(上海飞机设计研究院 上海 201210)
摘要 本文主要介绍了民用飞机仪表着陆系统(ILS)引导下滑着陆的工作原理，并对适航验证试飞过程中仪表着陆系统的性能评定方法做了详细的理论研究，最后简要分析了该系统航向道及下滑道偏差的计算方式。
关键字 仪表着陆系统(ILS) 试飞方法 偏差计算
0前言
着陆是飞机航行中的一个重要阶段。着陆时，飞行员要求在短时间内准确无误地完成一系列操作。，特别是在机场区域能见度不良的情况下，如阴天、雾、云低飞、雨天及夜间等气象条件下，操作要求就愈高，危险性也愈大。据统计，飞机的飞行事故大约有一半是发生在着陆阶段的。另外，由于目前很大一部分机场的气象条件不能满足目视着陆飞行条例(VFR)中规定的目视着陆水平能见度（必须大于4.8km、云底高不小于300m）的要求，同时为保障着机在夜间或恶劣气候等无目视基准条件下的安全着陆，飞行员必须依靠无线电导航系统提供的高精度仪表指示来完成安全着陆。目前，民航机场主要使用的着陆用无线电导航系统主要包括仪表着陆系统(ILS)、微波着陆系统(MLS)、着陆雷达系统等。
1仪表着陆系统概述
仪表着陆系统(Instrument Landing System)，是目前应用最为广泛的飞机精密进近和着陆引导系统。它是以仪表指针方式为飞行员提供航向道、下滑道, 或为自动驾驶仪提供着陆控制数据, 引导飞机进场着陆的导航系统。早在1949年,仪表着陆系统就被国际民航组织定为飞机标准进近和着陆系统,它能在气象条件恶劣和能见度差的情况下给驾驶员提供准确、及时、可靠的航信息, 引导飞机安全进近和着陆。作为全世界民航的通用着陆系统，在经历了40余年的技术发展和设备完善，以及产品的不断进步，它已成为目前在用的最成熟的进近着陆系统。
机载接收设备的功能是接收并处理地面信标台的信号, 并给出引导指示, 从而引导飞机沿固定的航向及下滑路径安全地着陆。
2适航条款
CCAR-25-R3给出了与仪表着陆系统有关的适航条款：§25.1301d、§25.1309a、§25.1431c。根据条款，国内某新型支线飞机在仪表着陆系统功能性检查试飞时，提出了具体要求，总结为以下几点：
1) 对进场阶段航向信标、下滑道信标截获能力的评估；
2) 对进场阶段LOC航道信号、GS信号强度的评估；
3) 评估进场过程中仪表着陆系统的航向跟踪、下滑道跟踪能力；
4) 评估进场过程中指点信标的工作情况；
5) 飞机飞行过程中电磁兼容性的验证。
3试飞方法
3.1航向信标
1) 航向接收性
由天线进入接收机的信号强度应当足够使飞机在进场构型，并距地面台至少25海里处无故障显示。飞机在360°航向角和左、右10°内任意倾斜角，以及所有正常俯仰姿态及高度大约为2000英尺飞行时，应能接收到此信号。当飞机航向在航向信标归航航路60°范围内，倾斜角达到30°时也应获得满意的结果。航向在航向信标归航航路的60°～90°范围内时，倾斜角在15°以内以及航向与信标归航航路成90°～180°，倾斜角达10°时均应达到令人满意的结果。当飞机在航线左侧或右侧时，偏离指示器应正确地指引飞机回到航线。
2) 航向信标截获
飞机以进场形构型，距航向信标台至少25nm处，向航向信标正航向，以不小于50°角归航飞行。从航向信标波束左、右两侧完成机动飞行。
3) 航向信标跟踪
飞机以航向信标归航飞行，在到达远距指点信标前5英里内，改变航向，使指针满刻度偏转，然后驾驶飞机返回航向信标航线。航向信标偏离指示器应指引飞机对准航向信标航线，以使指针左、右偏转两种方式进行这一机动飞行。
3.2下滑信标
1) 下滑接收性
进入接收机的信号应具有足够的强度以保持在FAF点处不出现警告旗。该性能需在航向信标航线左、右30°之间飞机的各个航向上演示。当飞机高于或低于下滑道时，偏离指示器应能正确地指引飞机回到下滑道。
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2) 下滑信标截获
以下滑信标波束与FAF点相交的高度，从该点至少10nm外进行航向信标归航飞行，在FAF点下滑信标偏离指示器的指示应居中。在指示器的指针从满刻度上区指示移向满刻度下区指示全过程中不应看到警告旗。
