[科普中国]-自动着陆

在航空领域，自动着陆（autoland）是指由机载自动飞行系统完全控制航空器，进行着陆飞行的过程。此时航空器驾驶员只是监视飞行状态，在出现异常时才进行人工干预。

概要自动着陆系统多数设于大型客机上，在跑道视程低于600米或者是特殊进场情况下使用。在使用上需要配合仪器降落系统的信号和飞机上导航计算机同时运作。而使用者(飞行员))必需具备相关的认证才可以执行自动着陆。

传统上，自动着陆系统非常昂贵，在小型飞机上很少见。然而，随着显示技术的发展，平视显示器（HUD）的增加允许训练有素的飞行员使用来自飞行引导系统的引导线索来手动飞行飞机。这显著降低了在非常低的能见度下运行的成本，并且允许未配备自动着陆的飞机在较低的前视能见度或跑道可视范围（RVR）下安全地手动着陆。1989年，阿拉斯加航空公司成为世界上第一家使用平视引导系统在FAA第三类天气（浓雾）上手动降落载客客机（波音B727）的航空公司。1

发展全天候着陆技术的发展已经经历了半个多世纪的时间。由于客观气象条件的原因，这项技术首先在英国受到重视，20世纪50年代以后美、法等国家也都积极开展了这方面的研究工作。
英伦三岛多雾的天气促使英国成为最早建立航空工业的国家之一。在第二次世界大战后的第一个十年里(大约为1946年~1956年)，以英国皇家飞机公司的盲降实验机构为代表开始进行自动着陆基本原理方案的探讨，在不同类型的飞机上进行了上万次的自动着陆试验，重点是改善自动驾驶仪与仪表着陆系统祸合器、无线电高度表及方位引导系统。
1957年~1968年这段时间是全天候着陆系统获得更大进展并开始付诸实际应用的时期。这一阶段的早期工作是集中于多重系统的研制，以解决系统的可靠性问题。因此，飞行控制系统的余度技术首先是伴随自动着陆系统的研制发展起来的。随之，在民用飞机方面重点解决了如下几个方面的问题：

(1)仪表着陆系统作为进场导引系统的合理性及生命力。
(2)低能见度环境下系统工作安全性要求的定量化。
(3)外界干扰(无线电干扰、各种风干扰)的限制。
(4)使驾驶员和旅客接受自动着陆系统及进行系统的性能考验、批准和颁发合格程序。

(4)使驾驶员和旅客接受自动着陆系统及进行系统的性能考验、批准和颁发合格程序。1

自动着陆系统自动着陆系统是引导航空器着陆的自动控制系统，由地面设备和机上设备两部分组成。目前世界上主要有仪表着陆系统（ILS）、微波着陆系统、全球定位系统三种方式。

在飞机的应用自从飞机问世以来很长一段时间，飞机的进近和着陆都是依靠驾驶员的目视操作完成。随着飞机速度的提高，体积的增大，驾驶员目视操作着陆越来越难。尤其对于现代的大型民航客机而言，要实现飞机的安全、准确地进近和着陆，必须依靠一套非常精确的着陆引导系统的帮助。这套系统包括飞机上安装的信号接受设备和机场安装的引导信号发射装置。正是这些引导系统的存在，才使得现代民航客机在极低的能见度下实现安全降落成为可能，当然，也正是这些引导信号为飞机自动飞行系统提供了正确的进近和着陆的飞行轨迹，引导飞机安全的降落在跑道上，实现飞机着陆自动控制。1

在无人机的应用无人机自主起飞和着陆作为自主控制关键技术中的一个重要内容，它是实现无人机的回收和重复使用的前提。根据作战性能要求，无人机具有多架次同时起降，机场靠近战斗前沿等特点，因此要求无人机能够在无固定跑道或短距离跑道的小型机场上起飞，使用带起落架的短距或垂直起降方式。起飞相对于着陆来说更简单，主要包括加速滑跑和离地爬升两个阶段，当起飞条件满足时，通过较简单程序控制就可以实现起飞，对系统的自主性没有太大的要求;而着陆阶段则比较复杂，需要无人机具有高精度自主定位导航、鲁棒着陆轨迹跟踪能力。据统计，由于无人机在着陆时，操纵复杂，地面干扰因素多，因此发生事故的概率比正常飞行时高出好几倍。1

例子假设一架747-400客机在成田国际机场进场时遇上低能见度天气：

在飞行员截获仪表降落系统（ILS Instrument Landing System）后，飞行员可以选择采用自动落地或者目视跑道后断开自动驾驶进行手动降落。

起落架差不多触地时，飞机上的仪器靠测距仪和无线电高度表得知了飞机已到了跑道接地区（touchdown zone），而调整落地姿态，平飘（Flare）。同时，自动导航计算机随机选择大约触地位置来减低对跑道的损害。

接地后，飞行员会打开引擎反推，自动煞车和自动减速板打开。飞行员会关掉自动导航电脑，自动降落过程完成。2

使用和限制自动着陆并不是所有情况也可以使用，以747-400客机为例，手册写到使用自动降落最多逆风是25海里，最大顺风是10海里，最大侧风是25海里。除此之外，还要引擎反推，自动煞车和自动减速板运作正常，超出了任何一个限制机上的电脑是不会允许进入自动降落的操作。 同时，飞机要进行自动降落也要机场有一定的设备支持：跑道需要配备仪器降落系统(ILS Instrument Landing System)；跑道摩擦系数满足要求；能够保障对有关设备持续供电。2

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所