1.一种基于指定高度限制的航空器飞行高度剖面计算方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:获取飞行计划、空域扇区结构、进离场程序和航路点的高度限制基础信息;步骤2:根据离场程序计算起飞机场到第一个航路点的高度剖面,并更新航迹起始点为第一个航路点;步骤3:从航迹起始点开始向后找到下一个高度限制点,计算航迹起始点到该高度限制点前一个扇区进入边界的高度剖面,并更新航迹起始点;步骤4:通过航迹起始点的飞行高度、限制点指定高度和空域扇区结构之间的关系,判断航班是否由高空扇区向低空扇区转换;步骤5:根据步骤4的判断结果,确定平飞和爬升过程的先后顺序,或者平飞和下降过程的先后顺序:步骤5-1:当不存在由高空扇区向低空扇区转换情况时,根据所需爬升或下降距离和扇区边界的关系,若需爬升,确定平飞和爬升过程的先后顺序,若需下降,确定平飞和下降过程的先后顺序;步骤5-2:当存在由高空扇区向低空扇区转换情况时,通过评估高度限制点与目的机场的距离来判断是否需要优先执行下降过程;当两者之间的距离小于等于设定的参数LT时,则先下降到指定高度,再保持平飞;否则,根据所需下降距离和扇区边界的关系,确定平飞和下降过程的先后顺序;步骤6:根据步骤5确定的高度剖面变化过程,计算航迹起始点到高度限制点的高度剖面,并更新航迹起始点;步骤7:判断航迹起始点是否为最后一个航路点,如果是则执行步骤8;如果不是执行步骤3;步骤8:根据进场程序计算航迹起始点到目的机场的高度剖面;所述步骤5-1包括:5-1a:计算当前高度爬升或下降到指定高度所需的最小水平距离L min ,考虑到航空器需要提前满足高度限制,L min =L f +20km其中L f 为当前高度爬升或下降到指定高度的水平距离,根据步骤2中高度剖面计算公式计算获得当前高度爬升或下降到指定高度的爬升率或下降率,再根据当前高度爬升或下降到指定高度的高度差计算出当前高度爬升或下降到指定高度所需要的时间 由时间 和此阶段航空器真空速V Tas 和风速V wind 计算得到L f ;5-1b:计算高度限制点到其所属扇区进入边界的距离L;5-1c:当L≥L min 时,说明能够在最后一个扇区完成高度改变过程,则航空器的高度剖面变化过程为:先保持平飞至距离高度限制点之前L min 的位置,然后执行下降或爬升过程到指定高度,然后平飞至高度限制点;5-1d:当L<L min 时,令L min =min{L f +L,L c },航空器的高度剖面变化过程为:先保持平飞至距离高度限制点之前L min 的位置,然后执行下降或爬升过程到指定高度,然后平飞至高度限制点;其中L c 为航迹起始点与高度限制点之间的水平距离;所述步骤5-2中参数LT设置为200公里;当高度限制点与目的机场的水平距离大于200公里时,高度剖面变化过程包括:5-2a:计算当前高度下降到指定高度所需的最小水平距离L min ,考虑到航空器需要提前满足高度限制,L min =L f +20km其中L f 为当前高度下降到指定高度的水平距离,根据步骤2中高度剖面计算公式计算获得当前高度下降到指定高度的下降率,再根据当前高度下降到指定高度的高度差计算出当前高度下降到指定高度所需要的时间 由时间 和此阶段航空器真空速V Tas 和风速V wind 计算得到L f ;5-2b:计算高度限制点到其所属扇区进入边界的距离L;5-2c:当L≥L min 时,说明能够在最后一个扇区完成高度改变过程,则航空器的高度剖面变化过程为:先保持平飞至距离高度限制点之前L min 的位置,然后执行下降过程到指定高度,然后平飞至高度限制点;5-2d:当L<L min 时,令L min =min{L f +L,L c },航空器的高度剖面变化过程为:先保持平飞至距离高度限制点之前L min 的位置,然后执行下降过程到指定高度,然后平飞至高度限制点;其中L c 为航迹起始点与高度限制点之间的水平距离。
