民用航空飛機(jī)減推力起飛使用方法探究

張鑫 齊偉呈 魏寶鋒

摘要：本文對航空飛機(jī)減推力起飛功能進(jìn)行了介紹，包括減額定減推力起飛及靈活溫度減推力起飛，并對主要民用航空公司靈活溫度減推力起飛的使用方法進(jìn)行了對比、分析，闡述了各使用方法的優(yōu)、缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：減推力起飛；減額定；靈活溫度；拐點(diǎn)溫度；油門桿；自動(dòng)推力

1.概述

推力管理是根據(jù)最優(yōu)指標(biāo)下的推力性能模型與算法，在飛機(jī)從起飛到著陸的全過程中，實(shí)時(shí)地完成對發(fā)動(dòng)機(jī)推力的控制以及對推力的管理，包括推力等級選擇、推力等級限制值計(jì)算、減推力計(jì)算、自動(dòng)油門、推力配平和推力指引等內(nèi)容。推力管理是完善飛行管理、提高飛行性能的一種重要手段，對節(jié)省燃油、降低飛行成本也具有深遠(yuǎn)的意義，因此很多飛機(jī)采用了一個(gè)與之相適應(yīng)的系統(tǒng)（推理管理系統(tǒng)）來實(shí)現(xiàn)對推力的管理措施。

發(fā)動(dòng)機(jī)在起飛和爬升階段的大推力狀態(tài)下工作時(shí)，對其使用壽命影響很大。在飛機(jī)實(shí)際起飛重量小于最大起飛重量時(shí)，一般采取降低發(fā)動(dòng)機(jī)推力起飛-減推力起飛。采用減推起飛可以降低排氣溫度，既可以節(jié)省燃油，更有益于延長發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作的可靠性和降低維護(hù)成本。因此，減推起飛功能是推力管理中的重要組成部分。

2.減推力起飛分類

目前民用航空公司普遍采用的減推力起飛有兩種方式，即減額定減推和靈活溫度減推。

2.1 減額定減推

減額定減推是將起飛推力設(shè)定成幾個(gè)固定值，見圖1 a）。起飛前飛行員根據(jù)當(dāng)時(shí)飛機(jī)的載重情況選擇合適的減推起飛等級。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是避免飛行員在飛機(jī)起飛時(shí)進(jìn)行復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)設(shè)定。缺點(diǎn)是根據(jù)適航的要求，每一個(gè)推力等級需要進(jìn)行單獨(dú)的適航驗(yàn)證。

減額定起飛相當(dāng)于對同一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)定了幾個(gè)不同的最大起飛狀態(tài)，按適航要求，需對每一個(gè)設(shè)定的最大起飛狀態(tài)進(jìn)行考核，如環(huán)境試驗(yàn)（吞鳥、吞水）、風(fēng)扇葉片包容試驗(yàn)、持久試車等，極大的增加試驗(yàn)任務(wù)量，對吞大鳥、風(fēng)扇葉片包容性等結(jié)構(gòu)完整性試驗(yàn)，需增加試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)量，極大的增加了試驗(yàn)成本。

2.2 靈活溫度減推

某些發(fā)動(dòng)機(jī)起飛狀態(tài)與環(huán)境溫度相關(guān)聯(lián)，大氣溫度低于拐點(diǎn)溫度時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)推力與大氣溫度無關(guān)；當(dāng)大氣溫度超過拐點(diǎn)溫度時(shí)，為保持排氣溫度不超溫，發(fā)動(dòng)機(jī)推力隨溫度升高降低發(fā)動(dòng)機(jī)推力。靈活溫度減推就是基于該原理，見圖1 b），人為將發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的環(huán)境溫度設(shè)置提高，高于拐點(diǎn)溫度，使發(fā)動(dòng)機(jī)的推力低于額定值。

靈活溫度法的缺點(diǎn)是飛行員需要查表計(jì)算所需的靈活溫度，與等級減推法相比較為復(fù)雜。其優(yōu)點(diǎn)是降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度，并且只有一套操縱和性能限制值，不需要額外的增加試驗(yàn)工作量。

采用靈活溫度減推的整個(gè)飛行過程中，可以根據(jù)需要隨時(shí)上推油門桿使用最大起飛推力。

2.3 小結(jié)

靈活溫度減推力起飛以及減額定減推力起飛，都可以滿足飛機(jī)減推力起飛的需求，兩者沒有明顯的優(yōu)劣。目前空客系列的飛機(jī)采用靈活溫度減推或減額定減推起飛的方式。波音系列的飛機(jī)采用減額定減推和靈活溫度減推的方式，飛行員可選擇采用減額定或靈活溫度減推，或在減額定基礎(chǔ)上同時(shí)采用靈活溫度減推。

3.空客與波音公司靈活溫度減推起飛使用方法

空中客車（以下簡稱空客）與波音公司雖然都采用了靈活溫度減推，但兩家公司靈活溫度減推方案卻存在較大差異。

3.1 空客公司靈活溫度減推方案

空客飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的操縱是通過駕駛艙位于中央操縱臺(tái)上的油門桿手柄、控制電門以及相應(yīng)的顯示器來實(shí)現(xiàn)的。

起飛前機(jī)組需要在多功能控制顯示組件中輸入減推力起飛的靈活溫度。起飛時(shí)，將油門桿前推（機(jī)組手動(dòng)）到靈活溫度起飛/最大連續(xù)卡位。當(dāng)油門桿進(jìn)入靈活溫度起飛/最大連續(xù)卡位時(shí)，自動(dòng)推力系統(tǒng)自動(dòng)銜接（但并不工作），此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)由機(jī)組通過油門桿控制，工作在減推力起飛推力上。

