一种飞行计划垂直航路规划方法及系统技术领域
本发明属于飞行管理技术领域，具体涉及一种飞行计划垂直航路规划方法及系
统。
背景技术
现代飞行管理系统的重要组成部分之一是飞行计划垂直航路，飞行管理系统机载
飞行计划垂直航路主要来自于地面飞行计划垂直航路规划后形成的结果，地面飞行计划垂
直航路是飞行管理系统机载飞行计划垂直航路在垂直导航过程中进行正确垂直导航及导
引的原始依据，如图2所示。
传统的飞行计划垂直航路规划过程是手工过程，只能通过人工查阅性能手册，并
进行人工制定飞行计划垂直航路，效率低下，需要消耗大量的人工精力和时间才能规划飞
行计划垂直航路。
其次，为了满足机载飞行管理系统实时预计或修改飞行计划垂直航路需求，以及
满足性能预计的需求，在机载飞行管理系统及软件中，原始的处理方法是直接移植地面大
型的飞行性能计算软件，会造成机载计算机消耗大量的计算资源，包括占用大量CPU处理时
间和占用大量内存，使得飞管计算机不能或降低效率完成其他优先级高的任务，比如导航
任务，不能满足整个航空电子系统的实时性要求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种飞行计划垂直航路规划方法及系统，预先
进行飞行性能数据处理，生成各种数据库文件，通过访问数据文件和二次处理数据的形式，
以满足飞行管理垂直航路规划和机载分析状态下实时预计的要求。
本发明首先提供了一种飞行计划垂直航路规划方法，包括：
S1、获取飞机的气动外形数据、发动机性能数据以及飞机在飞行过程中的飞行性
能数据，并依次构建气动模型数据库、发动机模型数据库以及飞行过程各阶段性能数据库，
所述飞行过程包括飞机的起飞阶段、爬升阶段、巡航阶段、下降阶段以及着陆阶段；
S2、获取在若干不同发动机性能状态下以及不同外部环境条件下的多组飞机飞行
过程各阶段的耗油量、行进距离及时间；
S3、根据步骤S1中获得的数据及实时的外部环境，采用插值法计算飞机飞行过程
各阶段的耗油量、行进距离及时间，从而构建飞行计划垂直航路规划。
优选的是，所述飞行计划垂直航路规划的顺序依次为：
选择起飞机场、起飞跑道、着陆机场以及着陆跑道，并获取各机场及跑道的外部环
境信息；
根据起飞机场及起飞跑道确定起飞阶段航路；
根据起飞阶段航路确定爬升阶段航路；
根据着陆机场及着陆跑道确定着陆阶段航路；
根据着陆阶段航路确定下降阶段航路；
根据爬升阶段航路及下降阶段航路确定巡航阶段航路。
上述方案中优选的是，所述步骤S1及步骤S2在地面加载站完成，步骤S3在机载飞
行管理系统中完成。
本发明另一方面提供了一种飞行计划垂直航路规划系统，包括：
气动模型数据库，用于存储飞机的气动外形数据；
发动机模型数据库，用于存储发动机性能数据；
飞行过程各阶段性能数据库，用于存储飞机在飞行过程中的飞行性能数据，所述
飞行过程包括飞机的起飞阶段、爬升阶段、巡航阶段、下降阶段以及着陆阶段；
飞行计划垂直航路信息数据库，用于存储若干不同发动机性能数据以及不同外部
环境数据条件下的多组飞机飞行过程各阶段的耗油量、行进距离及时间；
飞行计划垂直航路规划模块，用于根据实时的外部环境以及所述飞行计划垂直航
路信息数据库存储的信息，计算飞机飞行过程各阶段的耗油量、行进距离及时间，进而规划
飞行计划垂直航路。
优选的是，所述飞行计划垂直航路模块包括：
读入单元，用于读取起飞机场、起飞跑道、着陆机场以及着陆跑道的外部环境信
息；
起飞阶段航路确定单元，用于根据根据起飞机场及起飞跑道确定起飞阶段航路；
爬升阶段航路确定单元，用于根据起飞阶段航路确定爬升阶段航路；
着陆阶段航路确定单元，用于根据着陆机场及着陆跑道确定着陆阶段航路；
下降阶段航路确定单元，用于根据着陆阶段航路确定下降阶段航路；
巡航阶段航路确定单元，用于根据爬升阶段航路及下降阶段航路确定巡航阶段航
路。
上述方案中优选的是，所述飞行计划垂直航路模块设置在机载飞行管理系统中，
