姜子建 吴简
（1.中国民用航空飞行学院空中交通管理学院，四川广汉 618307；2.中国民用航空飞行学院飞行技术学院，四川广汉 618307）
0 引言
近年来，随着民用航空业的迅猛发展，航班数目大幅增加，航线的纬度跨度也越来越广，随之产生的安全问题就愈发突出。安全是民航的宗旨，保证安全飞行，降低事故发生概率是当下民航发展的重中之重，也是我国民航发展道路上一直追寻的目标。
我国幅员辽阔，最北端位于漠河以北，其纬度约为53°N；最南端位于南山群岛的曾母暗沙上，其纬度位于4°N附近，南北跨度约50°。如此大跨度的领土，使得我国南北方气候差异格外明显：北方地区以温带季风气候为主，冬季寒冷干燥，日均气温在零下一度至零下四度左右；南方地区则多为亚热带季风气候，冬季最冷月平均气温在0℃以上。
建有民用机场的内蒙古包头市，其机场海拔高度为1012.2m，我们假设一月份运行时的平均气温为-10°C，根据ISA计算公式（1）：
其中T为大气实际温度，H为飞行高度，得到ISA偏差为-18.36°C。如果以有记录的日最低温度计算，当日标准偏差可达-39.36°C。如此大的气温偏差会对飞行中使用的气压式高度表造成极大影响，从而产生很大的误差。因此在北方地区民用机场的冬季运行当中，高度修正是极其重要且必要的。
1 背景知识介绍
1.1 高度的定义及分类
气压高度是通过感受飞机所处位置的静压与设定的基准面气压之间的压差，来间接表示距基准面的高度。由此设计出的气压式高度结构如图1所示。
它的工作原理是将静压源连入高度表壳体内，再利用一个真空膜盒感受静压。当真空膜盒产生的弹性力与大气静压作用在真空膜盒上的总压力平衡时，真空膜盒形变的程度一定。在真空膜盒上设有传动机构，将膜盒上产生的形变传递到高度表指针上，就显示出了高度。
气压差值与高度之间的转化函数中含有温度参数。飞机上的气压式高度表则将此变化参数设置为一个定值，得到如公式（2）：
1.2 气压式高度低温修正的原因
当航空器处于非标准大气条件下时，温度参数不再恒定，高度指示也就产生了误差。若运行区域的气温低于IAS标准时，空气分子的间距小，垂直方向上密度变化剧烈，气压递减率增大，气压变化加快，相应高度表显示将高于实际飞行高度。即飞行员在空中是按照高度表指示和程序标准来操纵航空器，则在低温条件下，当高度表示数为程序标准值时，飞机的实际飞行高度已经低于标准。这就是我们常说的“低温低飞、高温高飞”。
虽然无论高温还是低温都会产生误差，但是低温误差对飞行安全影响更大。尽管产生误差时，航空器之间的垂直间隔不会发生大的变化。但是低温条件下，飞机距地面障碍物的间隔会随着温度误差的加大急剧缩减。对于中低空飞行的航空器，在超障越障程序上会产生很大的影响。如果不对高度进行修正，极易产生危险接近、超前着陆甚至撞山等事故。所以对于北方地区机场的冬季运行，设置标准的低温程序是必要的。
2 ICAO和Boeing温度修正模型
国际民航组织对于航空器的低温运行有一定的说明，并建立了一个低温修正模型。当地球表面环境温度远低于标准大气预告值时，必须调整所计算的最低安全高度/高[1]。为计算低温修正(Δh) 以确定FAS角和实效VPA，使用如公式（3）：
式中：
ΔTSTD=相对于标准日（ISA）温度的温度偏差；
L0=在ISA第一层（海平面至对流层顶）中气压高度温度标准递减率(-0.0065/m)；
hFAP=FAP处高于入口的程序高；
T0=在海平面的标准温度(288.15K)；
hTHR=高于平均海平面的入口标高。
同样Boeing公司也设置了相应的高度修正表[2]，如表1所示。
3 数据分析和设想
将几个典型值代入上文ICAO给出的公式(3)中，求出与ICAO和Boeing在相同条件下的修正值，并建模如图2、3所示。
其中X、Y坐标轴分别表示不同的温度和高于高度表气压基准源的高，Z坐标轴表示气压高度的修正值。结合以上两张拟合图，我们不难发现，随着温度降低，修正量是逐步增大的；同时，随着高度增大，修正量也在增加。但是，这种对应关系并不是线性相关的。其次，当机场标高不同时，修正量也会出现差异，图2中便是在三个不同的机场标高情况下，拟合出的三层修正值的曲面。
出于对航空安全的考虑，无论是国际民航组织还是波音公司，在修正参考值上，都设有较大的安全余量。从上表波音公司的实例来看，给出参考值并没有考虑到机场标高的差异，而是使用统一的修正量。较大的修正值会提供更大的安全裕度，但是在最后进近阶段和复飞阶段等对于高度需求更加精确的环节，过大的修正值会造成飞机下滑角增大，飞行员着陆难度升高，乘客舒适度变差，甚至可能造成不必要的复飞。可见，一味的追求超障裕度反而会造成飞行员操纵困难，航行安全系数下降。所以，在保证安全的前提下，采取更加激进的修正，能够更好的拟合标准状况下的航行环境。这就要求每一个设有低温运行程序的机场，根据机场标高、基准温度、冬季日平均气温等自身信息建立更加符合本机场的低温修正模型，低温修正量的差异化也是日后的重要研究出方向。
4 结语
综上，在之后的研究中会加入在低温实验室中进行的减压模拟实验和模拟仿真程序，对进近过程中各阶段进行细化分析，寻求在安全范围内，更加激进的低温修正值。并充分考虑国内各机场不同的地理环境和机场基础信息，设计方便驾驶员在实际运行中操作的低温程序。
本文是在中国民用航空飞行学院大学生创新创业项目经费的资助下撰写的，感谢学校提供这样一个宝贵的研究机会。
