下滑道

飞机在进近着陆的时候飞机相对地面的航迹

下滑道是指飞机在进近着陆的时候飞机相对地面的航迹。

控制

以恒定空速进行五边进近时，下滑道角度和下降率是通过俯仰姿态和升降舵控制的。不管是否使用了电子下滑道参考，最优的下滑道角度是2．5°～3°。在目视进近时，飞行员会有低角度进近的倾向，然而，低角度的进近会增加着陆距离，应该避免这点。例如，不使用推荐的3°而是用2°进近角会增加500ft着陆距离。

一个更加常见的错误是在跑道入口时的高度过高。这会导致不稳定的进近，或者即使稳定但是会变成高的进近。也可能在仪表进近过程中发生高的进近，这时复飞点接近或处于跑道入口。不管是什么原因，在跑道入口上空高度过大极有可能导致在超过正常瞄准点之外的区域接地。在跑道入口上空额外增加50ft高度将大约增加1000ft着陆距离。飞机以准确的高度(跑道上空50ft)到达进近终点的窗口也是很重要的。

影响及改善

通过对下滑道形成的分析,不难看出影响下滑道的因素包括:实际地面的反射状况、天线的高度、反射面的坡度、上下天线的相位、发射机本身的原因等。

（1）实际地面的反射系数

实际地面并不是理想导体,反射信号有一定的损耗,并且随反射角的不同其反射系数R(θ)也不一样,图6给出频率f=10Hz～1GHz的反射系数典型值。

在一年四季中由于地面反射特性的变化(干地、湿地、雪地等),下滑角将发生变化;同样,如果在下滑信号反射区域内出现部分干燥地面和部分潮湿地面,由于干地和湿地的反射系数不同,空中信号合成的幅度也不同,DDM会发生变化,那么下滑道的结构将会变差。

（2）源天线和镜像天线的实际相位差

在理论分析时,认为源天线和镜像天线所发信号平行到达P点,距离差D=2hsinθ,而实际上随着P点的距离不同,距离差D会有所变化。设P点与天线阵的距离为q,夹角为θ,源天线和镜像天线到P点的距离差为，式(7)

可见,随着接收点距离q的减小,镜像天线相位延迟变小,信号合成矢量幅度发生变化,SBO(上天线所发)在空间合成信号变化更大,下滑道的弯曲程度变大,使下滑道产生上翘现象,这也正是所需要的。

（3）CSB和SBO初始相位的影响

通过前面分析,CSB和SBO的初始相位对1区、2区下滑道结构的影响不大,但对3区结构有一定的影响,SBO初相超前,减小3区下滑道上翘程度;SBO初相滞后,增加下滑道上翘程度,在校飞中,可根据需要适当改变SBO初相的办法来改善下滑道的结构,但最大不能超过30°。

（4）发射机功率对下滑道结构的影响

适当减小发射机总功率会对下滑道线性结构有所改善,在同样的反射条件下,总功率的降低,相当于反射能力和造成下滑道弯曲的程度得到改善,当然,发射机功率的降低必须保证空中信号达到ILS覆盖范围。

（5）SBO功率对下滑道结构的影响

适当减小SBO功率,减少位移灵敏度,即增加宽度,对改善下滑道线性结构也有所帮助,一般可将半宽度由0.36°放宽到0.40°。由于位移灵敏度的减小,在同样的反射条件下,减小下滑道弯曲的偏移量,从而使下滑道线性得到改善,这一条可在校飞中作为改善下滑道线性结构的应急措施。

反射点的计算

安装在离地面高度为h的水平极化天线,其反射信号的传播路径。设天线挂高h,下滑角θ,下滑天线到入口处的纵向距离D,，。在距入口处水平距离为L的下滑道上某点P,其反射点距下滑天线的距离S为，式(8)

式(8)中,入口的纵向距离D、下滑角θ、天线挂高h(根据设备类型确定)为已知量,因此反射点的距离S将随接收点的位置不同而发生变化。

（1）反射点纵向距离的计算

设频率f=333.8Hz,下滑角θ=3°,纵向上坡坡度α=0.15°,天线距入口纵向距离D=330m。

零基准天线:下天线挂高:h=λ/4sin(θ-α)=4.52m,上天线挂高:2h=9.04m;

“A”点:L=7408m(按ICAO规定)

代入式(8)得:下天线反射点:S1=85.30m,上天线反射点:S2=168.73m;

“B”点:L=1050m(按ICAO规定)

代入式(8)得:下天线反射点:S1=81.17m,上天线反射点:S2=153.33m;入口处:L=0,入口高度h1=15m,S=h×D/(h+h1)。下天线反射点:S1=76.41m,上天线反射点:S2=124.09m;另外,下滑覆盖范围18km,L=18km处,上天线反射点:S=170.88m。

对于Ⅰ类以上ILS,要求“B”以后经入口直至着陆点的下滑道结构良好,所以纵向反射点距离S=0m,因此可得零基准下滑道反射点纵向范围为0~170.88m;同理可得:M阵下滑道反射点纵向范围为0~255.14m;边带基准下滑道反射点纵向范围为0~128.46m。

考虑到要求下滑信号在宽度(±0.36°)范围内DDM有良好的线性变化,在实际计算时,根据式(8),θ取2.64°,得零基准下滑道反射点纵向范围为0~194m;M阵下滑道反射点纵向范围为0~290m;边带基准下滑道反射点纵向范围为0~146m。

（2）反射点横向距离的计算

设航向宽度为W=2a,航向天线阵距入口的距离为d,下滑天线和跑道中心线的横向距离为z,横向反射点距离，式(9)

