MA60高原航線航路中一臺發(fā)動機(jī)失效的飄降研究

　　摘要：我國西部地區(qū)多高原和山區(qū)，航路最低安全高度（MSA）較高，在運(yùn)營高原航線時必須考慮發(fā)動機(jī)失效后的飄降越障問題。文章依據(jù)《大型飛機(jī)公共航空運(yùn)輸承運(yùn)人運(yùn)行合格審定規(guī)則》（CCAR121-R2）［1］及相關(guān)法令、法規(guī)要求，給出了分析航路中發(fā)動機(jī)失效后飄降的方法和關(guān)鍵步驟，并計算分析了MA60機(jī)型［2］執(zhí)行廣漢至蘭州航線的飄降凈航跡和障礙物剖面。
　　關(guān)鍵詞：航路最低安全高度（MSA）；發(fā)動機(jī)失效；飄降升限；飄降凈航跡
　　
　　一、引言
　　飛機(jī)在航路中發(fā)生發(fā)動機(jī)失效，則發(fā)動機(jī)的剩余推力不足以平衡阻力和維持適當(dāng)?shù)难埠剿俣?，因此飛機(jī)必須下降到一個適當(dāng)?shù)娘w行高度，使飛機(jī)的可用推力等于所需推力，以便飛機(jī)能夠平飛［3］。然而，在高原地區(qū)飛行時，受航路地形的限制，可能不允許下降到較低的高度上，這就要求運(yùn)營人必須制定出飛機(jī)在最不利的時刻發(fā)生發(fā)動機(jī)失效的飄降程序，分析飄降凈航跡在任意一點(diǎn)與障礙物之間的高度差是否滿足法規(guī)的要求，并確定相應(yīng)的關(guān)鍵點(diǎn)和機(jī)組操縱程序。
　　由于我國西部地區(qū)地形復(fù)雜，很多航線的航路最低安全高度較高，如涉及拉薩、邦達(dá)、迪慶、九寨、蘭州、烏魯木齊、西寧等機(jī)場的數(shù)十條高原航線，航路最低安全高度均超過5000米，其中最高的航段航路最低安全高度達(dá)7470米。如果飛機(jī)在這些航路中發(fā)動機(jī)失效，極有可能出現(xiàn)飛機(jī)飄降凈升限小于航路最低安全高度，無法滿足越障要求，因此在這種情況下不能用航路最低安全高度分析飄降越障問題，而必須利用地圖作業(yè)的方法確定實(shí)際的障礙物剖面進(jìn)行詳細(xì)的飄降越障分析。
　　根據(jù)民航局咨詢通告《航線運(yùn)營應(yīng)進(jìn)行的性能分析》［4］的要求，目前航空公司運(yùn)行都必須進(jìn)行飄降性能分析并體現(xiàn)在實(shí)際運(yùn)行中。對于飛行學(xué)院的航線訓(xùn)練飛行，雖然不是按照CCAR121部運(yùn)行的，但目前民航局的地區(qū)管理局要求學(xué)院的航線訓(xùn)練飛行也應(yīng)參照CCAR121部的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。由于西部航線流量相對來說較少，所以學(xué)院的航線訓(xùn)練飛行經(jīng)常在西部航線上進(jìn)行，而西部航線航路最低安全高度較高，因此本文以MA60機(jī)型進(jìn)行廣漢-蘭州航線訓(xùn)練飛行為例，從發(fā)動機(jī)失效涉及的法令、法規(guī)入手，綜合考慮運(yùn)行中的各種限制因素，給出航路中發(fā)動機(jī)失效后飄降的分析方法，確保高原航線訓(xùn)練飛行的安全性。
　　二、飄降法規(guī)要求
　　根據(jù)CCAR25.123規(guī)定
　　（1）單發(fā)停車凈飛行航跡數(shù)據(jù)必須為真實(shí)爬升性能數(shù)據(jù)減去一定數(shù)值的爬升梯度，所減去的爬升梯度，對于雙發(fā)飛機(jī)為1.1%，對于三發(fā)飛機(jī)為1.4%，對于四發(fā)飛機(jī)為1.6%。
　?。?）對于三發(fā)或四發(fā)飛機(jī)，雙發(fā)停車凈飛行航跡數(shù)據(jù)必須為真實(shí)爬升性能數(shù)據(jù)減去一定數(shù)值的爬升梯度，所減去的爬升梯度，對于三發(fā)飛機(jī)為0.3%，對于四發(fā)飛機(jī)為0.5%。
　　飄降總飛行航跡是指飛機(jī)發(fā)動機(jī)失效后實(shí)際飛行的航跡，飄降凈飛行航跡是指總飛行航跡減去一定的梯度損失量得到的飛行航跡，即考慮了飛行員操縱誤差和飛機(jī)性能變差后的飛行航跡。
