Airways / 航路

我又来了,这是我关于民航内容的第二篇文章。这次我想为大家介绍与民航航班飞行的航路有关的内容。主要想从一架客机从起飞、上升高度、下降、降落的全过程,以及飞行前航路的选择、飞行中经过的飞行情报区等内容为大家来详细介绍。


内容概要:

  • 五边飞行
  • 飞行高度
  • 航路的选择(ETOPS(备降)、大圆航路_QF7879、顺逆风和飞行速度(SQ21/22)、繁忙航路(北京首都-西南方向绕行))
  • 飞行情报区

五边飞行(起飞、降落阶段)

飞机在起降中一般要遵守固定的飞行程序,因为在大型枢纽机场中,往往有多条跑道,并且起飞和降落同时进行,如果不对进出港路线进行合理规划的话,很可能会引起飞机在空中相撞,后果非常得严重。五边飞行是飞行员进行飞行训练的重要课程,主要是环绕机场进行飞行,实际飞行中并不一定完全遵循五条边的飞行路径,这会根据机场的地理位置、跑道位置、风向等因素进行变化,后面会举例进行说明。下面来解释一下五边中的一些概念。

  • 离场边(Upwind):第一边,飞机起飞后就会进入离场边,英文Upwind是逆风的意思,顾名思义起飞的时候需要逆风,起飞后可以向前或者是左转45度脱离。
  • 侧风边(Crosswind):第二边,起飞后转向90度就成了侧风。
  • 下风边(Downwind):第三边,即顺风边,此阶段飞机是平飞状态,进场降落的飞机会从右侧45度方向加入该边,在实际情况中并不一定严格这样飞,也可能从第四边或者第五边加入。
  • 基本边(Base):这里飞机开始下降,为最后的进近准备。
  • 末边(Final):逆风状态,飞机对准跑道,最终进近。

下面我们以成都双流国际机场为例为大家介绍实际的进离场过程:

  1. 进场:

双流机场共有02L/20R02R/20L两条平行跑道,在航站楼的南北两侧分布,正常情况下右侧的02R跑道专门用来降落,左侧02L跑道专门用来起飞,早晨出港高峰有时也会使用20L跑道起飞(不了解跑道是怎样命名的话欢迎看上篇文章内容)。

从机场北侧进场的飞机会从跑道左侧五边的第三边加入,向南掉头转向后从02R跑道降落。

从机场东侧和南侧进场的飞机会从跑道右侧五边的第三边或者第四边进场,有时候也会直接从末边进场,这取决当时机场的繁忙程度。

  1. 离场

离场的程序非常简单,从02L跑道起飞后向右转离场,然后根据目的地再向不同的方向进入航路,上图为往华北方向的航班航路,下图为往南方航班的航路:


飞行高度

民航客机在起飞、巡航、降落过程中会使用不同的高度进行飞行,而在每个飞行阶段会使用不同的标准计算飞行高度,这是因为不同地区的大气压存在差异,使用当地实际大气压会导致不同区域飞机的飞行高度标准不统一,为了统一标准就通过设置飞航空层高度来实现;但在起飞降落阶段为了防止与地面相撞,必须使用实际的气压高度。不同标准得到的飞行高度会在特定时间和高度进行转换,下面就来具体介绍。

  • 飞航空层(flight level, 缩写FL):是由一个标准大气压(273.15K, 101.325kPa)所推算出的飞行高度,因为各地的实际大气压与标准大气压存在差异,所以这个高度不一定是飞机真正的海拔高度。该高度以每500英尺为一个单位划分,然后再除以100得到结果,例如,FL340就代表了34,000英尺的高度。
  • 气压高度:用飞机所在地的实际海平面气压计算得到的高度称为气压高度,这个数值代表了飞机的实际飞行高度。
  • 高度表拨定值(altimeter setting):以不同气压为基点得到的海拔高度。当使用一个标准大气压为基点时,在航空通讯中的特定电码为QNE;使用实际海平面气压为基点时,特定电码为QNH。这分别对应了前面的飞航空层高度和气压高度。
  • 转换高度与转换空层:当飞机起飞阶段使用气压高度飞行到特定海拔高度后就会转换成根据飞航空层高度来飞行,降落时则相反。这一特定的高度称为转换高度(transition altitude,缩写TA)。所以,当飞机飞行高度比转换高度低时使用气压高度飞行(QNH),比它高时使用非航空层高度(QNE)。 飞航空层的最低一层称为转换空层,在转换高度与转换空层之间的区域就称为转换层。(美国与加拿大的转换高度为18,000英尺,该高度以上称为标准气压区,如果当时的实际气压大于等于标准大气压时,最低可用空层为FL180,实际气压小于标准气压时,最低可用空层一般为FL190或者FL200,这样可以保证在转换时有1000英尺的垂直高度缓冲。)

下面用一张图总结(来自维基百科):

通常在短途航班中,大部分时间都在上升和下降高度,平飞时间很短,例如非常繁忙的港台HKG-TPE航线,如图:

一小时十四分钟的飞行只有大约15分钟在平飞。

相对的,航线举例越长平飞的时间越多,但在飞行途中可能由于天气、交通管制(其他用户)等等原因改变巡航高度。

下图为台北桃园TPE至东京成田NRT航线高度和速度图:


航路的选择

一个商业航班飞行航路的选择受到很多因素的影响,尤其是长距离的洲际航线相较于国内和地区较短航线更为复杂。这当中除了地理环境因素(实际距离、风向等),还涉及到飞机性能、不同国家地区领空等等的因素影响,我将为大家介绍最为重要的几个选择影响因素,其中地理方面的因素主要影响的是长距离洲际航线。

