基于运动轨迹的进近着陆操纵方法研究

作者：飞行部十大队李新太
摘要：进近着陆阶段是民航飞行安全风险最高、操纵技术要求最严苛的关键环节。传统着陆操纵多依赖离地高度判断、余光体感感知下降率等经验化操纵方式，易出现感知滞后、操纵被动、难掌握、难保持、偏差修正不及时等问题，引发重着陆、擦机尾、偏出跑道、平飘过长等安全隐患。本文立足民航“两个确保”安全原则，从操纵逻辑迭代视角，提出以主视线隧道视线理论为核心、精准判断飞机运动轨迹的标准化、可量化着陆操纵模式，对比分析传统操纵方式缺陷，阐述基于轨迹操纵的核心逻辑、实施路径与安全优势，明确多类操纵方式融合应用策略。研究表明，以运动轨迹判断为核心的科学操纵方法，能够实现着陆轨迹实时可控、趋势及时发现，修正稳定适量的效果，有效降低着陆阶段典型安全风险，可为飞行员标准化操纵训练、民航安全运行管控提供理论参考与实践支撑。
关键词：民航飞行；进近着陆；运动轨迹判断；隧道视线；科学操纵；飞行安全
引言
民航飞行安全是行业高质量发展的底线要求，进近着陆阶段因低空低速、外界干扰因素多，成为飞行事故与不安全事件高发环节，平飘远、接地姿态大、重着陆时有发生，特别是擦机尾、偏出跑道这种症候级的不安全事件不可接受！据民航安全运行统计，多数着陆不安全事件均与飞行员操纵理念不够完整、感知方式不科学、轨迹控制能力不足直接相关。长期以来，民航飞行员着陆操纵包括依靠判断离地高度控制下降率、依靠余光和体感感知下降率、依靠主视线判断运动轨迹三种。前两类方式偏向经验化、被动式操纵，难以适配现代民航高密度运行、复杂气象条件、多样化机场环境的运行需求。随着民航安全管理体系不断完善，安全运行理念由个人经验养成向科学量化、标准可控转型，“两个确保”安全原则对飞行员着陆操纵提出标准化、可量化的更高要求。要不断优化进近着陆的可靠性，就要摒弃单纯依赖体感经验的传统操纵模式，建立以飞机运动轨迹判断为核心的主动式操纵体系，成为提升进近着陆安全裕度、防范典型着陆风险的关键路径。本文围绕运动轨迹判断操纵的核心机理、操纵优势、实施要点及应用策略展开探索，为飞行员进近着陆操纵能力提升、飞行训练规范化提供一定思路。
一、民航着陆操纵模式迭代演进
民航飞行员进近着陆操纵逻辑，随着运行标准、安全理念、人体视觉感知机理研究深入持续迭代，整体可划分为三个模式，操纵科学性、主动性、可靠性逐级提升。
（一）基于离地高度的判断模式
着陆操纵以飞行员感知的离地高度为核心参考，如果有无线电高度表数据也会使用，飞行员主要依据离地高度变化调整下降率。该方式以主观判断为基础，但仅能反映当前瞬时高度，仅适用于轻型、气象条件好、跑道相对固定、人员状态较好的情况，而对于工作负荷较大、着陆跑道多变、气象条件复杂的定期航班运行中的大、重型飞机就易出现高度判断失误、操纵被动、调整时机滞后等问题。