3.2 波音公司靈活溫度減推方案

波音公司發(fā)動(dòng)機(jī)操縱部件包括油門桿、油門桿解算器、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)手柄和電門、推力桿連鎖電磁活門。機(jī)組通過油門桿控制發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)。

波音公司發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿未設(shè)計(jì)卡槽，正推桿的最下端為正推慢車位置、最前端為最大起飛/復(fù)飛位置，油門桿既可以人工移動(dòng)，也可以由自動(dòng)油門伺服馬達(dá)（由自動(dòng)飛控負(fù)責(zé)）推動(dòng)。

在起飛時(shí)，機(jī)組將油門桿推至最大起飛/復(fù)飛位置；在起飛結(jié)束后，機(jī)組將油門桿拉至爬升狀態(tài)對應(yīng)的油門桿角度位置；空中巡航時(shí)，在正推慢車和爬升之間按需調(diào)節(jié)。自動(dòng)駕駛時(shí)，上述操作由油門伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)油門桿進(jìn)行，機(jī)組通過按壓油門桿上的按鈕脫開自動(dòng)油門系統(tǒng)，轉(zhuǎn)為人工控制。

因減推起飛需自動(dòng)飛控控制油門桿角度，所以只有在自動(dòng)駕駛時(shí)可以使用。

起飛前機(jī)組需要在多功能控制顯示組件中輸入減推力起飛的靈活溫度。在得到允許起飛的指令后，機(jī)組按壓油門桿上的最大起飛/復(fù)飛電門，油門桿將自動(dòng)前推到相應(yīng)減推力位置。此時(shí)，雖然油門桿未達(dá)到最大起飛/復(fù)飛位置，但在發(fā)動(dòng)機(jī)顯示器上推力方式顯示最大起飛/復(fù)飛。

3.3 空客與波音的對比分析

靈活溫度減推起飛基于發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中的拐點(diǎn)溫度，但空客、波音兩家公司采用了不同的靈活溫度減推起飛方案，差異在于兩家公司自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，或者可以理解為油門桿設(shè)計(jì)的理念不同。

空客公司在油門桿設(shè)置了卡槽，卡槽與發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)一一對應(yīng)，按順序依次為“最大反推-最小反推-最小正推-最大爬升-最大連續(xù)/減推起飛-最大起飛”。手動(dòng)駕駛模式下，機(jī)組可以快速、準(zhǔn)確的將油門桿調(diào)整至預(yù)定位置。自動(dòng)駕駛模式下，油門桿不能自動(dòng)移動(dòng)，起飛狀態(tài)轉(zhuǎn)為爬升狀態(tài)時(shí)仍需機(jī)組手動(dòng)調(diào)整油門桿位置，巡航狀態(tài)解除自動(dòng)駕駛時(shí)，需要先將油門桿位置調(diào)整至與當(dāng)前實(shí)際狀態(tài)一致。

該方法的優(yōu)點(diǎn)是避免在起飛、爬升時(shí)，由于油門桿驅(qū)動(dòng)裝置故障，造成推力減少的情況，缺點(diǎn)是增加了機(jī)組的工作量?！白畲筮B續(xù)/減推起飛”一個(gè)卡槽對應(yīng)兩個(gè)狀態(tài)，兩個(gè)狀態(tài)的觸發(fā)出現(xiàn)故障，同樣會(huì)造成推力異常。

“減推起飛”卡槽位于“爬升”和“起飛/復(fù)飛”之間，雖然與常規(guī)理解一致，即減推起飛只是減少了一部分推力進(jìn)行起飛，同時(shí)，爬升階段推力比起飛階段需求小。但是，如果只設(shè)定了減推起飛，沒有設(shè)定減推爬升的情況下，存在實(shí)際減推起飛推力小于爬升推力，此時(shí)，在起飛結(jié)束后，會(huì)出現(xiàn)拉桿反而推力增加的情況。

波音公司的發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿未設(shè)置卡槽，只有最大、最小兩個(gè)位置。手動(dòng)模式下，機(jī)組調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)至除慢車、最大起飛的特定狀態(tài)較難。自動(dòng)駕駛模式下，油門桿由專門的伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，無需人工參與，機(jī)組可以隨時(shí)按壓按鈕解除自動(dòng)駕駛。

“減推起飛”采用的減少起飛時(shí)油門桿角度，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到減推起飛的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)，不影響油門桿角度-發(fā)動(dòng)機(jī)推力的單調(diào)線性關(guān)系。較明顯的缺點(diǎn)是增加了作動(dòng)機(jī)構(gòu)，同時(shí)就增加了故障風(fēng)險(xiǎn)，因此，在起飛階段，需對伺服馬達(dá)進(jìn)行鎖定。如果作動(dòng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障，會(huì)出現(xiàn)推力異常情況。

4.結(jié)論

本文對飛機(jī)減推力起飛功能進(jìn)行了闡述，針對其中的靈活溫度減推力起飛，通過對比研究空客與波音公司的使用方法，分析了各自存在的優(yōu)缺點(diǎn)。兩種方法均能有效實(shí)施靈活溫度減推力起飛功能，且都具有非常成熟的使用經(jīng)驗(yàn)。目前我國正在積極開展大型客機(jī)的研制，考慮到減推力起飛的收益，可以參考空客及波音公司的使用方法，并根據(jù)實(shí)際使用需求，開展減推力起飛相關(guān)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 孫鵬.大型飛機(jī)推力管理功能研究.民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究，2012.

（作者單位：中國航發(fā)沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)研究所）