基于BCOP的航迹预测和飞行优化研究

胡晓晨

摘 要：针对目前空域拥堵造成资源紧张、航空事故增多;以及各主体对经济性飞行越来越重视的现状，本文引进了四维航迹的概念，并借助波音公司的飞行爬升性能软件辅助其分析。先对软件进行了简单介绍，随后通过对特定机型运行昆明长水-巫家坝国际机场的一离场程序进行分析，研究了其对航迹的四维预测，以及分析了相关参数变化对航空器飞行经济性的影响，对相关用户决策具有一定的指导作用。

关键词：BCOP;四维航迹;垂直剖面;水平剖面;飞行经济性

随着航空业的迅猛发展，一方面，空域资源变得越来越紧张，由于空域拥堵造成的间隔丢失问题，以及由此造成的航空事故在逐渐增加。目前精准预测航迹，合理规划空域资源成为了研究的一大重点。另一方面，航空公司、机场、管制单位等对于飞行的经济性和有效性提出了更高的要求，如何通过调整飞机性能参数，优化航迹，降低燃油成本，合理利用飞机等，也成为了航空公司等主体追求的目标。

四维航迹可以很好的解决目前我国所面临的空中交通拥堵问题，同时也可以提高时间、空间资源和各种设备的利用率和工作人员的工作效率。4D航迹是未来我国民用航空导航方法的主要发展方向。

通过计算航班按给定航线飞行的飞行剖面获得航班的时间与空间和飞行位置信息。根据航班的飞行时间，模拟航班的飞行过程，得到航班的四维飞行剖面，有利于管制员对某一时段空中交通流量的管制。本文涉及的波音公司的飞行爬升性能分析软件（BCOP软件）对于四维航迹的研究具有较好的辅助作用。BCOP可以根据飞行计划，设置相应的环境参数和飞机性能参数，以及定义剖面的相关参数，实现飞机沿预定航迹、预定时间飞行。因此，借助该软件可以分析与航空器飞行直接相关的因素，通过控制相关参数的变化，优化航迹，实现航空器的经济性运行。本文将借助BCOP软件研究昆明长水-巫家坝国际机场（ICAO代码ZPPP）离场程序航迹信息，并分析相关参数的变化对离场程序以及飞机飞行的影响，从而为相关用户进行冲突预防、以及飞机经济性飞行提供一定的参考。

1 软件介绍

BCOP是波音公司开发的一种用于航空器航线分析的软件。通过预先将飞行计划信息以相关参数的形式输入，向用户输出飞机预计运行的结果，以图形界面或报告的形式。该结果在三维航迹的基礎上与时间相关联，为管制员和飞行员提供决策支持。在有限的空域内，通过控制飞机进入空域时间，有效预防冲突，进而缓解空域资源紧张状况。

该软件参数输入界面包含这样几个模块：计算模块（computation）：查看计算结果和设置输出报告类型、飞机配置模块（airplane configuration）：选择需要计算的飞机机型和发动机类型、机场信息模块（airport information）：设置航空器运行机场和跑道相关参数、气压高度选择模块（pressure altitude selection）：显示机场所在位置标准海平面气压、水平和垂直导航模块（vertical and lateral navigation）：定义飞行过程中离场程序对应的垂直剖面和水平剖面、初始条件模块（initial conditions）：主要设置航空器起飞重量以及起飞过程中襟翼偏度等参数、航班开始条件（in-flight starting conditions）：根据需要飞行的水平剖面，设置飞机从跑道起飞后每一航段的初始状态参数。

另外，该软件还具有输出参数选择模块（output parameter selection），主要用于查看生成的航迹图，包括垂直剖面和水平剖面，并可根据需要选择相关参数生成分析报告。该软件通过设置界面一中的相关输入信息，执行后，模拟相关进离场程序飞行，得到界面二中所示航迹图和相关参数变化情况。

2 条件输入

在进行上述界面设置时，需要提前建立相应的数据库并事先导入软件中，用于后续计算。而这些数据库应该包含机型数据、机场数据、跑道数据等。

2.1 机场及跑道信息

机场及跑道基本信息是进行航空器进离场分析的关键，因此前期需要将机场相关信息完整得导入该软件中，具体应该包括机场名、机场标高、机场位置信息、导航台设施、以及跑道详细信息，见图3。

由上图可知，长水巫家坝机场基准点标高较高，达到了六千多英尺，属于高原机场，另外，从上述数据库中经纬度数据能得到机场精确位置信息，作为该机场起飞主用跑道——03号跑道，其具体参数信息被定义，此外还有定义该机场区域的几个导航台，包括KMG、LXI、QB、SL具体位置信息。

2.2 垂直剖面的定义

某机型飞机在长水机场起飞，预先定义的全发工作离场垂直剖面如下表：

以上若干航段是航空器在起飞过程中历经的速度、高度或推力变化，由上述变化关键节点处相关信息可以定义出航空器垂直方向上航迹动态。

2.3 水平剖面的定义

对于一作离场飞行的航空器，其离场程序有多种，不同种类离场程序会得到不同的飞行航迹。通过事先定义航空器离场程序，可以预测航空器预计航迹，分析航空器的越障性能，以及分析相关参数，对航线进行经济性分析。

对该机场GMA-1D离场程序的水平剖面定义如下：

第一段：飞航向33度;转到新航向230度;转弯点为DME台3.5NM，左转，转弯坡度角为15度;

第二段：飞航向230度;切入KMG新径向线（导航台244度，背台飞行）;自动转，右转弯，转弯坡度角为15度;

第三段：沿KMG径向线244度飞行（背台）;不转弯;结束点为飞机飞行至气压高度为20000ft处。

3 结果分析与应用

3.1 四维航迹预测