張序 羅鳳娥 李家南 李芋杉

摘要：國內(nèi)部分西部機場因地面障礙物會對民用飛機起飛過程的爬升性能造成影響，溫度成為影響民用飛機起飛性能的重要因素之一，本文通過中國國際航空股份有限公司的性能分析軟件（PEB）展開性能計算分析，對A319-131機型在廣元盤龍機場從08號和26號跑道的起飛性能數(shù)據(jù)進行研究，分析溫度天氣事件對簽派放行造成的影響，進而對廣元盤龍機場溫度數(shù)據(jù)收集，提出航空公司在簽派放行、運行控制和運力使用方面的建議，為安全飛行和航空公司的經(jīng)濟效益提供理論支持，這些研究對西部機場的航班簽派放行具有很好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：溫度天氣事件;簽派放行;飛機性能;起飛全重;跑道方向

中圖分類號：V32、V21 文獻標(biāo)識碼：A

2018年4月3日，某航空公司從成都飛往紐約的航班有近30位旅客由于機場較高氣溫的原因不能辦理值機手續(xù)[1]，這是大氣溫度對民用飛機（民機）性能影響的典型案例，航班簽派放行需要對機組資質(zhì)、適航性、飛機重量（質(zhì)量）、飛機油量、航班業(yè)載、航空氣象和航行通告展開綜合評估，總結(jié)起來就是人、機、環(huán)三部分[2]。在前期的文獻中能查詢到很多在機組資質(zhì)、適航性等方面的研究[3～5]，航空氣象方面也有學(xué)者針對雷暴、積冰、臺風(fēng)、低云等對飛行影響的天氣展開過很多研究，但溫度、修正海壓方面的研究則偏少，本文研究的內(nèi)容就是針對溫度對簽派放行影響展開的研究。

1 研究對象的選取和情況介紹

廣元盤龍機場（IATA代碼：GYS，ICAO代碼：ZUGU）位于中國四川省廣元市，為民航4D級支線機場，2000年9月建成通航。中國國際航空公司、中國東方航空公司等多家航空公司在廣元盤龍機場開通了定期航班。廣元盤龍機場具備中西部地區(qū)小型機場的典型特點，如機場周邊障礙物影響明顯、跑道長度較短、機場日航班量偏少、低云低能見天氣出現(xiàn)頻率較高、風(fēng)向風(fēng)速會影響飛機的起飛跑道方向等。

1.1 廣元盤龍機場設(shè)施簡介

廣元盤龍機場地處四月}盆地邊緣，嘉陵江與白龍江交匯處，走馬嶺西南翼附近，地勢為西高東低，機場區(qū)域內(nèi)高大障礙物較多，凈空較差，機場的跑道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表1。

民機可以實施夜航飛行，機場在供飛行員在進近過程中識別跑道人口方向和位置處建立了醒目的目視參考，廣元盤龍機場具備助航燈光系統(tǒng)，情況見表2。

1.2 廣元盤龍機場氣象特點

廣元盤龍機場年平均最高氣溫20℃，年平均最低氣溫為12.6℃，極端最高溫度為36.2℃，出現(xiàn)在8月份，極端最低溫度為-4.4℃，出現(xiàn)在1月份。機場盛行東北風(fēng)，平均大風(fēng)日數(shù)為8天，集中在3-4月，最大瞬時風(fēng)速為24m/s，機場月平均氣溫、月平均相對濕度、月平均氣壓如圖1～圖3所示。