　　航路中一臺發(fā)動機(jī)失效飄降程序必須滿足CCAR121-R4中第121.191條（渦輪發(fā)動機(jī)驅(qū)動的飛機(jī)的航路限制——一臺發(fā)動機(jī)不工作）對于飄降凈飛行航跡的要求。
　　依據(jù)CCAR121-R4中第121.191條要求，根據(jù)經(jīng)批準(zhǔn)的該飛機(jī)飛行手冊確定的一臺發(fā)動機(jī)不工作時的航路凈飛行軌跡數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)能夠符合下列兩項(xiàng)要求之一：
　　第一，在預(yù)定航跡兩側(cè)各25公里（13.5海里）范圍內(nèi)的所有地形和障礙物上空至少300米（1000英尺）的高度上有正梯度，并且在發(fā)動機(jī)失效后飛機(jī)要著陸的機(jī)場上空450米（1500英尺）的高度上有正梯度。
　　第二，凈飛行軌跡允許飛機(jī)由巡航高度繼續(xù)飛到可以按照本規(guī)則第121.197條要求進(jìn)行著陸的機(jī)場，能以至少600米（2000英尺）的余度垂直超越預(yù)定航跡兩側(cè)各25公里（13.5海里）范圍內(nèi)所有地形和障礙物，并且在發(fā)動機(jī)失效后飛機(jī)要著陸的機(jī)場上空450米（1500英尺）的高度上有正梯度。
　　三、飄降運(yùn)行程序和限制
　　根據(jù)MA60飛行機(jī)組操縱手冊（FCOM）的規(guī)定，MA60推薦的飄降程序如下。
　　1.存在障礙物問題時的程序
　　為了維持可能的最高飛行高度，應(yīng)該使用下述飄降程序：
　?。?）工作發(fā)動機(jī)設(shè)置到最大連續(xù)功率位置。
　　（2）對返航臨界點(diǎn)作出決斷。
　?。?）平飛減速到飄降速度，然后保持該速度。在正常條件下，飄降速度為1.25VS（襟翼0°）。在結(jié)冰條件下，飄降速度為V2（襟翼15°）（當(dāng)空速低于VFE時，放襟翼至15°）。
　?。?）選擇小坡度飛行。
　?。?）達(dá)到飄降升限時，如果障礙物問題仍然存在，繼續(xù)執(zhí)行飄降程序，飛機(jī)將緩慢爬升巡航。如果可能，建議巡航高度為7000～8000 ft（2134～2438 m），以獲得最佳巡航速度。
　　2.不存在障礙物時的程序
　?。?）工作發(fā)動機(jī)設(shè)置到最大連續(xù)功率位置。
　　（2）維持實(shí)際速度下降。
　　飄降凈升限是指一臺發(fā)動機(jī)失效后能夠平飛的最大高度。飄降凈升限通常受飛機(jī)重量、外界溫度、防冰系統(tǒng)等的限制。
　?、亠w機(jī)重量。飛機(jī)重量對飄降凈升限有很大的影響，飛機(jī)的重量越重，飛機(jī)飄降凈升限越低，越障能力越差。因此保守考慮時選擇較重的重量進(jìn)行分析。
　　為清楚說明發(fā)動機(jī)失效時重量對飄降凈升限的影響，下面給出了MA60在不同重量條件下發(fā)動機(jī)失效后飄降凈升限，如表1所示。
　?、谕饨绱髿鉁囟取囟葘︼h降凈升限（幾何高度）的影響比較大。由于外界溫度越高，發(fā)動機(jī)推力越小，則飄降凈升限越低。因此相同氣壓高度的條件下，溫度越高對應(yīng)的幾何高度越高。地形（障礙物）的高度是幾何高度，雖然飛機(jī)飛行手冊或使用手冊中給出的飄降軌跡的高度是氣壓高度，但是飛機(jī)能否越障是用氣壓高度對應(yīng)的幾何高度與地形（障礙物）的高度來比較確定的。因此在航路中考慮相對保守的外界大氣溫度，通常選擇ISA+10。如表2所示。
　?、鄯辣到y(tǒng)的影響。通常凈飛行航跡考慮了運(yùn)行區(qū)域的主要?dú)庀髼l件（風(fēng)和溫度），但在改航高度層上預(yù)計有結(jié)冰條件時，則必須在凈飛行航跡上考慮防冰系統(tǒng)的影響。如果防冰系統(tǒng)打開，將使發(fā)動機(jī)推力減小，從而使飄降凈升限降低。MA60在有結(jié)冰的條件下運(yùn)行對飛行性能影響很大，比如在結(jié)構(gòu)限重（48060lb），ISA溫度條件下，無結(jié)冰時的飄降凈升限為11143ft，而在結(jié)冰條件下的飄降凈升限為3612ft。