（二）基于感觉下降率感知模式
随着飞行经验积累，飞行员逐步形成依靠余光视野和判断感觉下降率的操纵习惯。该方式能够实现有限程度的实时感知，拉平中注意力全放在感知感觉下降率上。，但是余光区域视锥细胞分布较少，视觉分辨率低、精准度不足，存在感知运动趋势预见性不足、操纵被动、偏差识别不敏感等固有缺陷。面对侧风、乱流、能见度变化等外界扰动时，无法及时捕捉运动轨迹变化趋势，再加上高的工作负荷，易出现推拉杆频繁修正、S型下滑轨迹、操纵过量或不足，存在诱发平飘距离过长、重着陆、姿态异常等风险。
（三）基于主视线结合余光的运动轨迹判断模式
基于“两个确保”的民航安全工作核心原则，按照现代民航标准化操纵理念，着陆操纵升级为以主视线为主结合余光，精准判断飞机运动轨迹的主动式操纵。该模式立足人体视觉生理特性，依托视锥细胞主导的主视线精准聚焦跑道瞄准点，直接感知飞机水平偏移、垂直下沉的运动趋势，结合余光对感觉下降率的感知，实现轨迹偏差及时识别、定向定量修正，是适配现代民航运行环境的最优操纵模式。三类操纵模式并非相互替代，而是逐步优化、互补融合的迭代过程。
二、基于运动轨迹判断的着陆操纵核心逻辑
（一） 安全原则底层支撑
民航“两个确保”安全工作核心原则明确，飞行安全必须摆脱主观体感经验依赖，构建标准化、可量化的操纵体系。着陆的本质，并非简单完成接地动作，而是控制飞机以预期的速度、航迹、航向、下降率，沿预设精准运动轨迹平稳接地。运动轨迹判断操纵，正是以该安全原则为底层逻辑，将着陆过程转化为轨迹控制、能量管理、姿态调整的标准化流程，实现从“被动应对下沉”向“主动控制轨迹”的理念转变。
（二） 视觉感知核心机理：隧道视线理论
人体视觉系统中，主视线中心区域视锥细胞密集，具备高分辨率、精准定位、趋势预判能力；余光区域以视杆细胞为主，仅对明暗、运动变化敏感，无法实现精准量化感知。在飞行实践中，我们五边的目视进近阶段都用把主视线对准瞄准点的方法来控制下降剖面，再结合跑道中线和远端来控制水平轨迹，直到进入跑道入口。入口后拉平着陆中，飞行员主视线移动至跑道尽头，也就是瞄准点沿跑道逐渐放远的过程，构建“瞄准点—感觉下降率—飞机运动轨迹”的稳定视觉隧道。
通过主视线直接感知飞机相对瞄准点的垂直下沉趋势、水平偏移趋势，精准捕捉下滑角变化、下降率波动、侧向位移等运动轨迹趋势，结合余光对感觉下降率的判断，实现对飞机整体运动轨迹趋势的实时、全面判断，改进仅靠余光被动感知下沉的判断方式，从视觉源头提升操纵精准性与主动性。
（三）轨迹趋势控制核心内涵
以计划运动轨迹引导操纵，核心是全程管控飞机三维运动轨迹：水平方向控制航向，使飞机往变化的瞄准点所在的跑道中心线运动，随着瞄准点的逐渐放远，修正飞机水平轨迹所需要的修正量（坡度和交叉角）逐渐减少，如图1所示。