能够读取并识别由地面加载站传送来的飞行计划垂直航路信息数据库文件。
本发明利用地面军民两用飞行计划垂直航路规划方法和相关的设备及系统，具备
以下优点：1)存储飞行管理相关的各种正常飞行条件下的基本性能及垂直导航信息；2)存
储异常飞行条件下(单双发失效模式)性能及垂直导航信息；3)快速规划与创建多组军民用
飞行计划垂直航路；4)灵活更改和调整多组军民用飞行计划垂直航路；5)通过地面加载设
备加载后，用于机载飞行管理系统。
通过地面飞行管理飞行计划垂直航路规划系统及设备规划完成完整飞行计划垂
直航路，形成数据文件，通过加载卡，加载到机载飞行管理系统，供飞行过程中执行飞行计
划垂直航路使用。
附图说明
图1为本发明飞行计划垂直航路规划系统一优选实施例的机载性能数据库结构示
意图。
图2为垂直航路与水平航路规划示意图。
图3为本发明图1所示实施例的飞行管理飞行计划级垂直航路数据表创建过程示
意图。
图4为本发明图1所示实施例的规划的飞行计划垂直航路数据文件形成过程示意
图。
图5为本发明图1所示实施例的机载性能数据库数据文件生成、加载和飞行管理系
统应用过程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中
的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类
似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明
一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用
于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人
员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下
面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、
“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所
示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装
置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护
范围的限制。
本发明提供了一种飞行计划垂直航路规划方法及系统，预先进行飞行性能数据处
理，生成各种数据库文件，通过访问数据文件和二次处理数据的形式，以满足飞行管理垂直
航路规划和机载分析状态下实时预计的要求。
本发明首先提供了一种飞行计划垂直航路规划方法，包括：
S1、获取飞机的气动外形数据、发动机性能数据以及飞机在飞行过程中的飞行性
能数据，并依次构建气动模型数据库、发动机模型数据库以及飞行过程各阶段性能数据库，
所述飞行过程包括飞机的起飞阶段、爬升阶段、巡航阶段、下降阶段以及着陆阶段；
S2、获取在若干不同发动机性能状态下以及不同外部环境条件下的多组飞机飞行
过程各阶段的耗油量、行进距离及时间；
S3、根据步骤S1中获得的数据及实时的外部环境，采用插值法计算飞机飞行过程
各阶段的耗油量、行进距离及时间，从而构建飞行计划垂直航路规划。
在步骤S1中，首先获取飞机的气动外形数据、发动机性能数据以及飞机在飞行过
程中的飞行性能数据，并依次构建气动模型数据库、发动机模型数据库以及飞行过程各阶
段性能数据库，所述飞行过程包括飞机的起飞阶段、爬升阶段、巡航阶段、下降阶段以及着
陆阶段。参考图1中左侧三个数据库。
可以理解的是，图2是飞机执行一次飞行的全过程示意图，飞机的一次飞行包括起
飞阶段、爬升阶段、巡航阶段、下降阶段以及着陆阶段，在进行航路规划设计时，既要进行垂
直航路规划又要进行水平航路规划，图示中，所述起飞阶段是指飞行高度在400英尺以下。
