¿Existe un manual que describa el procedimiento algorítmico en el que se basa la Guía de navegación vertical?

Para esta respuesta:

• Requisito de altitud estricta: una altitud fija a la que debe estar un avión. (por ejemplo, 7000 pies)
• Requisito de altitud suave: una ventana de altitudes en las que debe estar la aeronave (p. ej., aprox. 3500 pies, entre 9000 pies y 12000 pies)
• Usando un 757 para todos los ejemplos a menos que se especifique lo contrario.

Un FMS simple puede simplemente asumir y usar el mínimo de un requisito suave como la altitud deseada, como usted indicó correctamente.

Sin embargo, en aviones comerciales, es mucho más común usar lo que se llama un "Índice de costos" (CI) para calcular velocidades, tasas de ascenso y similares. El índice de costos se puede calcular así:

CI = (Time cost/hr)/(Fuel cost/lb)

Un CI de 9999 significa que el FMC apuntará a la velocidad máxima operativa (VMO) en cada etapa del vuelo. Mientras que un CI de 0 dará como resultado que el FMS apunte a lo siguiente: +=================================+===============+===============+ | Climb | Cruise | Descent | +=================================+===============+===============+ | Minimum fuel to cruise altitude | Maximum Range | Max L/D ratio |

Eso conducirá a las siguientes velocidades: +============+=======+========+========+ | Cost Index | Climb | Cruise | Descent| +============+=======+========+========+ | 0 | 290kn | .778m | 250kn | +------------+-------+--------+--------+ | 9999 | 345kn | .847m | 334kn | +------------+-------+--------+--------+ ahora que tenemos velocidades de ascenso, podemos trabajar hacia atrás para calcular la mejor tasa de ascenso o descenso para esta velocidad (no puedo encontrar una fuente confiable para esto, así que ahí es donde terminan los ejemplos prácticos) . De aquí; TOD, TOC y TTC. Siempre que un FMS pueda permanecer en su mejor velocidad de CI para cumplir con un requisito de altitud, lo hará. De lo contrario, alterará la mejor velocidad de CI en la menor cantidad posible para cumplir con los requisitos.

Una buena lectura (discutible) es este informe de MITRE , una organización de seguridad de la información. Descubrieron que la mayoría de los FMS probados tenían muy poca variación en el momento en que comenzaron los descensos y ascensos, así como las altitudes para un IC fijo. También encontraron que los estándares RTCA para RNP, llamados RTCA DO-236, generalmente se cumplieron en todos los FMS probados. Eso significa que se cumplió lo siguiente:

... las tolerancias para un vuelo a lo largo de una trayectoria vertical especificada son 160' para 0'- 5000', 210' para 5000'-29000' y 260' para 29000'- 41 000

MITRE también dice:

Si se encuentra un punto de ruta anterior antes de que se haya alcanzado la altitud de la restricción especificada para ese punto de ruta, se adopta la altitud de restricción del punto de ruta para la altitud de trayectoria de referencia en el punto de ruta.

Ahora, armado con nuestras nuevas tasas y velocidades de ascenso basadas en CI, mi otra respuesta se puede usar para terminar nuestros cálculos y determinar dónde (en la dimensión Z) la aeronave alcanzará un requisito suave.

Programé un FMS virtual para probar nuevas vías respiratorias y STAR, y estoy completamente de acuerdo con el comentario dejado por @MikeBrass. En última instancia, no existe un estándar sobre cómo los sistemas FMS completan esta tarea siempre que obtengan el mismo resultado.

Es trigonometría muy simple y otros conceptos matemáticos de nivel secundario. El FMS conoce las coordenadas 3D del waypoint (las llamaremos X2, Y2, Z2), así como las coordenadas GPS actuales, la altitud, el rumbo verdadero y una miríada de otros sensores que utiliza para calcular la posición actual de la aeronave en espacio (X1,Y1,Z1). También utiliza las diferencias en GPS GS y CAS para calcular la componente delantera (o trasera) del viento, y las diferencias en True Heading y TMG para calcular la componente lateral del viento. Ahora tenemos toda la información necesaria para completar los cálculos para casi cualquier escenario.

Escenario de altitud de cruce requerido/restricciones de velocidad:

En este caso, el primer cálculo sería de Altitud a ganar (O perder). Esto es tan simple como Z2-Z1. Ahora, suponiendo una velocidad fija (velocidad establecida por el piloto o restricciones de velocidad basadas en el procedimiento), podemos calcular fácilmente una tasa de ascenso en FPM. Esto se hace creando una línea 2D que viaja entre los puntos X2, Y2 y X1, Y1 y calculando la distancia entre esos 2 puntos, a lo largo de la línea. Dividiendo esto por la velocidad de avance del GPS, y calculando el rumbo y los cambios de GS a lo largo de este tramo, de manera similar a como lo haría un estudiante de piloto con una "Rueda Whiz". Si el piloto cambia de velocidad, o la componente delantera del viento cambia durante el ascenso o el descenso, solo necesita ejecutar este cálculo nuevamente pero con la nueva posición de la aeronave en el espacio 3D.

Los segmentos de aproximación curvos complican esto un poco, pero interpretarlos como una curva 2D simplificará enormemente sus cálculos.

Si esto no responde a su pregunta, es posible que desee reformularla.