【doc】 浅析高原机场及航线的飞机性能管理.doc

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1、浅析高原机场及航线的飞机性能管理第23卷第6期2005年12月中国民航学院JOURNALOFCILAVLTIONUNIVERSITYOFCHINAVO1.23No.6December2005文章编号:10015000(2005)06003306浅析高原机场及航线的飞机性能管理吴劲松(中国国际航空股份有限公司西南分公司.成都610202)摘要:对位于山地和高原地区的机场,一般净空条件极差,气候复杂多变,高原航线地形复杂,航路安全高度高,飞行性能分析及管理问题尤其突出.针对中国西部地区高原复杂机场及航线的特点,对飞机起飞和着陆性能进行了分析,对航路中一发失效的飘降和客舱释压的供氧提出了分析和管理的

2、策略关键词:飞行性能;性能管理;飘降;供氧中图分类号:V323.12文献标识码:B0引言中国西部大部分地区地处青藏高原和云贵高原,多数机场位于山地和高原,机场净空条件极差,气候复杂多变,航线航路地形复杂,航路安全高度高,对运营飞机的飞行操作,签派放行,维护保障,起飞和着陆性能,航路单发飘降性能及客舱释压的旅客供氧等提出了极高的要求和限制.中国民航总局对高原机场的定义是机场标高1500in(含)一2560in的机场为一般高原机场,2560in(含)以上的机场为高高原机场3l.国内高海拔机场和复杂航线几乎全部集中在西南,西北地区,因而西部高原机场和航线的飞行性能分析及管理问题尤其突出.也是确保航空

3、公司安全运行和经济效益的前提.为此.航空公司必须对执行中国西部地区高原机场及航线飞行的飞机性能作严格的限制和要求,并进行科学,规范的管理.针对中国西部地区高原机场及航线的特点,对机场及航线运行安全性和经济性的分析及其管理策略作一些探讨.1高原机场起飞,着陆性能分析对于高原机场.除了按规范l要求进行起飞和着陆性能分析外,结合西部地区高原机场跑道较长,环境差,海拔高,气候复杂多变,起降性能差等特点,并以海拔高度3448in,进出港航班商载受到较大限制等极具高原复杂机场代表性的九寨黄龙机场和B737600机型4I5】为例,对起降性能分析中的关键问题和管理策略分述如下.1.1机场起降高度包线限制的检查

4、飞机起降限制高度是经过试飞审定来确定的,通常是为满足绝大多数机场的需要确定的.飞机试飞结果可以外插到测试机场标高+6000ft(1ft=0.3048m)高度以内且无须保守修正,而超过限制的测试机场标高+6O00ft以上每1000ft增加2%的TOD厂rOR/ASD6l,因为高度增加一方面空气密度减小使推力减小,另一方面在相同表速时使空速增大(保持升力不变),性能随高度的改变不是线性变化.对少数高高原机场则要进行另外的试飞审定.这是从飞机设计和经济的角度考虑.一般飞机飞行手册给出的限制最大起降高度为8400ft(2560in),能满足一般高原机场起降要求,但不能满足高高原机场起降要求.所以应根据

5、计划运行的高原机场标高,检查其是否满足计划使用机型的飞行手册中机场起降高度包线的要求.由于飞行手册给出的包线是经过审定的,也是保证安全的限制.若超出则说明该机型不能在该机场安全收稿日期:20050414:修回日期:20050815作者简介:吴劲松(1966-),男,四川绵阳人,工程师,工学学士,研究方向为飞机性能分析及管理中国民航学院2oo5年12月起降,解决的办法一是更换机型,二是由飞机公司对该飞机及发动机进行高原取证和相应的系统改装,并在经过批准的文件(FCOM/AFM)中增补高原性能数据和特殊运行程序,当然还应考虑飞机的取证和改装涉及到的经济投入以及改装后的航线经济性等问题.例如,目前在

6、九寨黄龙机场运行的B737.600机型,该机型原来起降最大高度限制为8400ft(2560m)L4,根本不能在九寨黄龙机场起降.但经过飞机公司高原取证和相应的系统改装后起降最大高度达到了13500ft(4115m),满足了在九寨黄龙机场运行所要求的起降高度.1.2飞机起飞,着陆参数设置的优化相对于平原机场,高温高原机场飞机最大允许起飞和着陆重量受到较大限制.商载航程能力较差.提高最大允许起降重量十分重要,每增加100kg就能增加1个乘客或100kg货物的商载能力,从而提高经济效益.在满足飞机各种性能限制要求的前提下,结合具体机型状况.可采用如下措施来优化飞机性能l7I:1)起飞时关闭空调引气并

