любого топлива, которое еще не сгорело. Вместо того, чтобы пытаться предсказать загрузку топлива, которое еще не сгорело, система планирования полета может справиться с этой ситуацией, работая в обратном направлении по маршруту, начиная с альтернативного, возвращаясь к месту назначения, а затем возвращаясь от одной точки маршрута к другой к исходной точке.
Ниже приведен более подробный план расчета. Обычно требуется несколько (возможно, много) итераций, либо для расчета взаимозависимых значений, таких как резервное топливо и топливо для поездки, либо для решения ситуаций, когда были превышены некоторые физические ограничения. В последнем случае обычно необходимо уменьшить полезную нагрузку (меньше груза или меньше пассажиров). Некоторые системы планирования полетов используют сложные системы приближенных уравнений для одновременной оценки всех требуемых изменений; это может значительно сократить количество необходимых итераций.
Альтернативный подход к расчету топлива заключается в расчете запасного и резервного топлива, как указано выше, и получении некоторой оценки общей потребности в топливе для поездки, либо на основе предыдущего опыта с этим маршрутом и типом самолета, либо с помощью некоторой приблизительной формулы; ни один из методов не может в большой степени учитывать погоду. Затем расчет может продолжаться по маршруту, точка за точкой. По достижении пункта назначения фактическое топливо для поездки можно сравнить с расчетным топливом для поездки, сделать более точную оценку и повторить расчет по мере необходимости.
Коммерческие авиалинии обычно стремятся сохранить стоимость полета как можно ниже. На стоимость влияют три основных фактора:
Разные авиакомпании по-разному оценивают, что такое наименее затратный рейс:
Для любого заданного маршрута система планирования полетов может снизить стоимость, найдя наиболее экономичную скорость на любой заданной высоте и найдя наилучшую высоту(ы) для использования на основе прогнозируемой погоды . Такая локальная оптимизация может быть выполнена на основе маршрутной точки.
Коммерческие авиалинии не хотят, чтобы самолет слишком часто менял высоту (помимо прочего, это может затруднить подачу еды бортпроводникам), поэтому они часто указывают минимальное время между изменениями эшелона полета, связанными с оптимизацией. Чтобы справиться с такими требованиями, система планирования полетов должна быть способна к нелокальной оптимизации высоты, одновременно принимая во внимание ряд точек маршрута, а также расходы на топливо для любых коротких подъемов, которые могут потребоваться.
Когда между аэропортами отправления и назначения существует более одного возможного маршрута, задача, стоящая перед системой планирования полетов, усложняется, поскольку теперь она должна рассматривать множество маршрутов, чтобы найти наилучший доступный маршрут. Во многих ситуациях есть десятки или даже сотни возможных маршрутов, а в некоторых ситуациях их более 25 000 (например, из Лондона в Нью-Йорк со свободным полетом ниже системы треков). Объем вычислений, необходимых для создания точного плана полета, настолько значителен, что не представляется возможным подробно изучить каждый возможный маршрут. Система планирования полетов должна иметь какой-то быстрый способ сокращения числа возможностей до управляемого числа перед проведением детального анализа.