ETOPS(Extended-range Twin-engine Operational Performance Standards, 双发延程飞行执行标准)

ETOPS最早是由国际民航组织为航班航路上离备降机场之间的最短飞行时间超过60分钟的双发动机商业飞机定下的标准,读着可能有些拗口,看下面的图就很好理解了:

简单说就是距离飞机航线上60分钟航程距离内必须要有满足条件的备降机场,且最初特别针对双发动机飞机而制定,只有取得认证的飞机才能执行特定航线的航班。如今,FAA(美国联邦航空管理局)规定在2015年后制造的四发客机在执行备降机场距离超过180分钟航程的航线时也必须遵守ETOPS规定。

经过多年的发展与标准制定,如今的ETOPS标准也不是局限于60分钟了,自90分钟至370分钟有很多的标准,其中波音777、787取得了ETOPS-330的认证,空客A350更是取得了ETOPS-370的认证,而180分钟的ETOPS已经可以覆盖整个地球面积的95%,也就是说这些双发飞机可以飞越世界上大部分地区,除了一些特殊地区(南极、小部分南太平洋地区、个别天气环境下的北极地区)。

因此,如今几乎所有航班飞行已经不受飞机发动机性能影响了。

大圆航路

大圆距离是指从球面一点A出发到达球面另一点B所经过的最短路径长度。一般情况下,球面上任意两点AB都可以与球心确定唯一的大圆(除了两点和球心都在球的直径上),该大圆以球心作为圆心,称为黎曼圆,大圆上AB两点间的弧长即为大圆距离;那么就很容易知道两点和球心都在直径上时,有无数大圆,这些大圆距离都相等。

那么你也应该能猜到,大部分航班飞行航路都尽量选择靠近大圆的,这样可以使飞行距离最短,下面来举一个例子:

上图所示为澳洲航空(Qantas)为了测试从西欧和美国东部商业航班直飞澳洲东部的可能,使用一架全新的B787-9搭载少量乘客从伦敦直飞悉尼(注:目前还没有民航客机能够在满载情况下从伦敦直飞悉尼),上图为该航班的实际航路,接下来请看下图:

这是伦敦与悉尼之间的大圆线路图,实际航路与大圆基本吻合,但也有其他因素导致实际飞行航路并不是大圆航路,下面继续介绍其他选择因素。

风向和风速

航班航路的选择还会受到风向和风速的影响,飞机的实际飞行速度由飞机相对于地的速度和风速两部分组成,在顺风飞行的情况下,飞机的实际空速可以达到1000km/s。下面以目前世界上最长的航线SIN-EWR(新加坡-纽约)举例:

SIN-EWR大圆

如图为新加坡与纽约之间的大圆航路,即为这两地之间的最短举例,该航路是穿越北极的航线,但实际中很少这样飞,我们以往返航班的实际航路和全球风向图来举例。

上图所示为2019年12月3日SQ22号航班(SIN-EWR)的实际航路,可以看出当日航班并未选择北极航线,而是选择经由南海、东海、日本海和北太平洋,然后经过阿拉斯加和加拿大后抵达纽约,选择这样的航路与风向和风速有很大的关系,如下图是当时全球的风向图:

图中客机飞跃俄罗斯堪察加半岛南部和东部的南太平洋和白令海峡海域,最高顺风风速可达70至100km/h,当日航班仅用时16:51分,该航线大圆距离为15,344km,实际航线平均飞行距离比大圆距离多1000km左右,但如果没有顺风的帮助而是沿大圆航线直飞的话需要18小时,由此可见顺风对于航班航路选择的影响。

回程航班SQ21(EWR-SIN)也选取与去程完全不同的航路,如下图:

大多数情况下SQ21选择经由北大西洋、北欧、东欧、中亚、东南亚航线飞回新加坡,这依旧是受到风向和风速的影响,

如图,北大西洋由西向东的顺风风速同样可以达到80-100km/h。

同样依据不同情况也有例外:

2019年9月21-24日,SQ21号航班选择经由北极的航线返回新加坡,途径加拿大、格林兰岛、北极区域、俄罗斯、蒙古、中国、东南亚回到新加坡。

繁忙空域的影响

北京附近的华北地区的空域是中国最为繁忙的空域之一,伴随着2019年10月北京大兴国际机场建成投运,中国民航迎来史上最大的空域调整,全国范围内共调整200多条航路航线,其中影响最大是北京首都机场至西安或西南地区(成都、重庆、昆明、贵阳等)的航路。

10月10日航路调整前,由北京首都机场至西安或西南地区的航线经由山西太原上空后飞往西安。

航路调整后,由北京首都机场飞往西安方向航线需向西绕行鄂尔多斯后沿陕西由北往南飞行,飞行时间平均延长半小时,而原有航线则让给了大兴机场飞往西南方向的航班。

如下图是京蓉航线调整前后的航线图:

飞行情报区

飞行情报区(Flight Information Region, FIR)是国际民航组织划定的,区分各国家在该区域的航管负责提供航空情报的区域,该区域除该国领空外还包括邻近的空海上方空域。

飞行情报区是以该区的飞行情报区管制中心所在地来命名,比如管理香港和澳门空域的香港飞行情报区、管理两广地区空域的广州飞行情报区等等。

如图为中国划分的所有飞行情报区

飞机跨越飞行情报区时需要切换通信频率至进入的飞行情报区。2014年的马航MH370的失联就发生在从吉隆坡管制区切换至胡志明管制区的过程中。

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