7、用较小的起飞襟翼位置由于高温高原机场空气密度小.发动机有效推力减小且非能人为左右.若使用发动机引气.发动机推力又要损失一部分,故关闭空调引气能有效增加发动机推力,提高性能限重;襟翼偏度大小的影响是:偏度小,升力系数小(升力小),但升阻比大;偏度大,升力系数大(升力大),但升阻比小;后者有利于场长限重,前者有利于爬升和越障限重,而高原机场通常有较长的跑道,起飞重量一般受爬升或超障性能限制.如九寨黄龙机场,B737600机型,20号跑道,场面温度20,干跑道,净风起飞(以后性能数据均指该机场,跑道,机型和大气条件,不再重述),可用起飞距离3200m,爬升限重50.9t,障碍物限重51.4t,改善爬

8、升重量54.2t,改善爬升起飞距离3193.29m,起飞重量就是受爬升性能限制的.对于起飞重量受爬升或越障限制的这种情况,使用较小的起飞襟翼位置和关闭引气,可获得较大的起飞性能限制重量.如表l所示.空调引气关时起飞襟翼1比襟翼5的最大允许起飞重量提高0.5t:襟翼1起飞时空调关比空调自动流量模式最大允许起飞重量提高1.5t.2)着陆时使用较小的复飞和着陆襟翼位置并表1襟翼位置和空调引气对B737600/C567B22起飞重量的影响关闭引气高原机场着陆一般不受场地长度限制,同上机场和机型,可用着陆距离3000m.进近爬升限制49.7t,着陆爬升限制55.5t,场地长度限制的起飞重量72.6t,着

9、陆重量49.7t,JAR/FAR所需着陆飞距离1648m,显然着陆重量主要受复飞爬升限制.当着陆重量受复飞性能限制很大时.可以使用较小的复飞/着陆襟翼位置和无引气着陆,可较大地改善着陆爬升能力或提高着陆限制重量(原理同起飞).表2表明在着陆襟翼30时使用无引气着陆比空调自动时着陆最大允许着陆重量提高1.7t;使用无引气着陆时着陆襟翼30比着陆襟翼40最大允许着陆重量提高0.4t.表2襟翼位置和空调引气对B737-600/CFM56-7B22着陆重的影响进近着陆襟翼位置最大允许着陆重量/t空调自动空调关15/4048.049.315/3048.049.71.3对于单向起飞机场需计算和公布顺风起飞

10、限制重量为提高航班放行正常性和确保起飞安全.对于单向起飞机场(或主要起飞方向)需计算和公布顺风起飞限制重量.如九寨黄龙机场的02号跑道起飞航径区净空条件极差,起飞重量限制很大,商载航程能力差,且起飞单发后返场落地操作困难.一般不使用该跑道起飞,而本场次多风向为偏北风,为提高航班正常性,可以使用20号跑道顺风起飞,但顺风使飞机地速增大.起飞距离增长.爬升梯度减小,所以场地长度限制起飞重量或超障限制起飞重量必须减小,因此需要向飞行人员和配载部门提供有较详细顺风数据的起飞分析表.以便获得不同顺风限制的起飞重量和起飞速度V./VR/V,以提高航班放行正常性和确保起飞安全.飞行手册中起飞的最大顺风限制为

11、5rrds.而航空公司通常的顺风允许值为3m/s.表3表明在20号跑道襟翼1,空调关,顺风3m/s起飞较净风最大起飞重量减少0.8t,V减小5KIAS.第23卷第6期吴劲松:浅析高原机场及航线的飞机性能管理35表3顺风对B737-600/CFM56-7B22起飞重量的影响(空调关)表5防冰引气对B737.600/CFM56.7B22起飞和着陆重量的影响1.4需要计算和公布湿跑道起飞性能限制重量由于在湿跑道上飞机减速和加速能力降低,会明显降低飞机的起飞性能.为了使一发失效后继续起飞能达到规定的安全速度,高度以及要求的超障能力.或避免一发失效后中断起飞冲出跑道.对于高原机场.特别是净空条件差和/或

12、跑道长度较短的机场,需要计算和公布湿跑道起飞性能限制重量.如九寨黄龙机场,受明显的天气系统影响和其四周复杂的地形因受热不均而产生的局部天气,降水丰富,降水形式主要为降雨,降雪和冰雹以及霰.根据气象部门统计,除11,12月降水日数在10日以下,其余月份均在10日以上.表4表明,襟翼1,空调关时湿跑道较干跑道起飞重量减少0.9t,V减小12KIAS.表4道面状况对B737-6O0一cFM56_7B22起飞重量的影响(空调关)1.5可能出现结冰气象条件的高原机场需要考虑飞机防冰对起飞,着陆性能的影响飞机结冰是由云中过冷水滴或降水中的过冷雨滴碰到机体后冻结而成.也可以由水汽直接在机体表面凝华而成,现代