2.根据权利要求1所述的一种基于指定高度限制的航空器飞行高度剖面计算方法,其特征在于,所述步骤1中,飞行计划中包含了计算高度剖面所需的起飞机场、航路点、降落机场和巡航高度信息,还包含了航空器机型;空域扇区结构用于确定高空扇区和低空扇区,以及航路点不同高度所对应的扇区类型;进离场程序用于计算离场和进场阶段的高度剖面;航路点的高度限制来源于移交协议、流量管理或管制提出的限制;飞行计划中的第一个航路点和最后一个航路点分别对应于离场点和进场点,航路点的高度限制根据空管运行规则,在6000米以下。
3.根据权利要求2所述的一种基于指定高度限制的航空器飞行高度剖面计算方法,其特征在于,所述步骤2中,根据起飞机场的离场程序计算确定航空器从跑道到第一个航路点的飞行距离,爬升过程的计算分为加速爬升、低等表爬升和高等表爬升3个子过程,高度剖面计算公式为式中:h为高度,t为时间,m为航空器质量,V Tas 为航空器真空速,g为重力加速度,T为航空器推力,D为航空器阻力; 为能量分配系数,表示按照选定的速度进行爬升时,用于爬升的推力与用于加速的推力的比值;通过航空器机型能够从欧控发布的BADA数据库获得航空器在不同阶段和高度对应的航空器推力T、航空器阻力D和航空器真空速V Tas ;爬升过程采用逐步迭代计算,飞机的重量在每个时间间隔 内保持不变,确定每个时间间隔 内的航空器真空速V Tas ,根据上述公式计算出各个时间间隔 内的爬升率,依次完成起飞机场到第一个航路点爬升过程的高度剖面计算;如果在第一个航路点之前达到指定的高度限制,则保持平飞状态至第一个航路点。
4.根据权利要求3所述的一种基于指定高度限制的航空器飞行高度剖面计算方法,其特征在于,所述步骤3中,从航迹起始点开始向后找到下一个高度限制点,航迹起始点到该高度限制点前一个扇区进入边界的高度剖面计算公式和步骤2中相同,处理逻辑如下:当已完成计算的高度剖面未曾达到巡航高度,即航班尚未进入巡航状态时,如果该高度限制点与起飞机场水平距离小于200公里,则先爬升至该限制高度,然后保持平飞;否则先爬升到巡航高度,再保持平飞;如果航班已经进入巡航阶段,则保持平飞状态至该高度限制点前一个扇区的进入边界。
5.根据权利要求4所述的一种基于指定高度限制的航空器飞行高度剖面计算方法,其特征在于,所述步骤4中,当航迹起始点处于高空扇区,并且限制点的指定高度低于航迹起始点的飞行高度时,则根据空域扇区结构判断该指定高度是否处于低空扇区空域内,以此来判定航空器是否将由高空扇区飞向低空扇区。
6.根据权利要求5所述的一种基于指定高度限制的航空器飞行高度剖面计算方法,其特征在于,所述步骤6中根据步骤5确定的高度剖面变化过程,计算航迹起始点到高度限制点的高度剖面计算公式和步骤2中相同。
7.根据权利要求6所述的一种基于指定高度限制的航空器飞行高度剖面计算方法,其特征在于,所述步骤8中进场阶段的高度剖面计算公式和步骤2中相同,计算并确定从当前高度下降到目的机场高度所需的水平距离L d ,航空器从当前高度保持平飞至距离目的机场L d 的位置,然后开始下降到目的机场;根据步骤2中高度剖面计算公式计算获得从当前高度下降到目的机场高度的下降率,再根据当前高度下降到机场高度的高度差计算出当前高度下降到机场高度所需要的时间 由时间 和此阶段航空器真空速V Tas 和风速V wind 计算获得L d :