　　風(fēng)雖然對飄降的凈升限沒有影響，但由于順風(fēng)使下降角減小對飄降越障有利，因此保守考慮就不計順風(fēng)，而逆風(fēng)對飄降越障不利，所以在分析中要考慮逆風(fēng)的影響。
　　四、飄降分析方法
　　通常對于地形復(fù)雜、航路最低安全高度較高的航線，需要進(jìn)行發(fā)動機(jī)失效后的飄降越障分析，并制定出飄降程序。然而，對于大多數(shù)航線我們可以采用基于保守假設(shè)的簡單分析方法，即使用飄降凈升限檢查航路最低安全高度［5］，判斷能否安全越障，如果能夠安全越障就不需要進(jìn)行詳細(xì)分析。但對于有些高原航線，用航路最低安全高度數(shù)據(jù)檢查飄降凈航跡不能夠滿足越障要求，此時必須通過地圖作業(yè)的方法分段確定最高障礙物，繪出障礙物剖面，檢查飄降凈航跡能否滿足越障要求。具體的分析方法可以分為三步：
　　（1）根據(jù)具體機(jī)型在所研究航線預(yù)計可能的最大起飛重量，考慮保守的外界大氣溫度（ISA+10）確定凈改平高度，檢查凈改平高度能否大于航路最低安全高度，若大于則不需要做進(jìn)一步分析；若小于則需進(jìn)行第2步分析。
　?。?）根據(jù)具體機(jī)型在所研究航線上到達(dá)爬升頂點(diǎn)的重量（可近似取最大起飛重量的98%），保守的外界大氣溫度確定凈改平高度，檢查凈改平高度能否大于航路最低安全高度，若大于則不需要做進(jìn)一步分析；若小于則需進(jìn)行第3步分析。
　　
　?。?）使用1∶100萬地圖作業(yè)分段確定最高障礙物，繪出障礙物剖面。然后確定具體機(jī)型在具體航路中出現(xiàn)發(fā)動機(jī)失效的關(guān)鍵點(diǎn)（又稱決斷點(diǎn)）位置。關(guān)鍵點(diǎn)是我們假設(shè)的發(fā)動機(jī)失效點(diǎn)，該點(diǎn)的飛機(jī)重量為最不利氣象條件下預(yù)計可能的最大重量。
　　關(guān)鍵點(diǎn)有兩種類型，關(guān)鍵點(diǎn)A是這樣一個點(diǎn)，假設(shè)發(fā)動機(jī)在該點(diǎn)失效，飛機(jī)只能返航，才能保證飄降凈航跡滿足越障要求；關(guān)鍵點(diǎn)B是這樣一個點(diǎn)，假設(shè)發(fā)動機(jī)在該點(diǎn)失效，飛機(jī)只能繼續(xù)飛往目的地機(jī)場，才能保證飄降凈航跡滿足越障要求。最后確定出A點(diǎn)和B點(diǎn)的關(guān)系通常有如下兩種情況。
　　第一種情況如圖1所示，關(guān)鍵點(diǎn)A在B之后，那么飛機(jī)在B點(diǎn)之前發(fā)動機(jī)失效只能返航，飛機(jī)在A點(diǎn)之后發(fā)動機(jī)失效只能繼續(xù)飛往目的地機(jī)場，飛機(jī)在A點(diǎn)和B點(diǎn)之間發(fā)動機(jī)失效既可以返航飛往起飛機(jī)場方向也可以繼續(xù)飛往目的地機(jī)場方向。為方便機(jī)組操作，對此種情況通常確定A、B之間的某一點(diǎn)作為實(shí)際的決斷點(diǎn)。
　　第二種情況如圖2所示，關(guān)鍵點(diǎn)A點(diǎn)在B點(diǎn)之前，那么飛機(jī)在A點(diǎn)之前發(fā)動機(jī)失效只能返航，飛機(jī)在B點(diǎn)之后發(fā)動機(jī)失效只能繼續(xù)飛往目的地機(jī)場，飛機(jī)在A點(diǎn)和B點(diǎn)之間發(fā)動機(jī)失效，可考慮飛往航路備降場，但需確保備降航路障礙物的越障余度，或者考慮減小起飛重量或調(diào)整航路走向，通常不希望出現(xiàn)此種情況。
　　五、MA60飄降計算實(shí)例
　　以MA60執(zhí)行廣漢—蘭州的航線訓(xùn)練飛行為例來進(jìn)行相關(guān)計算。根據(jù)MA60飛機(jī)的飛機(jī)飛行手冊可知，飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度限制的最大起飛重量為48061 lb，最大著陸重量為46738 lb，最大零燃油重量為42990 lb，制造空機(jī)重量31284lb，最大燃油重量8851lb。廣漢－蘭州的航路最低安全高度為5230米（17154ft）。計算的條件和相關(guān)假設(shè)如下：