设航向宽度W=5°,航向天线阵距跑道入口的距离d=2405m,下滑天线和跑道中心线的横向距离z=130m,根据式(9)计算出下滑天线左右横向反射点的距离为:零基准反射点横向范围为-7.10~9.52m;M阵反射点横向范围为-10.59~14.21m;边带基准反射点横向范围为-5.33~7.15m。

（3）反射区场地保护措施

通过上述计算,已经确定下滑反射区的范围,因此对反射区范围内场地给以严格平整,并建立良好的排水设施,有条件的可在保持反射面平整后铺植一层薄薄的养护短草,以保证反射面的反射系数相同,以使下滑道结构得到良好的改善。通过前面的分析可知,3区内源天线和镜像天线相位延迟减少,式(7)后一项减小,同时反射信号反射角增大,反射系数R(θ)增大如图1所示,因此,“B”点反射点以后的反射区域(敏感区)场地要求更高。通常情况可按图2所示范围进行平整,并在该区内铺上一层沙,这样下雨时不会出现部分积水现象。更好的措施是在反射面平整后铺上一层钢丝网,钢丝网分别与接地极固定,然后再盖上一层薄水泥混凝土,这样既牢固,效果更好。

结构影响原因

保护区环境对下滑道结构的影响

（1）下滑保护区内树木对下滑道结构的影响

在下滑天线反射区内，当信号辐射时，必然有一部分能量被天线阵前方和周围的物体辐射或反射，对信号形成多路干扰，导致航道弯曲或结构变坏。多路径干扰有固定物体干扰和移动物体干扰2个部分组成，如地面的起伏不平，近、远场有建筑物，环场路及公路上的汽车等。

对于Ⅰ类盲降设备下滑道弯曲的幅度有以下规定：覆盖区边缘到C点不得大于0.035DDM（30μA）。航道弯曲极限的推导公式为

航道弯曲极限为固定物体引起的航道弯曲量（X）和移动物体引起的航道弯曲量（Y）的平方和的开方。

如图3所示，我们可以看出由于建筑物对辐射信号形成定向反射，飞机接收到的信号是由直达波和反射波合成。导致的下滑道结构发生变化使飞机偏离正常的航道。考虑固定物体对辐射信号的影响后，再确定移动物体对辐射信号的干扰。

（2）保护区范围内的移动干扰物对下滑道结构的影响

如飞机、车辆等对下滑道的弯曲极限影响可以通过公式推导出来。

通过公式可以确定移动干扰物体对信号影响的最大弯曲量。跑道延长线上的高速公路刚好在A点范围内，无论是高速公路的地基还是路上的车辆都对下滑道结构造成一定的影响。

（3）下滑反射区场地变化等因素的影响

下滑反射区场地的地面反射特性会随四季的变换发生变化。例如反射区杂草长高将会间接改变天线挂高，地面的干湿度的变化、雪地等都会产生不同的反射系数等。由于坡度的影响，天线基础与跑道道面的高度不一致，就相当于改变了天线挂高。从而改变下滑道的正常轨迹，对于Ⅰ类仪表着陆系统，场地标高变化幅度在30cm以内时，将不会发生下滑角告警的现象（天线挂高改变30cm，相应的下滑角误差为0.24°）。如图4所示。

通过图1、图2两种情况，我们可以看出障碍物对下滑道的影响。由于地面的起伏不平，在A点到B点的区域内出现信号反射，造成下滑道的向上弯曲，从而导致下滑道的变形，下滑道结构不好。

载波与边带相位原因造成的下滑道结构不好

发射机内CSB和SBO的相位关系不正确，也会造成下滑道的弯曲。

机载接收机通过比较90Hz和150Hz的调制度来确定下滑道位置的，所以90Hz和150Hz信号在设备发射机内发射的信号要保持一定的调制平衡。对于CSB信号而言，90Hz和150Hz的调制度是相等的，所以DDM为0。对于SBO场型而言，90Hz和150Hz的相位刚好反相，即+150Hz和-90Hz，SBO信号的+150Hz加强了右侧的150Hz信号，而-90Hz削弱了CSB的90Hz信号。因而在下滑道的下边90Hz信号减弱，造成了150Hz大于90Hz的结果。下滑道上边的情况恰恰相反，为90Hz大于150Hz。相位正交的C+SB90和C+SB150分别输入90°混合器的相邻的2个端口求积分，在另外2个端口得出载波加边带（CSB）和纯边带（SBO）。如图5所示。

混合器的输入端的C+SB90和C+SB150功率不平衡，会导致SBO端口的SB90和SB150间功率不平衡，会使CSB端口的90Hz和150Hz的调制深度不相等，使DDM不为0。出现下滑道偏移的情况，导致结构不好。

天线阵子的偏移对下滑道结构的影响

下滑天线十几米高，所以不能安装在跑道表面，横向距离一般在120米左右。天线的这种偏移对辐射信号的质量只有1个小的影响，最显著的影响是0DDM的轨迹不再是1条精确的直线，而在最后的几百米有1个双曲弯曲甚至上翘。

如图6所示，上天线和下天线发射到跑道中心线由于路径差而导致相位差θ，路径差在2个天线单元的辐射场之间产生了1个相位差，从而导致CSB和SBO的音频信号90Hz和150Hz由于相位出现偏差，不能吻合，以至于飞机接收不到正确的下滑道信号，也就是说，在理论的下滑道上DDM值不为0。

为了补偿这个影响，天线单元要进行偏移，这个偏移要使每个天线单元到跑道中心的距离相等。如图7所示。计算偏移量用下面的公式

其中，上天线向跑道偏移Δ/2，下天线偏离跑道Δ/2。Hu为上天线高度，Hl为下天线高度，d为下滑天线到跑道中心线的距离。天线阵子的偏移量如果不准确，会直接导致下滑道的结构不好，产生错误的下滑道，直接影响着陆飞机的正常降落。

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