降低簽派放行計(jì)算油量與實(shí)際差異

何冀川

北京市朝陽區(qū)中國國際航空股份有限公司運(yùn)行控制中心航班運(yùn)行控制室，北京 100621

1 航空公司油量計(jì)算

長途汽車出發(fā)前通常要檢查汽車油量，汽車行進(jìn)一段時(shí)間后要留意油量剩余油量，適時(shí)補(bǔ)充加注汽油。由于汽車加油站數(shù)量較多，通常不會發(fā)生汽車無油情況，即使車上油量耗盡，仍不會有太大安全問題產(chǎn)生，因?yàn)槠囋诘孛?，還可以人工將汽油運(yùn)輸?shù)狡?。與之相比，民航客機(jī)則差異巨大。

民航客機(jī)在計(jì)劃好起飛、目的地機(jī)場，起飛后，空中并不能補(bǔ)充油量。因此在飛機(jī)起飛前必須要加注足夠燃油以供飛機(jī)能安全飛抵目的地機(jī)場著陸，甚至當(dāng)目的地機(jī)場不適宜著陸時(shí)飛抵備降機(jī)場。

另外，航空公司也是盈利性機(jī)構(gòu)，他們需要盡量降低成本，以謀求獲得更多的利潤。油量加注越多，將造成飛機(jī)越重，飛行便越耗油。因此航空公司將根據(jù)航段的長短不同加注不同的油量，而非所有航班都把油箱加滿。

幾年前，國內(nèi)航空公司還都采用“航線分析”，對于同一條航線，分冬春、夏秋兩季節(jié)，給航班加油。也就是說如果在冬春季，幾乎同一航線每天的加油量都相同，即使旅客人數(shù)、高空風(fēng)溫等數(shù)據(jù)不同加油量也相同。這就是我們所說的“固定油量”。

航空公司航線分析制作人員（通常為性能工程師），使用該航線的85%概率風(fēng)，結(jié)合具體機(jī)型與預(yù)計(jì)高度等數(shù)據(jù)，以最大業(yè)載來計(jì)算加油量。該操作方法一方面有安全風(fēng)險(xiǎn)，僅考慮85%概率風(fēng)，如果某日大氣運(yùn)動造成頂風(fēng)大于航線分析，則油量則可能不足。另一方面該操作方法的經(jīng)濟(jì)性低，未考慮航班的實(shí)際業(yè)載，當(dāng)實(shí)際業(yè)載少時(shí)，該方法造成燃油虛耗，無形中增加了航空公司成本。

對此，航空公司找到了改進(jìn)方法，使用計(jì)算機(jī)飛機(jī)飛行計(jì)劃。計(jì)算機(jī)飛行計(jì)劃系統(tǒng)整合了實(shí)時(shí)的天氣預(yù)報(bào)，將航路天氣一覽無余，結(jié)合當(dāng)天航班的具體旅客、貨物、行李等重量信息，以及當(dāng)次航班的備降場選擇，詳細(xì)計(jì)算出該次航班的所需油量，預(yù)計(jì)飛行時(shí)間，并且能給出每一個(gè)航路點(diǎn)的預(yù)計(jì)高度、速度、燃油流量、風(fēng)速、溫度等參數(shù)。機(jī)組在飛行中可在每一航路點(diǎn)對此進(jìn)行對比，判斷實(shí)際飛行數(shù)據(jù)與簽派放行時(shí)預(yù)測數(shù)據(jù)的差異。相比前述“航線分析”方法，該方法安全性、經(jīng)濟(jì)性都有明顯提升。