2 溫度對民機起飛的影響

溫度偏高會影響民機的載量，因為溫度的升高導(dǎo)致空氣密度減小，一方面進入發(fā)動機的空氣質(zhì)量減少，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速一定時，推力減小。同時，民機起飛時依靠機翼產(chǎn)生的升力使飛機升空，空氣密度是影響升力大小的因素之一，空氣密度越大，單位體積內(nèi)觸及翼面的空氣分子就越多，升力也越大，反之則升力越小;另一方面空氣密度的降低導(dǎo)致空氣流量降低，空氣更難壓縮，發(fā)動機增壓比降低，渦輪進出口溫差減小，尾噴口氣體動能降低。同時著陸時飛機需要更大速度以彌補空氣密度不足對升力的影響。根據(jù)氣體性質(zhì)，在一定條件下，溫度越高其密度越小，因此，較高的溫度造成飛機發(fā)動機馬力減小，在正常滑行距離內(nèi)難以獲得足夠的速度和起飛升力，起飛后也因升力小而不能很快爬升到安全高度并加人航線飛行。高溫對發(fā)動機推力影響最明顯，在高海拔地區(qū)影響更甚，中國大部分地域夏季炎熱，高溫嚴重影響飛機起降性能。如西寧曹家堡機場海拔2179m，自1992年開航至2008年，共出現(xiàn)了160天極端高溫天氣，數(shù)次出現(xiàn)因高溫天氣導(dǎo)致的航班不正常[6]。

3 廣元盤龍機場溫度影響事件簽派放行研究

廣元盤龍機場機場可用跑道長度較短，同時受區(qū)域內(nèi)高大障礙物的影響，飛機在采用08號跑道起飛過程中載量明顯低于26號跑道，如果遇到發(fā)動機推力較小的航空器，在溫度較低的情況下也有可能影響飛機的起飛性能。

3.1 標(biāo)本的溫度要素

本文選取中國國際航空公司A319-131機型執(zhí)行廣元飛往杭州的航班為研究標(biāo)本，執(zhí)行航班的飛機發(fā)動機型號為V2522-A5，推力9980daN，飛機的最大起飛重量70000kg，最大著陸重量61000kg，標(biāo)本航班的無油重量為42229kg，航班在廣元盤龍機場起飛為北京時間11：30，按照提前150min完成簽派放行的原則，應(yīng)參考北京時間08：00時刻的廣元盤龍機場天氣實況完成簽派放行工作，按照《大型飛機公共航空運輸承運人運行合格審定規(guī)則》（CCAR-121-R4）[7]國內(nèi)燃油政策的要求，經(jīng)過簽派放行的評估航班放行油量為10200kg。飛機的實際起飛重量為61350kg，未超出最大起飛全重。是否會超出航空器的性能限制還需要進行相關(guān)的性能驗證。

3.2 廣元盤龍機場溫度事件簽派放行評估

目前，國內(nèi)研究者在最大起飛重量的研究方面多集中在實際運行中如何確認最大起飛重量[7～9]以及在飛機概念設(shè)計時如何估算最大起飛重量[10～12]，這里分析的則是最大起飛重量受溫度事件的影響。

3.2.1 廣元盤龍機場天氣實況

要展開對廣元盤龍機場起飛性能分析的研究，需要在PEB軟件錄人廣元盤龍的風(fēng)向、風(fēng)速和溫度三個元素，通過插值法確定出起飛全重（Maximum Take-Off Weight，MTOW）、飛機起飛決斷速度V₁、飛機抬輪速度V_R和飛機起飛安全速度V₂。簽派放行時廣元盤龍機場天氣實況和預(yù)報如下所示：

METAR ZUGU 2200002 25002MPS CAVOK 19/15Q1008 NOSIG=

TAF ZUGU 2122042 220009 06004MPS 9999 SCT040TX30/082 TN19/00Z=

3.2.2 廣元盤龍機場風(fēng)向評估

民機的起飛過程對風(fēng)比較敏感，每一種機型都有可能受到風(fēng)向和風(fēng)速的共同限制，由于風(fēng)向不會和跑道方向完全一致，對于民機來說，幾乎都會受到側(cè)風(fēng)的影響，飛機起飛過程中還會受到陣風(fēng)的影響，容易在起飛過程中受低空風(fēng)切變的影響，引起民機飛行高度的突然變化，如果飛行員沒有及時操作，就可能造成民機安全事件。在《中國國際航空公司運行手冊》第5.3.2章節(jié)對中國國際航空公司所屬空客機型側(cè)風(fēng)限制標(biāo)準(zhǔn)進行的說明，見表3。