С точки зрения бухгалтера , предоставление резервного топлива стоит денег (топлива, необходимого для перевозки, как мы надеемся, неиспользованного резервного топлива). Были разработаны методы, известные под разными названиями: повторная отправка , повторная отправка или процедура точки принятия решения , которые могут значительно сократить количество необходимого резервного топлива, при этом сохраняя все требуемые стандарты безопасности . Эти методы основаны на наличии определенного промежуточного аэропорта, в который рейс может быть направлен при необходимости; [2] на практике такие отклонения редки. Использование таких методов может сэкономить несколько тонн топлива на длительных рейсах или увеличить перевозимую полезную нагрузку на аналогичную величину. [8]
План полета с повторным отбоем имеет два пункта назначения. Конечный аэропорт назначения — это то место, куда на самом деле направляется рейс, в то время как начальный аэропорт назначения — это то место, куда рейс будет отклонен, если на начальном этапе полета будет использовано больше топлива, чем ожидалось. Точка маршрута, в которой принимается решение о том, в какой пункт назначения лететь, называется точкой исправления или принятия решения . Достигнув этой точки маршрута, экипаж сравнивает фактический расход топлива с прогнозируемым и проверяет, сколько резервного топлива осталось. Если резервного топлива достаточно, то полет может продолжаться до конечного аэропорта назначения; в противном случае самолет должен отклониться в начальный аэропорт 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. При нормальных обстоятельствах фактически используется лишь небольшое количество резервного топлива, если оно вообще используется, поэтому, когда самолет достигает точки повторного освобождения, на его борту все еще (почти) остается весь исходный резервный запас топлива, которого достаточно для полета из точки повторного освобождения в конечный пункт назначения.
Идея повторных полетов была впервые опубликована в Boeing Airliner (1977) инженерами Boeing Дэвидом Артуром и Гэри Роузом. [8] Оригинальная статья содержит множество магических чисел, относящихся к оптимальному положению точки повторного полета и т. д. Эти числа применимы только к конкретному рассматриваемому типу самолета, для конкретного процента резерва и не учитывают влияние погоды. Экономия топлива за счет повторного полета зависит от трех факторов:
Несмотря на все усилия, предпринятые для оптимизации планов полетов, существуют определенные обстоятельства, при которых выгодно подавать неоптимальные планы. В загруженном воздушном пространстве с большим количеством конкурирующих самолетов оптимальные маршруты и предпочтительные высоты могут быть переподписаны. Эта проблема может усугубляться в загруженные периоды, например, когда все хотят прибыть в аэропорт, как только он откроется. Если все самолеты подают оптимальные планы полетов, то, чтобы избежать перегрузки, управление воздушным движением может отказать в разрешении на некоторые планы полетов или задержать выделенные слоты взлета. Чтобы избежать этого, можно подать неоптимальный план полета, запросив неэффективно низкую высоту или более длинный, менее загруженный маршрут. [9]
После того, как самолет поднялся в воздух, часть работы пилота заключается в том, чтобы летать как можно эффективнее, чтобы затем попытаться убедить управление воздушным движением разрешить ему лететь ближе к оптимальному маршруту. Это может включать запрос более высокого эшелона полета, чем в плане, или запрос более прямого маршрута. Если диспетчер не соглашается сразу, можно время от времени делать повторные запросы, пока он не смягчится. В качестве альтернативы, если в районе сообщалось о плохой погоде, пилот может запросить набор высоты или поворот, чтобы избежать непогоды.
Даже если пилоту не удастся вернуться на оптимальный маршрут, выгоды от разрешения полета могут значительно перевесить стоимость неоптимального маршрута.
Хотя полеты VFR часто не требуют подачи плана полета, [ требуется цитата ] определенная часть планирования полета остается необходимой. Капитан должен убедиться, что на борту будет достаточно топлива для поездки и достаточно резервного топлива на случай непредвиденных обстоятельств. Вес и центр тяжести должны оставаться в пределах своих ограничений в течение всего полета. Капитан должен подготовить альтернативный план полета на случай, если посадка в первоначальном пункте назначения невозможна.
Однако в Канаде правила гласят, что «... ни один командир воздушного судна не должен управлять воздушным судном, выполняющим полет по ПВП, если не был подан план полета по ПВП или маршрут полета по ПВП, за исключением случаев, когда полет выполняется в пределах 25 морских миль от аэродрома вылета». [10]
Помимо различных мер по сокращению расходов, упомянутых выше, системы планирования полетов могут предлагать дополнительные функции, помогающие привлекать и удерживать клиентов:
REDISPATCH для экономии топлива и увеличения полезной нагрузки