本实施例中，步骤S1中构建的气动模型数据库，主要由升力系数、阻力极面等飞机
气动外形数据组成的数据库，所述的发动机模型数据库主要由发动机推力模型和耗油特性
数据组成的数据库，包含各种推力模式、推力限制、推力使用状态数据及对应的耗油特性数
据。
可以理解的是，上述发动机模型数据库中的数据主要用来计算以下数据：
1)用来完成计算每个阶段推力限制的数据(起飞阶段、最大连续爬升阶段、最大速
度巡航阶段)。
2)用来完成减推力起飞和假设温度起飞阶段的数据；
3)进气道风门使用状态下的相关数据；
4)剩余推力设置；
5)在推力、燃油流量、颤振阻力之间的关系数据；
6)推力设置参数(压缩比或N1转数)。
步骤S1中还包括构建飞行过程各阶段性能数据库，主要是指起飞/进场着陆基本
性能数据库和空中飞行性能基本性能数据库。
其中，起飞/进场着陆基本性能数据库主要用于以下数据的计算：
1)完成计算V1、VR和V2速度的数据；可以理解的是，V1是起飞决断速度，飞机起飞
滑跑增速至V1前，如果单发停车，或有其他危害飞行安全的情况发生，应终止起飞，如果表
速已超过V1，那么在标准跑道长度的情况下，前面已经没有足够长的跑道停下来，应继续起
飞；VR是抬前轮速度，一般保持10-15度上仰姿态角；V2是安全起飞速度，离地后、适当调整
姿态角，尽快加速至V2，并继续加速至标准爬升速度；
2)进场着陆速度数据；
3)爬升速度数据。
空中飞行性能基本性能数据库主要用于以下数据的计算：
1)主要包括飞行各阶段的速度计划、高度数据以及其他性能参数和性能限制。
2)经济性爬升速度数据(所有发动机失效状态及单台失效状态)；
3)经济性巡航速度数据(所有发动机失效状态及单台失效状态)；
4)经济性下降速度数据(所有发动机失效状态及单台失效状态)；
5)进场阶段下飘速度数据；
6)等待航线飞行速度数据；
7)最大持续飞行速度数据；
8)久航速度数据(LRC)；
9)最大爬升角爬升速度数据；
10)最大爬升率爬升速度数据；
11)襟翼/缝翼/起落架使用状态下的速度；
12)最大飞行高度(所有发动机失效状态及单台失效状态)；
13)起飞时间、燃油、起飞距离数据；
14)复飞时间、燃油、飞行距离数据；
15)备用飞行计划时间、燃油、飞行距离数据；
16)最优高度/最优梯度爬升下的重量数据；
17)燃油和重量间的关系数据。
步骤S2、获取在若干不同发动机性能数据以及外部环境数据条件下的多组飞机飞
行过程各阶段的耗油量、行进距离及时间，参考图1中右侧的数据库。下面分别对飞机一次
飞行的五个阶段分别进行描述：
起飞阶段：根据不同的推力模式，在不同的机场气压高度、温差、总重、及初始爬升
速度条件下，计算所述起飞阶段飞行距离、时间和燃油消耗量；
爬升阶段：根据不同的爬升模式，在不同的机场气压高度、总重、指示空速/马赫
数、温差条件下，计算所述爬升阶段飞行距离、时间和燃油消耗量、爬升高度；
巡航阶段：根据不同的爬升模式，在不同的高度、总重、指示空速/马赫数、温差条
件下，计算所述巡航阶段燃油流量、距离和时间；
下降阶段：根据不同的爬升下降模式，在不同的高度、总重、指示空速/马赫数、温
差以及垂直路径角(VPA角)条件下，计算所述下降阶段的燃油流量、距离和时间；
进近着陆阶段：在机场气压高度、总重、及最终下降速度条件下，计算所述进近着
陆阶段飞行距离，时间和燃油消耗量。
以起飞阶段信息数据库为例，分别计算1000m、2000m……10000m的跑道距离下、温
差为10℃、初始爬升速度为vx时的对应的起飞时间/耗油量；
同时，计算在初始爬升速度分别为vy、vm、vn时、跑道距离为3000m、温差为10℃时
的对应的起飞时间/耗油量；等等，并根据这些数据形成起飞阶段信息数据库。其它阶段信
息数据库构建原理相同。
步骤S3中，在步骤S1中获取得飞机的气动外形数据、发动机性能数据以及飞机在
飞行过程中的飞行性能数据和步骤S2中构建的多组飞机飞行过程各阶段的耗油量、行进距