13、高速飞机在低速的起飞着陆阶段.或穿越浓密云层飞行中可能产生严重积冰.积冰使飞机的空气动力性能变坏.影响飞机的稳定性和操纵性.为减小积冰对飞行的危害.在结冰天气条件下的起飞着陆阶段应采用防冰设备.而使用发动机引气防冰时,最大允许起飞和着陆重量也就受到一定限制.所以对于可能出现结冰气象条件的高原机场.应计算和公布使用防冰时的最大允许起飞和着陆重量或重量修正数据.以保证安全飞行.如九寨黄龙机场,由于降水丰富.低云天气较多.气温较低.在起飞着陆阶段飞机容易结冰.B737.600使用防冰时最大允许起飞和着陆重量减量如表5所示.1.6高温高原机场应计算最大快捷过站限制重量由于高原/高温机场空气密度小.不利

14、于刹车散热,刹车系统散热较慢,而且与机型(刹车系统)有关.对于选装有刹车风扇装置的飞机(如空客飞机),刹车风扇能有效加快刹车系统的散热,一般不考虑快捷过站重量限制,性能分析软件和FCOM(机组使用手册)中也没有相应的限制内容.而没有安装刹车风扇装置的飞机(如波音飞机).在高原机场场面温度较高时着陆重量易超过最大快捷过站限制重量.性能分析软件和FPPM(飞行计划和性能手册)中都提供了快捷过站限制重量内容.因此计算和公布最大快捷过站限制重量是必须的,并建议着陆时根据实际着陆重量和可用着陆距离选择较低的自动刹车等级,控制好进场高度,速度和接地点等.以减少作用在刹车上的能量.当实际着陆重量超过最大快捷

15、过站限制重量时,刹车温度可能过高,必须按飞行手册要求停留足够时间后.经检查确认轮胎保险塞未熔化和刹车温度没有超过限制后才能正常起飞.例如,B757.200在九寨黄龙机场20号跑道着陆时,场面温度25,净风,着陆襟翼25,则最大允许着陆重量为91.3t.而最大快捷过站限制重量为83.6t.可见该机型在该机场最大允许着陆重量大大超过最大快捷过站限制重量.当着陆重量超过最大快捷过站限制重量时.必须在地面停留至少45rain,检查后方可再次起飞.如不公布最大快捷过站限制重量.机组则缺少决断的依据.可能发生空中轮胎跑气,危及着陆安全的情况.1.7高温高原机场的运行控制在高原机场运行中.航空公司的飞行,签

16、派,配载,市场营销等部门应积极配合,协调控制航班起飞着陆重量和商载.签派或配载部门(视航空公司内部工作程序而定)应该根据起飞前的气象情况确定最大允许起飞重量和最大允许着陆重量,并按此限制重量安排客,货,避免造成超重起降,临时拉客拉货等危及飞行安全,影响航班正常性的情况出现机组人员应该根据起飞时的气象情况再次检查最大允许起降重量和实际配载情况,避免超重起降等危及飞行安全的情况.36中困民航学院20o5年12月2高原航线的飘降和供氧分析由于西部地区高原航线航路沿线地形复杂,航路安全高度很高,航程远,备降机场稀少,客舱释压后所须供氧时间长,飞机的全发飞行高度与一发失效的高度相差很大,因而必须检查飘降

17、和供氧问题.且航线的飘降和供氧必须根据公共运输承运人运行合格审定规则(CCAR一121一R2),民用飞机运行的仪表和设备要求(AR93001R2)以及总局飞标司咨询通告飞机航线运营应进行的飞机性能分析的航线运行要求进行分析.由于飘降和供氧分析较复杂,工作量较大,合理的分析策略十分必要,下面给出航线分析的策略.2.1飘降分析CCAR121.191涡轮发动机驱动的飞机航路性能限制(一台发动机不工作)规定Ill,涡轮发动机驱动的飞机不得超过某一重量起飞.在该重量下,航路净飞行轨迹数据应当符合下列两项要求之一:在预定航迹两侧各25km(13.5nmile)范围内的所有地形和障碍物上空至少300m(10