但該方法仍有部分?jǐn)?shù)據(jù)與實(shí)際可能存在較大差異，可能導(dǎo)致實(shí)際油量需求與計(jì)劃差異。

2 計(jì)算油量與實(shí)際之間差異分析

1）飛機(jī)起飛后飛行高度以空中交通管制（簡稱空管）指揮為準(zhǔn)，空管將根據(jù)所有飛機(jī)的飛行情況進(jìn)行調(diào)配，從而避免飛行沖突。因此實(shí)際飛行高度和計(jì)劃高度將會不同程度存在差異。以波音737-800機(jī)型為例，在最優(yōu)高度層基礎(chǔ)上，每降低一個(gè)飛行高度層（2000英尺高度），小時(shí)耗油將增加約35kg；2）進(jìn)離場程序的不同將導(dǎo)致航線距離差異。與直升機(jī)不同，民航航班運(yùn)輸客機(jī)需要使用具體跑道滑跑加速起飛。如果機(jī)場有一條跑道，則有兩個(gè)起飛方向。同一方向起飛也將有不同的路線加入航線飛行。路線不同，距離不同。目前的處理方法通常是取不同離場距離的平均值。即航班起飛時(shí)有可能實(shí)際距離比計(jì)劃距離大，或者小，從而造成油量差異；3）隨著飛機(jī)的逐步使用，飛機(jī)發(fā)動機(jī)將存在不同程度的老化，飛機(jī)外表面也可能逐漸磨損，造成飛機(jī)實(shí)際性能逐漸衰減。性能衰減，將造成燃油效率降低，即相同的航線，使用性能衰減的飛機(jī)將導(dǎo)致油量需求更高。還是以波音737-800機(jī)型為例，如果性能衰減4%，則小時(shí)耗油將增加約超過100kg。

以上分析表明，僅僅簡單的使用計(jì)算機(jī)飛行計(jì)劃并不能很好的解決飛行所需油量與放行油量差異問題，并不能真正實(shí)現(xiàn)航空公司精細(xì)化運(yùn)行。

3 差異降低

由于以上問題，還需對計(jì)算機(jī)飛行計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。因此，可使用實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)對計(jì)算機(jī)飛行計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行修正。航空公司如何準(zhǔn)確的監(jiān)控飛機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的數(shù)據(jù)？根據(jù)需求不同，可以有多種不同的方法。如果對實(shí)時(shí)性要求高，則可考慮ACARS數(shù)據(jù)。如果對實(shí)時(shí)性要求不高，則可考慮使用QAR數(shù)據(jù)。

ACARS(飛機(jī)通信尋址與報(bào)告系統(tǒng))是一種在航空器和地面站之間通過無線電或衛(wèi)星傳輸短消息（報(bào)文）的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鏈系統(tǒng)?？蓪?shí)時(shí)將飛機(jī)的位置、高度、速度、機(jī)上剩余油量等參數(shù)傳送至航空公司。

QAR Quick Access Recorder（快速存取記錄器）的簡稱，用于監(jiān)控、記錄大量飛行參數(shù)及數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)了飛行記錄器（黑匣子）不便于轉(zhuǎn)錄的缺點(diǎn)?？赏瑫r(shí)采集數(shù)百個(gè)數(shù)據(jù)，涵蓋了飛機(jī)運(yùn)行品質(zhì)的絕大部分參數(shù)。QAR監(jiān)控是保障飛行安全、提高運(yùn)營效率的一項(xiàng)科學(xué)有效的技術(shù)手段。在QAR的幫助下，航空公司能及時(shí)發(fā)現(xiàn)飛行中機(jī)組操縱、發(fā)動機(jī)工作狀況以及航空器性能等方面存在的問題，分析查找原因，掌握安全動態(tài)，采取針對性措施，從而消除事故隱患，確保飛行安全。相比ACARS數(shù)據(jù)，QAR數(shù)據(jù)則非常全面，油量、溫度、速度、重量、高度、位置、風(fēng)速等等與燃油效率相關(guān)的參數(shù)都能一一記錄，同時(shí)記錄的數(shù)據(jù)點(diǎn)也非常密集，適合用于詳細(xì)分析。由于數(shù)據(jù)量巨大，通常需要飛機(jī)著陸后，機(jī)務(wù)工作人員上機(jī)進(jìn)行下載在傳輸。實(shí)時(shí)性較ACARS數(shù)據(jù)差。

由于需要大量數(shù)據(jù)對實(shí)際飛行情況進(jìn)行監(jiān)控，并且需要長期的航班執(zhí)行，同時(shí)需要詳細(xì)到航路上每一點(diǎn)，以便發(fā)現(xiàn)實(shí)際執(zhí)行中的趨勢與特點(diǎn)，通常傾向于使用QAR數(shù)據(jù)對大量航班進(jìn)行監(jiān)控。