离及时间(飞行计划垂直航路信息数据库)基础上，设计飞行计划垂直航路完整的垂直航路
信息结构，规划军民两用飞行管理飞行计划垂直航路流程，如图3所示，具体如下：
第1步，创建垂直导航飞行过程各阶段航路表
包括起飞阶段航路表--起飞机场气压高度、总重、温差、初始爬升速度、起飞阶段
航路飞行距离、时间及燃油消耗量，增加垂直导航元素特征信息，具备排序、检索、增加、插
入(前插、后插)、删除某个航路功能；
包括爬升阶段航路表---起飞机场气压高度、总重、温差、指示速度/马赫数、爬升
阶段航路飞行距离、时间及燃油消耗量，增加垂直导航元素特征信息，具备排序、检索、增
加、插入(前插、后插)、删除某个航路功能；
包括巡航阶段航路表---总重、温差、指示速度/马赫数、巡航阶段航路飞行距离、
时间及燃油消耗量，增加垂直导航元素特征信息，具备排序、检索、增加、插入(前插、后插)、
删除某个航路功能；
包括下降阶段航路表---着陆机场气压高度、总重、温差、指示速度/马赫数、下降
阶段航路飞行距离、时间及燃油消耗量，增加垂直导航元素特征信息，具备排序、检索、增
加、插入(前插、后插)、删除某个航路功能；
包括着陆阶段航路表---着陆机场气压高度、总重、温差、指示速度/马赫数、着陆
阶段航路飞行距离、时间及燃油消耗量，增加垂直导航元素特征信息，具备排序、检索、增
加、插入(前插、后插)、删除某个航路功能。
还可以包括特殊任务阶段航路表---机场气压高度、总重、温差、指示速度/马赫
数、特殊任务阶段航路飞行距离、时间及燃油消耗量，增加垂直导航元素特征信息，具备排
序、检索、增加、插入(前插、后插)、删除某个航路功能。
以爬升阶段航路表为例进行说明，构建的表中行表示不同任务阶段，例如第一任
务阶段，从第一机场的第三跑道至第二机场的第二跑道，第二任务阶段，从第二机场的第一
跑道至第五机场的第四跑道，构建的表中列表示，在对应任务阶段下的爬升时间、耗油率。
可以理解的是，仍以上述任务对下降阶段航路表进行描述，构建的下降阶段航路
表与爬升阶段航路表行表示内容一致，列表示为对应阶段的下降时间、耗油率。上述表中列
值计算过程由插值法根据步骤S2确定。
第2步，创建飞行计划级垂直航路表，飞行计划垂直航路规划顺序如下：起飞机场-
起飞跑道-起飞阶段航路-爬升阶段航路-着陆机场-着陆跑道-着陆阶段航路-下降阶段航
路-巡航阶段航路，最后连接生成飞行计划级垂直航路。具体的：
1)在飞行计划垂直航路表中，从机场列表和关联的跑道列表中，选择起飞机场、起
飞跑道，着陆机场，着陆跑道；
2)在飞行计划垂直航路表中，根据起飞机场，起飞跑道，分别插值计算起飞阶段航
路；
3)在飞行计划垂直航路表中，根据起飞阶段航路，分别插值计算爬升阶段航路；
4)在飞行计划垂直航路表中，根据着陆机场，着陆跑道，分别插值计算着陆阶段航
路；
5)在飞行计划垂直航路表中，根据着陆阶段航路，分别插值计算爬升下降阶段航
路；
6)在飞行计划垂直航路表中，根据起飞阶段航路、爬升阶段航路、爬升下降阶段航
路、着陆阶段航路，分别插值计算巡航阶段航路；
7)在飞行计划垂直航路表中，将以上各个阶段垂直航路连接，形成完整的飞行计
划垂直航路表，在此基础上，增加添加、删除、更改、排序、检索等编辑功能。
8)根据具体任务需求，按照飞行计划垂直航路标识，或起飞机场、起飞跑道、着陆
机场和着陆跑道，调取创建的飞行计划垂直航路。
根据图4、图5，机载飞行管理系统中的飞行计划垂直航路规划系统工作过程(先民
用后军用)实施步骤如下：
第1步：运行地面飞行性能计算软件数据文件生成民用机载性能及垂直航路导航
数据文件(txt)---基本信息数据；
第2步：在机载民用垂直航路导航数据文件基础上，分别编辑和添加军用任务垂直
航路导航信息；
第3步：根据军民用飞机飞行管理起飞阶段需求或功能，生成军民用起飞阶段性能
信息数据文件；
第4步：根据军民用飞机飞行管理爬升阶段需求或功能，生成军民用爬升阶段性能