垂直方向对飞机下沉的控制，随着瞄准点变远而逐渐减小下滑角，实现柔和一致的拉平，使飞机以明确可靠的下降率对垂直轨迹以有效控制，从而安全地把飞机飞到跑道上，如图2所示；

训练手册建议“跑道入口从机头下方消失时，移动视线至跑道尽头。”而这个转移视线的过程时间只有4～8秒，如何转移因人而异：一、有的人可以逐渐转移，所以会说把视线放到飞机前500米左右并随飞机不断向前移动就行；二、有人不会逐渐转移，所以就会在跑道上找几个点作为转移视线的参考点；三，甚至有时不能做到多次转移视线，就直接把视线转移到最为保险的跑道尽头，这些转移视线的方法都能实现安全、可靠的拉平着陆。这里以第二种为例说明一下基于运动轨迹控制实现确保着陆安全的理论基础：垂直轨迹上飞机以3度下滑角入口时，如图3所示飞行员瞄准点多为1000英尺处，如速度为160节则下降率大约是850fpm。飞机通过入口时，当飞行员瞄准点转移至第四个接地区标识也就是大约2000英尺处，并控制飞机改变轨迹飞往瞄准点，则下降率会减至大约400fpm左右。综合参考图4、5。



以此为基础，拉平中我们把视线向跑道远端转移的过程中，相应的视线俯角a就会不断减小，我们控制飞机往不断转移的瞄准点运动时，飞机的下滑角就会不断减小。从几何的定义来看下降率y=V×sin a也在随着a的减小而减小。如上文的例子中地速160节的情况下，a=0.55时符合波音在B-737训练手册正常接地姿态部分使用的条件：下降率y=150fpm，也就能够实现波音建议的200fpm以内的安全、扎实的“有感着陆”。


由图6、7我们可以清晰地看到减小视线俯角a的方式包括：降低高度h或增加距离d。具体到飞机上，通过跑道入口后飞行员逐渐放远瞄准点并试图使飞机运动轨迹趋势跟上瞄准点的变化，这就带来了不断减小的h和不断变大的d。即使飞行员50ft入口后控制飞机以下滑角0.55度，即飞行员自身瞄准并飞向50÷sin0.55=5200(ft）处，飞机（主轮高约35ft）也能在约35÷sin0.55=3646(ft）处以约150fpm的下降率接地。现实中当然不会发生这样的情况，由于飞机惯性的存在和飞机推力的减少，真实的轨迹变化应该是图8中公式描述的，图9所展示的情况。


而飞行员眼睛的轨迹则如图10，此处接地点与主轮接地点的不同是由于飞机拉平过程中姿态增加导致接地时眼高与主轮高差值变大超过入口时的15ft引起的。图11以等比例展现了飞行员柔和一致带杆控制飞机轨迹以0.55度下滑角即约150fpm下降率接地的飞行员和主轮的运动轨迹，接地距离约1200ft。