　　依據(jù)CCAR121-R4第121.673條（C）規(guī)定，任何飛機(jī)按照儀表飛行規(guī)則運(yùn)行時，在距預(yù)定航路中心線兩側(cè)各25公里水平距離范圍內(nèi)，在平原地區(qū)不得在距最高障礙物400米的高度以下飛行，在丘陵和山區(qū)不得在距最高障礙物600米的高度以下飛行。
　　飛機(jī)一臺發(fā)動機(jī)失效后的飄降分析可以使用公布的航路最低安全高度數(shù)據(jù)，也可以使用地形圖依據(jù)本規(guī)則確定航路障礙物數(shù)據(jù)。本例使用1∶100萬地圖，依據(jù)上面規(guī)則確定的航路障礙物數(shù)據(jù)進(jìn)行了MA60機(jī)型發(fā)動機(jī)失效后的飄降分析。廣漢-蘭州的航線上主要需要考慮的障礙物如表3所示：
　　通常為了安全性考慮，假設(shè)外界大氣溫度ISA+10，從發(fā)動機(jī)失效點(diǎn)飛往蘭州機(jī)場航路高空風(fēng)逆風(fēng)20kt。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行要求假設(shè)巡航高度為21600ft，空調(diào)開，防冰關(guān)。
　　下面以MA60機(jī)型執(zhí)行廣漢－蘭州航線為例進(jìn)行航路中一臺發(fā)動機(jī)失效飄降性能分析。
　?。?）首先檢查結(jié)構(gòu)限制的最大起飛重量的飄降凈升限與航路最低安全高度之間的關(guān)系，結(jié)構(gòu)限制的最大起飛重量（MTOW）48061lb在ISA+10的條件下對應(yīng)的飄降凈升限為9122ft，遠(yuǎn)比航路最低安全高度17154ft低，飄降不能滿足越障要求，因此需要進(jìn)行詳細(xì)分析。
　?。?）通過反復(fù)計算發(fā)現(xiàn)，如果以結(jié)構(gòu)限制的最大起飛重量起飛，在航路上無法滿足飄降越障的要求。因此MA60的最大起飛重量將受到航路最低安全高度的限制。因此進(jìn)行廣漢-蘭州的航線飛行，考慮航路上一臺發(fā)動機(jī)失效后的飄降越障問題，必須進(jìn)行減重。
　　（3）通過不斷減重的迭代計算，飛機(jī)受航路最低安全高度限制的最大起飛重量為42108lb。在起飛重量為42108lb，溫度為ISA+10，航路逆風(fēng)20kt的條件下，計算MA60從廣漢-蘭州的航路中一臺發(fā)動機(jī)失效后飄降凈航跡和總航跡如圖3所示。
　　通過分析可知用MA60進(jìn)行廣漢-蘭州航線飛行時，以42108lb起飛重量在航路中出現(xiàn)一臺發(fā)動機(jī)失效后，飛機(jī)飄降能滿足越障要求，取決斷點(diǎn)P距廣漢160海里，在P點(diǎn)之前一臺發(fā)動機(jī)失效，飛機(jī)返回廣漢，在P點(diǎn)之后一臺發(fā)動機(jī)失效，飛機(jī)繼續(xù)飛往蘭州。
　　六、結(jié)論
　　本文根據(jù)高原航線性能分析的要求，從法規(guī)入手，深入分析了高原航線航路中發(fā)動機(jī)失效后飄降的影響因素，給出了分析高原航線飄降問題的常用方法和相關(guān)步驟，并以MA60機(jī)型執(zhí)行廣漢-蘭州航線訓(xùn)練飛行為例，結(jié)合飛行實(shí)際，計算了廣漢－蘭州航線航路中一臺發(fā)動機(jī)失效后的飄降凈航跡和總航跡，從而確保了一臺發(fā)動機(jī)失效后飛機(jī)的安全運(yùn)行。
　　參考文獻(xiàn)：
　?。?］ 中國民航總局.大型飛機(jī)公共航空運(yùn)輸承運(yùn)人運(yùn)行合格審定規(guī)則》［Z］.中國民航總局，2005.
　　［2］ 波音公司.B757-200機(jī)型性能工程師手冊，2000.
　　［3］ Airbus.Getting to Grips With Aircraft Performance［Z］.2002.
　?。?］ 中國民航總局飛標(biāo)司.飛機(jī)航線運(yùn)營應(yīng)進(jìn)行的飛機(jī)性能分析［Z］.2001.
　?。?］ 吳勁松.淺析高原機(jī)場及航線的飛機(jī)性能管理［J］.中國民航學(xué)院學(xué)報，2005，（10）.