3.1 飛行高度監(jiān)控與校正

如前所述，飛行高度對飛機(jī)實(shí)際耗油有較大影響。實(shí)際飛行高度受空管指揮而不同，計(jì)算機(jī)飛行計(jì)劃中國內(nèi)段飛行高度通常為“一號規(guī)定”，國外段使用優(yōu)化高度。實(shí)際執(zhí)行中是否能達(dá)到計(jì)劃的高度？如果沒達(dá)到，部分機(jī)組將反饋簽派，但多數(shù)機(jī)組卻不一定會反饋。缺乏統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)將使得航空公司難以做出管理措施，QAR數(shù)據(jù)則能很好解決該問題。通過記錄航班運(yùn)行中每一點(diǎn)的參數(shù)，將航班運(yùn)行的全過程還原。同時(shí)，可將所需時(shí)間段的所有航班完整顯示，從清晰的看出實(shí)際飛行高度與計(jì)劃高度的差異。

以成都-西安航線為例，在某日期的監(jiān)控如圖1所示。

圖1 飛機(jī)實(shí)際飛行剖面與計(jì)劃剖面對比

上圖中黑色為實(shí)際高度，綠色為計(jì)劃高度。從上圖可以看出，在該案例中，實(shí)際飛行高度往往比計(jì)劃高度低。對于此類航線，則有必要考慮將計(jì)劃高度降低，調(diào)整計(jì)算機(jī)飛行計(jì)劃系統(tǒng)。在某些情況下，實(shí)際飛行高度可能比計(jì)劃高度都高，此時(shí)則有必要提高計(jì)劃飛行高度。

3.2 離場程序監(jiān)控與航線繞飛與非監(jiān)控

離場程序不同，飛行距離不同。一個(gè)機(jī)場通常有多種離場程序，但對于同一條航線，使用的離場程序卻相對固定。

為了更為清楚的對比實(shí)際離場航跡與離場程序之間的差異，此時(shí)需再借助圖形（地形）工具。目前谷歌地球的使用也逐漸廣泛，而且數(shù)據(jù)導(dǎo)入谷歌地球也相對簡單，在此將利用谷歌地球來展示如何處理離場航跡。

谷歌地球數(shù)據(jù)導(dǎo)入方法：

如果僅僅設(shè)置個(gè)別位置點(diǎn)，可以直接使用谷歌地球上的“增加地標(biāo)”按鈕。如下圖所示紅色方框。但QAR數(shù)據(jù)中的位置點(diǎn)動輒數(shù)千個(gè)，即使僅使用離場/進(jìn)場段，位置點(diǎn)也有數(shù)百個(gè)。使用“增加地標(biāo)”按鈕的功能難以滿足需求。

圖2 谷歌地球中增加單個(gè)位置點(diǎn)按鈕

此時(shí)，需要使用KML語言，將所有點(diǎn)坐標(biāo)按格式一次性輸入，再倒入谷歌地球，從而完整顯示離場程序。

簡要說明KML如下，是一種采用 XML 語法與格式的語言，用于描述和保存地理信息，可以被 Google Earth 和 Google Maps識別并顯示。

由于此處主要關(guān)注航班的具體路線，可簡要的把KML文件分成三大部分，即文頭文尾、坐標(biāo)。文頭文尾可直接拷貝一個(gè)現(xiàn)成的KML文件，坐標(biāo)部分使用真實(shí)的航班數(shù)據(jù)。坐標(biāo)部分的格式要求為：經(jīng)度、緯度、高度，需按照此順序輸入，否則將識別錯(cuò)誤。

見下述紅色方框。

圖3 KML文件之坐標(biāo)輸入

按此方法，可將所需時(shí)間段的所有航班位置數(shù)據(jù)完整導(dǎo)入谷歌地球。同時(shí)，將離場程序（SID）也按此方法導(dǎo)入谷歌地球。可直觀的顯示所有航班使用的具體程序名稱。

