1.1.3 连续下降运行技术研究现状

从2002年开始，欧美等发达国家和地区陆续开展了连续下降运行技术的相关研究。2004年，美国先后在洛杉矶机场和路易斯·韦尔国际机场进行了较为全面的连续下降运行程序实验。实验数据显示，与传统阶梯式下降相比，每次航班采用连续下降运行技术，可节约燃料400～500磅，进近时的噪声峰值降低了3.9～6.5dB，在着陆过程中氮氧化物的排放量减少了30%，进近过程的持续时间减少了147s。2008年，法国民航局也开展了类似实验，在马赛普罗旺斯机场31R跑道进行了连续下降运行程序的试飞实验，航空器分别采用传统阶梯式下降和连续下降运行，对比两种下降方式下发动机推力、运行高度、平均速度、噪声水平等具体参数，验证了连续下降运行相比于传统阶梯式下降的优势。2009年5月，日本在关西机场进行了连续下降运行程序的试飞实验。欧洲的一些研究机构也先后在阿姆斯特丹、斯德哥尔摩和伦敦希思罗机场进行了连续下降运行程序的飞行实验，取得了和美国类似的结果。

此外，国外航空业界学者也围绕连续下降运行技术开展了诸多研究。2008年，美国佐治亚理工学院的Lowther M B等人分析了制约连续下降运行技术大规模应用的关键因素。2009年，Klooster等人研究了在给定着陆许可时间条件下的连续下降计算模型。Vela A E, Solak S, Clark J P B等人研究了通过优化空中交通航路飞行参数，以降低飞行对环境的影响。Garrido-López等人提出了一种实施四维航迹引导的连续下降进近策略，通过高度偏差阈值和预设的推力等级，以非线性控制方式保证航空器在四维航迹上飞行。2011年，美国航空航天局埃姆斯研究中心的Laurel Stell研究了连续下降运行中下降顶点（Top of Descent, TOD）的估算问题，提出用多项式逼近算法快速计算下降段的距离，并将波音B737-700飞机和空中客车（简称空客）A320飞机的估算结果与飞机飞行管理系统的计算结果对比，误差不超过9000m。波音公司的Kwok-On Tong等人提出了融合三维航迹概念的固定下滑角的连续下降进近方法，通过减小发动机推力维持飞机在下滑过程中的固定下滑角。这种方式虽然损失了一些连续下降运行带来的节省燃油和减少污染物排放量的环境效益，但是通过合理的设计，可以将这样的损失控制在很小的范围。荷兰代尔夫特理工大学的R. Sopjes等人提出了一种满足时间限制的可变下滑角连续下降进近方法，将飞机的下降过程分成满足限制要求但下滑角可变的两个航段，在减少燃油消耗量和污染物排放量的同时，除了便于空中交通管制部门增加速度限制和高度限制，还便于飞行员操作。2012年，美国佐治亚理工学院的Sang Gyun Park等人先通过最优控制法求解最小时间和最小燃油下降剖面，再利用最优剖面分析下降顶点的位置范围、所需到达时间范围和燃油消耗量范围等下降性能。2013年10月，欧洲波音研发中心的Christian Grabow提出了一种基于融合点技术的连续下降进近方法。该方法根据连接点到融合点的距离、飞机到连接点的补偿距离以及空中交通管制要求的安全距离，调节飞机的速度，使得机场可成功实现连续下降进近的航班数量最大化。

我国在连续下降运行方面的研究较少，对连续下降进近方法的研究还处于理论探索阶段。我国民航相关方面的专家和学者对这一新兴的进近程序进行了研究，并提出了自己的看法，通过对比国外试行情况，对我国连续下降进近技术的发展前景做出了大胆的预测和评估。2009年，中国民航大学空中交通管理学院的王超等人研究了基于基本飞行模型的四维航迹预测方法，针对四维航迹存在的航迹预测精度差、航迹预测复杂，耗时较长等问题提出了解决方法；通过构造航空器的多个基本飞行模型，将四维航迹分解为高度剖面、速度剖面和水平航迹进行研究，然后捕获各阶段变量进行拟合，形成一条以航迹特征点为基础的完整四维航迹。该方法虽然在一定程度上提高了航迹预测的准确性，但其航迹并不是连续下降的，不能减少燃油消耗量，并且在航迹预测时没有考虑风场信息和大气温度变化模型。因此，其航迹预测的准确性有待提高。2012年，上海飞机设计研究院的孙鹏从国产民用飞机的设计角度，对连续下降运行技术进行了初步分析和蒙特卡洛模型仿真。结果显示，连续下降进近技术确实可以减少燃油消耗量和噪声，但其实施过程仍存在一些需要解决的问题。例如，操作程序复杂，对下滑航迹的跟踪较为困难。因此，在连续下降进近技术的实际推广中需要配备精密导航设备，实现飞机的四维航迹导航。同时，在飞行控制律的设计中，要考虑飞机对风干扰和飞行员操作误差的影响，以提高飞机着陆控制的鲁棒性。中国民航大学的魏志强等人针对飞行中污染物排放估算中的航迹预测方法进行了研究，对国际民航组织标准排放模型进行了改进。结果显示，该估算模型与国际民航组织标准排放模型相比，误差小于1%，并且可计算各个飞行阶段、飞行高度和不同气象条件下的污染物排放量数据，可以为下降阶段的航迹优化和参数优化提供数据参考和依据。2013年，北京航空航天大学的唐鹏、张曙光等人针对发动机故障情况，提出了一种连续下降进近航迹生成算法，提高了发动机故障情况下飞机降落的成功率。该方法以提前设计好的四段航迹构型（大角度下滑、圆弧下滑、指数衰减下滑、小角度下滑）为前提，在合理假设的情况下，减少需要选择的参数数量，提高运算效率。尽管该连续下降进近航迹生成算法提高了计算效率，但它在通过较多假设条件简化运算时，在一定程度上损失了所得结果的最优性，并且同样没有考虑风等气象条件的影响以及空管限制。2016年，中国民航大学电子信息与自动化学院的宫峰勋等人利用高斯伪谱法优化出一条满足最佳性能指标要求的理想飞行航迹，在下降过程中结合不同航段的速度范围改变航空器的襟翼位置，使飞机从巡航高度经过最优下降顶点后的下降飞行时间最短，但对连续下降进近飞行时间进行优化时，并未考虑燃油消耗量，也缺少环境因素的约束。2018年，西北工业大学李广文等人针对在高密度空域环境下实施连续下降运行程序存在的问题，提出了基于四维航迹的飞机连续下降运行飞行引导技术，利用四维航迹预测和飞行引导系统实现可定时到达的精准飞行引导，降低连续下降运行过程中航迹的不确定性。