從廣元盤龍機場發(fā)布的氣象報文，機場實況風(fēng)向為250°，如果采用08號跑道，飛機將順風(fēng)起飛，采用26號跑道，飛機將逆風(fēng)起飛。機場預(yù)報風(fēng)向為60°，針對機場08號跑道，飛機為逆風(fēng)狀態(tài)，針對機場26號跑道，飛機為順風(fēng)狀態(tài)。但是否會超過表3所列的標(biāo)準(zhǔn)，還將對實況和預(yù)報的風(fēng)速采用三角函數(shù)的形式計算得出。

3.2.3 廣元機場風(fēng)速評估

采用三角函數(shù)的計算將風(fēng)速擬合到跑道方向可以得到跑道方向上的風(fēng)速，從廣元盤龍機場天氣實況可計算得到風(fēng)速為：

2m/s×cos10°=1.97m/s

對于08號跑道，簽派放行過程考慮為順風(fēng)1.97m/s，26號跑道為逆風(fēng)1.97m/s。從廣元盤龍機場天氣預(yù)報計算得到風(fēng)速為：

4m/s×cos20°=3.76m/s

對于08號跑道，簽派放行過程考慮為逆風(fēng)3.76m/s，26號跑道為順風(fēng)3.76m/s。從前兩個部分的計算可以得出，在實況和預(yù)報情況下，在廣元機場采用08號跑道和26號跑道起飛沒有受到側(cè)風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)的限制，接下來所需要考慮的則是性能方面的限制對起飛重量的影響，溫度則是影響該數(shù)據(jù)的重要因素之一。

3.2.4 廣元盤龍機場溫度評估

大氣的溫度主要是間接從地面得到，一般在日出前空氣溫度最低，太陽升起后通過輻射、對流、湍流等形式向空氣中傳導(dǎo)。地面溫度的升高，主要是吸收太陽輻射能量的結(jié)果，太陽光照射到地面上，曬熱了地面，地面吸收的熱再放出去烘熱空氣，空氣的溫度主要是間接從地面得到的。雖然夏天的中午，太陽光照射地面最接近直射，地面和空氣受熱量強，但地面放出的熱量，少于太陽所供應(yīng)的熱量，所以此時并非是熱的時候。中午以后，地面溫度仍能繼續(xù)升高，一直等到地面放出的熱量等于太陽所供應(yīng)的熱量時，地面溫度才能升到最高。而近地面氣溫的升高，必須從地面放出的熱量得到，這一切都需要時間，因此每天最熱的時候不是中午，而是午后14～15點鐘的時候。由此，當(dāng)日航班計劃時刻在11：30，由此可知航班在起飛過程中溫度會高于簽派放行期間。

3.2.5 廣元盤龍機場起飛性能分析

本文研究的標(biāo)本中風(fēng)向和風(fēng)速對民機的起飛跑道選擇沒有影響，由此起飛性能的分析需要對08號和26號跑道都要做到，再向管制部門申請最佳的跑道起飛。結(jié)合前面三個部分對廣元盤龍機場北京時間08：00的風(fēng)向、風(fēng)速和溫度的判定，廣元機場08號和26號跑道起飛性能參考溫度確定在15～20℃之間，因此MTOW、V₁、V_R和V₂的數(shù)值見表4和表5。

結(jié)合廣元盤龍機場的風(fēng)向、風(fēng)速情況，參考機組常使用的CONF1+F起飛襟翼狀態(tài)，從表4和表5可知，在起飛性能方面，如果采用08號跑道起飛，溫度在0℃也會出現(xiàn)減載的情況，而采用26號跑道起飛在溫度達到20℃也可以滿足載量起飛。