以三亞離場航班為例，將某月數(shù)據(jù)疊加導(dǎo)入后，可清楚的其常用程序。圖示如下，綠色為實(shí)際航跡，紅色為計(jì)劃航跡中的一種。

3.3 飛機(jī)實(shí)際性能監(jiān)控

理論很簡單，飛機(jī)性能衰減程度直接影響飛機(jī)燃油需求量，但如何實(shí)施對飛機(jī)實(shí)際性能的監(jiān)控？此時(shí)QAR和ACARS均可派上用場。因?yàn)榕c飛機(jī)進(jìn)離場航跡監(jiān)控不同，飛機(jī)性能監(jiān)控不需要太多的數(shù)據(jù)，每一個(gè)航班選取穩(wěn)定巡航中一個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)即可。數(shù)據(jù)量大大減少，可以使用ACARS數(shù)據(jù)，以方便收集。

實(shí)際運(yùn)行中，并非每一個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都適合于性能監(jiān)控，需要飛機(jī)處于穩(wěn)定巡航狀態(tài)。關(guān)于穩(wěn)定巡航狀態(tài)的含義，廠家有其定義，波音公司則分為CAT A與CAT B兩類標(biāo)準(zhǔn)定義。

按照規(guī)則選取高度、溫度、速度、飛機(jī)重量、發(fā)動機(jī)燃油流量等數(shù)據(jù)后，使用性能分析軟件，利用廠家基準(zhǔn)性能數(shù)據(jù)庫，模擬當(dāng)時(shí)的條件，實(shí)際飛機(jī)的理論性能，使用飛機(jī)理論性能與實(shí)際性能作對比，從而得出飛機(jī)的實(shí)際性能衰減。

得到飛機(jī)性能衰減數(shù)據(jù)后，對計(jì)算機(jī)飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)庫進(jìn)行修正，將衰減部分給予補(bǔ)充。從而使得實(shí)際油耗和計(jì)劃油耗更為接近。

經(jīng)過以上三方面監(jiān)控后，飛機(jī)計(jì)劃燃油消耗則更為接近飛機(jī)真實(shí)燃油消耗。

4 航空公司需要的投入

要實(shí)現(xiàn)上述措施，首先航空公司需要有油量意識。油量比實(shí)際需求多或者少都是不合適的，保證安全的前提下必須提高公司的運(yùn)行效率。在燃油價(jià)格高漲的今天，燃油成本超過航空公司總成本的30%，準(zhǔn)確的計(jì)劃油量顯得更加重要。

另外，需要投入進(jìn)行程序開發(fā)。目前幾乎所有航空公司都有QAR設(shè)備，也幾乎所有航空公司都對QAR進(jìn)行分析監(jiān)控，但他們主要監(jiān)控機(jī)組操作等飛行品質(zhì)，對燃油品質(zhì)的監(jiān)控力度較小。同時(shí)，需要對QAR數(shù)據(jù)進(jìn)行燃油分析，根據(jù)航空公司規(guī)模的不同，而數(shù)據(jù)量差異巨大。設(shè)備的投入因此也有較大差異。

再次，獲得監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)后，還需對此進(jìn)行修正，并且研究改進(jìn)辦法。例如，發(fā)現(xiàn)飛機(jī)性能衰減，一方面我們需要修正飛機(jī)性能數(shù)據(jù)庫，使得計(jì)劃油量與實(shí)際油量更加接近；另一方面我們還需要更多的關(guān)注如何降低飛機(jī)性能衰減的程度。

綜上所述，天下沒有免費(fèi)的午餐，為了安全與效益，航空公司可以做得更多。同時(shí)，我們也可以通過對航班進(jìn)離場、航路、飛機(jī)本身等環(huán)節(jié)的監(jiān)控，使得計(jì)算機(jī)飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)與實(shí)際飛行數(shù)據(jù)更加的接近。增加飛行機(jī)組的信心，增加地面簽派放行人員的信心，提升安全與效益。

[1]傅職忠.飛行計(jì)劃與裝載配平[M].中國三峽出版社，2003.

[2]KML教程.谷歌，2012.

[3]波音性能軟件教程.

[4]黃太平.飛機(jī)性能工程[M].科學(xué)出版社，2005.

[5]陸志良.空氣動力學(xué)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2009.