3) 下滑信标跟踪
跟踪下滑信标时，飞机以正常俯仰和倾斜姿态机动飞行，通过主飞行显示器（PFD）上的显示跟踪下滑信标引导飞行，直至飞至跑道入口上空高度100ft处，检查下滑道信标的跟踪情况。
3.3指点信标
在低灵敏度状态下，飞机在1000ft高度，以所有襟翼和起落架形态沿航向信标中心线向前飞行，在指点信标台上空2000～3000ft的范围内，指点信标指示灯亮，同时需要记录飞机过台时机上信标音响及信标指示灯亮的持续时间。
3.4 电磁兼容（EMC）
在飞机的整个着陆过程中，通过观察来验证仪表着陆系统是否受到有害因素的影响。
3.5可接受判据
没有红色警告旗出现，能保持接收地面台的ID，航向偏差、下滑道偏差读出是正确的，机动飞行期间航向偏差变化、下滑道偏差变化是平滑的。
4 仪表着陆航线偏差计算
4.1航向偏差
仪表着陆系统航向信标台提供的航向面与水平面的交线称之为航向道，在航向道上导航音频调制度差(DDM)为零，机载指示器指向中心位置。沿航向道垂直方向偏移，调制度差线性增加，至DDM=0.155处为航向道边线，此时机载指示器指针处于最大偏移位置。由航向道两侧DDM=0.155边线所限定的区域称之为航向道扇区，扇区的宽度通常用夹角θ表示。
当航向道扇区宽度为θ（一般为3°～6°），则由航向信标台产生的航向道偏差通常为±0.05θ。而国际民用航空公约附件10规定，机载航向信标接收机航向道指示准确度为±0.02θ。航向道的偏差和机载航向信标接收机航向道指示误差势必引起航向道扇区向左或向右偏移，结果导致扇区宽度θ改变。
如果用d表示航向道扇区边线到航向道（跑道中心延长线）的距离，D表示飞机到跑道端口的距离，d0为规定的航向道扇区边线在跑道端口距跑道中心线的距离，d0=105m。则有：
d=D×tan (θ/2)+d0 (1)
其中d即为当飞机在航向道扇形边线时的航线偏差值。如取扇区宽度θ=6°，D=7km。依据公式(1)可以算出在远距台上空的航向偏差值为472m。
4.2下滑道偏差
仪表着陆系统下滑信标台提供的下滑面，与通过跑到中心延长线的铅垂面的交线称之为下滑道。与航向道相同，在下滑道上导航音频调制度差(DDM)为零，机载指示器指向中心位置，在下滑道上方或下方偏离下滑道，调制度差(DDM)线性增加，至DDM=0.175处为下滑道边线，此时机载指示器指针处于最大偏移位置，由下滑道上下两侧DDM=0.175边线所限定的区域称之为下滑道扇区，扇区宽度通常用夹角θ表示。
国际民航组织规定下滑信标台提供的下滑角Φ通常为2.5°~5°,而机载下滑信标接收机下滑道指示准确度为±0.03θ。同理，两者的误差必然会引起下滑道扇区向上或向下偏移，结果导致下滑道扇区宽度改变。
如果用β表示下滑道扇区底边的仰角，底边线上各点的高度用h表示，飞机距跑道端口的距离用D表示，则有：
其中，h0为基准数据点高度，基准数据点是规定的下滑线必须经过的一点，h0=15m。则h即为飞机使用仪表着陆系统进场着陆时的飞行高度。取β=3°，D=7km，依据公式(2)可计算出在远距台上空时的最佳飞行高度为382m。
5结束语
本文简要介绍了民用飞机仪表着陆系统的基本原理，并从适航的角度研究了该系统的试飞验证方法，同时对仪表着陆系统的航向偏差及下滑引导偏差做了详细的分析。试飞时应注意排除各种干扰因素的影响，安全快速的获得有效的试飞数据，评定仪表着陆系统的性能，验证飞机是否满足适航要求。
参考文献
[1] 乔文峰 ，民用飞机仪表着陆系统建模与分析，《中国科技信息》，2017
[2] 杨光耀 ，仪表着陆与伏尔导航系统的研究与实现，《西安电子科技大学》，2010
[3] 汤恒仁 ，民机适航取证试飞中ILS基准DDM值获取，《科学技术与工程》，2013
[4] CCAR-25-R3
论文作者:王张玉
论文发表刊物:《科技新时代》2018年8期
论文发表时间:2018/10/22
标签：航向论文; 信标论文; 滑道论文; 飞机论文; 仪表论文; 系统论文; 偏差论文; 《科技新时代》2018年8期论文;