信息数据文件；
第5步：根据军民用飞机飞行管理巡航阶段需求或功能，生成军民用爬升阶段性能
信息数据文件；
第6步：根据军民用飞机飞行管理下降阶段需求或功能，生成军民用下降阶段性能
信息数据文件；
第7步：根据军民用飞机飞行管理下降阶段需求或功能，生成军民用着陆阶段性能
信息数据文件；
第8步：根据军民用飞机飞行管理爬升阶段飞行计划垂直航路需求或功能，生成军
民用起飞阶段垂直航路信息数据文件；
第9步：根据军民用飞机飞行管理爬升阶段飞行计划垂直航路需求或功能，生成军
民用爬升阶段垂直航路信息数据文件；
第10步：根据军民用飞机飞行管理巡航阶段飞行计划垂直航路需求或功能，生成
军民用巡航阶段垂直航路信息数据文件；
第11步：根据军民用飞机飞行管理下降阶段飞行计划垂直航路需求或功能，生成
军民用下降阶段垂直航路信息数据文件；
第12步：根据军民用飞机飞行管理着陆阶段飞行计划垂直航路需求或功能，生成
军民用着陆阶段垂直航路信息数据文件；
第13步：根据飞行计划垂直航路信息结构组成，生成军民用飞行计划垂直航路信
息数据文件。
第14步：将以上数据文件从地面加载站传给加载卡，再通过加载卡座传输给机载
设备。
在以上基础上，规划军民用飞行计划垂直航路，包含生成、添加、删除、更改、排序
及检索单项或多项飞行计划垂直航路，以满足各种编辑军民用飞行计划垂直航路的要求。
本发明还提供了一种飞行计划垂直航路规划系统，包括：
气动模型数据库，用于存储飞机的气动外形数据；
发动机模型数据库，用于存储发动机性能数据；
飞行过程各阶段性能数据库，用于存储飞机在飞行过程中的飞行性能数据，所述
飞行过程包括飞机的起飞阶段、爬升阶段、巡航阶段、下降阶段以及着陆阶段；
飞行计划垂直航路信息数据库，用于存储若干不同发动机性能数据以及不同外部
环境数据条件下的多组飞机飞行过程各阶段的耗油量、行进距离及时间；
飞行计划垂直航路规划模块，用于根据实时的外部环境以及所述飞行计划垂直航
路信息数据库存储的信息，计算飞机飞行过程各阶段的耗油量、行进距离及时间，进而规划
飞行计划垂直航路。
所述飞行计划垂直航路模块包括：
读入单元，用于读取起飞机场、起飞跑道、着陆机场以及着陆跑道的外部环境信
息；
起飞阶段航路确定单元，用于根据根据起飞机场及起飞跑道确定起飞阶段航路；
爬升阶段航路确定单元，用于根据起飞阶段航路确定爬升阶段航路；
着陆阶段航路确定单元，用于根据着陆机场及着陆跑道确定着陆阶段航路；
下降阶段航路确定单元，用于根据着陆阶段航路确定下降阶段航路；
巡航阶段航路确定单元，用于根据爬升阶段航路及下降阶段航路确定巡航阶段航
路。
所述飞行计划垂直航路模块设置在机载飞行管理系统中，能够读取并识别由地面
加载站传送来的飞行计划垂直航路信息数据库文件。
本发明利用地面军民两用飞行计划垂直航路规划方法和相关的设备及系统，具备
以下优点：1)存储飞行管理相关的各种正常飞行条件下的基本性能及垂直导航信息；2)存
储异常飞行条件下(单双发失效模式)性能及垂直导航信息；3)快速规划与创建多组军民用
飞行计划垂直航路；4)灵活更改和调整多组军民用飞行计划垂直航路；5)通过地面加载设
备加载后，用于机载飞行管理系统。
通过地面飞行管理飞行计划垂直航路规划系统及设备规划完成完整飞行计划垂
直航路，形成数据文件，通过加载卡，加载到机载飞行管理系统，供飞行过程中执行飞行计
划垂直航路使用。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽
管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然
可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替
换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精
神和范围。