18、00ft)的高度上有正梯度.并且在发动机失效后飞机要着陆的机场上空450m(1500ft)的高度上有正梯度.净飞行轨迹允许飞机由巡航高度继续飞到可以按照本规则第121.197条要求进行着陆的机场,能以至少600m(2000ft)的余度垂直超越预定航迹两侧各25km(13.5nmile)范围内所有地形和障碍物,且在发动机失效后飞机要着陆的机场上空450m(1500ft.)的高度上有正梯度.按照CCAR121.191的要求,建议分析策略如下.1)使用结构起飞重量对应的一发失效净升限检查航路最低安全高度按照计划航路走向.使用高/低空航线图检查确定航路最低安全高度,与计划使用机型的结构限制的最大起飞重

19、量对应的一发失效净升限进行比较.由于任何航班实际起飞重量不可能超过此结构起飞重量,随着飞行燃油的消耗,飞机重量越来越轻,所以使用结构起飞重量对应的一发失效净升限最小而且最保守,若航路最低安全高度小于或等于结构起飞重量对应的一发失效净升限.则该机型在该航线任意一点一发失效后均能满足安全超越航路地形障碍物要求.2)使用预计最大起飞重量对应的一发失效净升限检查航路最低安全高度若航路最低安全高度大于结构起飞重量对应的一发失效净升限,则进一步测算计划使用机型在该航线上预计的最大起飞重量.由于预计最大起飞重量已考虑到该航线起降机场性能分析表中最低温度情况下的性能限制的最大允许起飞,着陆重量,航线起飞油量,

20、备份油量,商载能力等因素的影响,即预计最大起飞重量是该机型该航线可能出现的最大起飞重量.同样随着飞行燃油的消耗.飞机重量越来越轻.使用预计最大起飞重量对应的一发失效净升限最小而且最保守.若航路最低安全高度小于或等于预计最大起飞重量对应的一发失效净升限.则该机型在该航线任意一点一发失效后也能满足安全超越航路地形障碍物要求.3)使用航路分段安全高度或航路地形高度剖面检查超障能力若航路最低安全高度大于预计最大起飞重量对应的一发失效净升限,则使用高/低空航线图进一步确定航路分段安全高度.以缩小分析计算范围减少工作量.对于特殊航路地形.则进行地图作业(1:50万地形图已能满足航路地形障碍物的检查和读取)

21、,确定航路安全高度剖面后.选择一个或几个一发失效飘降的关键点.并考虑航线高空风和温度的影响.利用性能软件或飞行手册计算相关机型的一发失效飘降的净轨迹.检查超障能力,如图1和图2所示.对于图1的情况应确定返航点,对图2的情况应制定在AB区间内一发失效后的改航(或逃逸)方案.4)计划使用机型不能满足飘降超障时的建议若一发失效后找不到安全的改航(或逃逸)方案,则说明计划使用机型在该航线上不适航.解决办法一是减轻飞机起飞重量,提高超障能力,但应考图1飘降净轨迹可以安全越过航路下方的地形,障碍物的情况第23卷第6期吴劲松:浅析高原机场及航线的飞机性能管理37虑对航班商载的影响,二是更换机型.Di,ert

22、图2在AB区间内一发失效的飘降净轨迹不能越过航路下方的地形,障碍物的情况2.2供氧分析民用飞机运行的仪表和设备要求(AR93001R2)5.19&5.21条中对于以涡轮发动机为动力的飞机(含涡桨飞机)客舱释压后旅客供氧的有关规定21:座舱气压高度>4500m(15000ft)时要为机上全部旅客供氧;座舱气压高度>4200m(14000ft)但4500m(15000ft)时要为机上30%旅客供氧;座舱气压高度>3000m(10000ft)但4200m(14000ft)时对超过30min的那段飞行时间.为l0%的旅客供氧(如在此高度范围飞行时间不超过30min则无须为旅客

23、供氧).由于以涡轮发动机为动力的飞机机载氧气系统对旅客供氧时间至少10min以上.一般在平原地区的航线上飞机客舱释压后都能在10min内由巡航高度直接紧急下降到3000m(10000ft),旅客供氧量不是问题.而高原山区航线受到航路地形限制,安全飞行高度高于3000m(10000ft),所以必须进行供氧分析.建议的分析策略如下.1)检查计划航路的最低安全高度首先按照计划航路走向,使用高/低空航线图检查确定航路的最低安全高度.若航路全部或部分航段最低安全高度大于3000m(10000ft),则作进一步分析.a.对于装载氧气瓶供氧系统的飞机对于装载氧气瓶供氧系统的飞机,供氧时间随高度变化,根据FC