以速度为依据调控能量趋势，保证推力、能量动态匹配；通过判断轨迹趋势，及时干预操纵动作，实现“判断—调整—稳定—判断”的闭环操纵，保障进近着陆全程轨迹可控。飞行业内的黄金法则“操纵—〉导航—〉通讯”在这里有着深刻的体现：PF控制飞机操纵装置和推力，在在确保安全的基础上，即俯仰、坡度、侧滑、航向都在规定范围内，实现对飞机运动轨迹，也就是航迹与下降率的控制。而这个飞机运动轨迹绝不是随遇而安的！无论是目视进近还是非精密进近、精密进近，飞机运动轨迹一定要水平轨迹与跑道对正、垂直轨迹与跑道进近剖面吻合。越接近跑道所允许的偏差就越小。进近着陆的过程也就是飞行员尽全力操纵飞机实现飞机运动轨迹与进近着陆轨迹完美重合的过程。如果由于某些原因导致此过程无法在飞行员的常规操纵下实现，也就是实际或预期的偏差大，抑或是飞行员无法判断两种轨迹是否重合，也就是不能见，那么通常情况下就需要中止进近和着陆。通讯也很重要，但本文主要讲进近、着陆，所以也就不做探讨了。
绝大多数进近目视判断是必然的极端关键阶段，尤其是拉平着陆阶段。有人通过目视判断高度，有人通过余光判断下沉。由上文可知这些都是更偏向于对操纵本身的判断，通常情况下都可以实现安全着陆。但当状况恶化：夜航、低能见度、雨中、侧风变化、疲劳、跑道道面起伏大、标高高、非正常形态进近等情况下，再叠加下降率的滞后性（飞行员感知的是下降率，而下降率变化是在运动趋势变化且未得到及时识别与控制的结果），运行的安全可靠性就会大打折扣。而且对于拉平中合适的感觉下降率的习得本身就难，对于飞行经验少、操纵频次低的飞行员更是难上加难。而综合了主视线与余光来对飞机运动轨迹判断和控制的方法，以上述理论为基础既发挥了主视线能看清物体、早发现趋势的优势，又能利用余光对飞机的下降率感觉给飞机垂直轨迹控制以双保险。
三、运动轨迹判断操纵的实施路径与安全优势
（一）分阶段标准化操纵实施
1 进近下滑阶段：能量稳定，匀速控迹
下滑进近阶段，飞行员以主视线锁定瞄准点在机型对应的跑道位置（波音737等大型机多为G/S台所正切的跑道内300米左右处），再结合跑道远端的三点一线，实时判断垂直下沉与水平偏移趋势并应对，使得飞机能量的变化都只体现在速度上，再通过油门调节维持飞机能量平衡，抵消外界扰动带来的速度、下降率波动，在此过程中如何运用注意力分配、偏差修正技巧不是本文重点这里就不赘述了。发动机的化学能与飞机的势能做功克服阻力和气流扰动维持飞机在安全能量区间，此时飞机受力平衡保持基本匀速稳定的下滑轨迹。重点规避下降率忽大忽小，防止轨迹出现波浪式偏差，为后续拉平阶段奠定稳定基础。
2 拉平接地阶段：定量拉杆，补偿升力
飞机在之前的努力后以要求的状态通过跑道入口，拉平阶段飞行员瞄准点逐渐移动至跑道尽头，下滑角逐步减小，飞机势能做功减少，飞机推力同步降低，升力随之衰减，易出现快速下沉。飞行员根据下沉趋势，采用定量、定向的精准拉杆量逐步提升迎角（这里的定量就是使飞行员感觉运动趋势跟随瞄准点移动的杆量），精准补偿升力衰减，平稳减小下降率，实现柔和拉平、平稳接地。全程以主视线结合余光的运动轨迹预判为核心，避免拉杆过量导致姿态过大或拉杆不足引发重着陆。
（二） 相较于传统模式的核心操纵优势
1.实现操纵由被动向主动转变。传统余光感知模式偏差识别滞后、调整被动；运动轨迹预判模式可实时捕捉精细画面、微小角度的轨迹偏差，及时判断扰动影响，做到早发现、早修正、小修正，彻底解决操纵滞后问题。
2.规避典型操纵偏差风险。有效减少频繁推拉杆、S型下滑轨迹、操纵过量或不足等人为操纵问题，实现着陆轨迹全程连续可控，大幅降低平飘过长、姿态过大、偏出跑道、重着陆、擦机尾等高发着陆风险。
3.适配复杂运行环境。面对夜航、侧风、乱流、降雨、低能见度、短跑道、高原机场、非正常形态进近等复杂运行条件，主视线轨迹预判模式具备更强的抗干扰能力，提升着陆阶段安全裕度，适配现代民航高强度、多样化运行场景。
四、多操纵模式融合应用策略
离地高度判断、感觉下降率感知、运动轨迹判断三类操纵方式，并非相互排斥，而是互补融合的有机整体。现代民航飞行员需树立以运动轨迹判断为核心，多维度参考辅助的综合操纵理念。在实际运行中，飞行员应结合机型性能特性、个人飞行经验、身体疲劳状态、实时气象环境、机场跑道条件等因素，合理分配注意力资源。以主视线聚焦瞄准点、判断运动轨迹为核心操纵手段，同时兼顾高度仪表数据参考、余光感知下降率、下沉体感辅助，形成“主轨迹判断+仪表量化+体感辅助”的综合操纵体系。飞行人员应严守民航规章底线，强化情景意识、风险预判意识，持续精进标准化操纵技术，熟练掌握运动轨迹判断操纵方法，精准管控进近着陆全流程安全风险，规避人为因素导致的不安全事件。
五、结语
进近着陆是民航飞行安全的核心关键环节，飞行员着陆操纵方式从单纯判断离地高度，到依靠体感感知下降率，再到精准判断飞机运动轨迹，既是飞行员个人操纵技术的不断完善，更是我国民航安全运行理念、行业标准规范、安全管理能力的全面提升。以主视线隧道视线理论为基础的运动趋势轨迹判断操纵模式，实现了着陆操纵从经验化向标准化、从被动应对向主动控制、从定性感知向定向且定量可控的转变，能够有效防范拉平着陆阶段典型安全风险，提升飞行安全裕度。在民航高质量发展背景下，推广应用该科学操纵方法，完善飞行员标准化操纵训练体系，强化人为因素管控，对保障民航持续安全运行、提升行业整体安全水平具有重要的理论价值与实践意义。飞行人员需坚守安全初心，锤炼过硬操纵本领，以科学规范的操纵守护民航运行安全，助力民航事业安全、健康、高质量发展。