24、0M中旅客氧气瓶供氧系统最大氧气剖面或供氧时间图表(按照机务保障部门放行最大氧气压力计算).计算出固定氧气量的且具有代表性的特定性能剖面(各个巡航段和下降段的分段时间和距离).使用高/低空航线图确定航路分段安全高度.制定紧急下降/巡航剖面,对于特殊航路地形.则进行地图作业(1:50万地形图已能满足航路地形障碍物的检查和读取),按照航路地形确定失压后的紧急下降/巡航剖面,然后检查该紧急下降/巡航剖面是否被特定性能剖面所覆盖.若不超过特定性能剖面,则能满足旅客供氧要求,否则就不能满足旅客供氧要求.b.对于装载化学氧系统的飞机对于装载化学氧气系统的飞机,供氧时间是一定的,且使用化学氧气系统向旅客供氧

25、的载客飞行的任何紧急下降剖面必须低于手册规定的最大氧气剖面.根据FCOM中化学氧气系统最大氧气剖面.计算出一定供氧时间的特定性能剖面(最大氧气剖面巡航段和下降段的分段距离),通常计算紧急下降/巡航剖面时的下降速度使用MM0厂vMO(最大使用马赫数/最大使用表速),巡航速度使用穿越颠簸气流速度.使用高/低空航线图确定航路分段安全高度,制定紧急下降/巡航剖面,对于特殊航路地形,则进行地图作业(1:50万地形图已能满足航路地形障碍物的检查和读取),按照航路地形确定失压后的紧急下降/巡航剖面,然后检查该紧急下降/巡航剖面是否被特定性能剖面所覆盖.若不超过特定性能剖面,则能满足旅客供氧要求.否则就不能满

26、足旅客供氧要求.c.计划使用机型受到供氧限制时的建议若按照a或b的分析.只要航路中有部分航段找不到满足旅客供氧要求的改航(或逃逸)方案,则认为该机型在该航线不适航.解决办法一是更换机型,二是由飞机公司对该飞机的氧气系统进行改装,对于装载化学氧气系统的飞机则最好改装为氧气瓶供氧系统,且氧气瓶的个数视受航线地形限制的紧急下降/巡航剖面,所需供氧时间和氧气瓶容积而定:对于装载氧气瓶供氧系统的飞机则可根据需要供氧的时间调整所需的氧气压力,当所需的氧气压力大于最大允许压力时可以考虑加装氧气瓶.但上述改装需要兼顾航线经济性和公司的市场战略.2)机组供氧问题机组氧气系统能够满足民用飞机运行的仪表和设备要求5

27、.19和5.23条中对于飞行机组成员的供氧要求,即在客舱释压后机组氧气系统能为机组成员提供氧气的时间不少于2h(维持性吸氧).或出现有毒,有害烟雾时能为机组成员每人提供15min纯氧(保护性吸氧).就中短程飞机而言.机组氧气系统能够为机组成38中国民航学院2O05年12月员提供足够的氧气,所以一般不须单独对机组供氧进行分析,只要分析满足旅客供氧要求即可.2.3计划使用机型受到航路性能限制时的建议当计划使用机型受到航路性能限制时,航空公司应制定该机型该航线的一发失效飘降和/或客舱释压后紧急下降/巡航剖面的特殊操作预案及相关规定,并对该航线进行跟踪管理.当航线走向或机型变更时,应重新进行分析评估.

28、3结语本文主要是笔者在长期从事中国西部地区高原机场及航线的飞机性能管理实践工作中的一些经验总结.希望能为读者提供一些高原机场及航线的飞机性能分析的研究方法和管理策略,文中所列的相关机型的性能数据仅供参考,不能作为实际应用的依据.参考文献:1】中国民航总局飞标司.飞机航线运营应进行的飞机性能分析Z.北京:中国民航总局飞标司,2001.2】中国民航总局.公共运输承运人运行合格审定规则Z.北京:中国民航总局.2005.3】中国民航总局适航司.民用飞机运行的仪表和设备要求Z.北京:中国民航总局适航司.2001.4】BoeingCompany.B737600AirplaneFlightManualZ.B

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31、ditionoftheairfieldsandthevolatileweather,plusthecomplexterrainofhigh.1andairlinesandtheveryhighenroutesafetyaltitude,theanalysisandmanagementofflightperformancestandsouttobeacriticalproblem.Takenintoconsiderationthespecificfeaturesofthecomplexhighlandairfieldsandairlinesinwesternchina,thisthesispresentscertainanalysisaswellasmanagementstrategiesandmethodsforaircrafttake.offandlandingper.formance,drift-downwithone.engineoutenrouteandoxygensupplyforpassengercabinsdeDressurizati0n.Keywords:lightperformance;performancemanagement;driftdown;oxygensupply(责任编辑:李侃)