4 結(jié)論

本文通過PEB軟件對飛機在不同溫度下分別從08號和26號跑道起飛性能展開分析研究，證明由于機場周邊障礙物的影響，兩條跑道起飛階段的爬升梯度不一致，相同溫度條件下對應(yīng)的最大起飛重量差別也很大，可以得出以下結(jié)論：

（1）風(fēng)向、風(fēng)速對起飛跑道有影響

在不考慮襟翼位置和發(fā)動機引起狀態(tài)時，因越障導(dǎo)致的限制重量受大氣、溫度及風(fēng)向、風(fēng)速的影響。從歷史的氣象數(shù)據(jù)來看，機場盛行東北風(fēng)，平均大風(fēng)日數(shù)為8天，集中在3-4月，最大瞬時風(fēng)速為24m/s，此時機場的氣溫早已超過10℃，如果采用08號跑道起飛都會超過A320系列飛機起飛或著陸過程中的“機型側(cè)風(fēng)限制標(biāo)準(zhǔn)”，此時民機在廣元盤龍機場只能在其中一條跑道起飛，對應(yīng)的另一條跑道會出現(xiàn)超標(biāo)的情況，對航班的運行控制提出了更嚴格的要求。

（2）溫度對起飛性能影響明顯

從PEB軟件計算數(shù)據(jù)來看，在相同的溫度和風(fēng)向、風(fēng)速條件下，隨著氣溫的升高，飛機的起飛全重會逐漸減小，最大的梯度差可達到500kg。如果在高溫季節(jié)簽派放行航班需要重點關(guān)注氣溫變化的趨勢，上午簽派放行的航班，需要關(guān)注氣溫上升的趨勢，飛機的起飛重量需要和性能限制重量之間的裕度做得大一些;下午簽派放行的航班因大氣溫度呈下降趨勢，重量方面的裕度則可以不考慮。

（3）氣壓加重對起飛性能影響

從前面分析可以得到，7-9月是廣元盤龍機場全年平均溫度最高的時間，同時也是氣壓最低的時間，此時需要根據(jù)氣壓進行修正，結(jié)合性能軟件的計算，從廣元盤龍機場采用常用的CONE1+F襟翼狀態(tài)，以15 0C為例，08號跑起飛參考氣壓的修正情況見表6。從表中可得出，起飛過程中受氣壓降低很明顯，低氣壓可以減少A319-131機型起飛全重達到1000kg，而同樣的氣壓增加，起飛全重增加僅200kg左右，夏季執(zhí)行的航班在考慮氣溫的基礎(chǔ)上還要關(guān)注氣壓對起飛性能的影響，這是下一階段研究的課題。

5 建議

（1）建議申請有利跑道起飛

因相同溫度情況下起飛跑道方向不同會導(dǎo)致民機起飛全重不一樣，介于廣元盤龍機場航班量較少，在起飛重量受性能限制時，臨時更換起飛跑道對機場其他航班的正常性影響不大，可以根據(jù)風(fēng)向、風(fēng)速的變化趨勢，公司運行控制部門向機場管制申請性能較好的跑道起飛，增加民機的起飛全重。

（2）建議做好機型與航線的匹配

航線的安全運營是航空公司運行的重要課題，要考慮機型的座級、運行成本等因素，同時要兼顧每種機型的特點和每條航線的特點，如本文研究的A319-131機型，發(fā)動機推力較小，因08號跑道的起飛性能限制，不適合在廣元機場運營，那么航空公司在機型選擇中可以選取起飛全重更大、發(fā)動機推力更好的飛機來執(zhí)行。同時，我們還可以考慮使用具有短跑道性能的民機來執(zhí)飛這類機場。

（3）建議使用更佳的起飛方式提高載量

當(dāng)前，民航大型、重型運輸機大都采用減推力起飛的技術(shù)，是指在保證飛行安全并符合相應(yīng)規(guī)章要求的前提下，以相對于正常發(fā)動機較小的推力起飛。假設(shè)溫度減推力（靈活溫度起飛）起飛是使用高于實際溫度的某一假設(shè)溫度來獲得低于發(fā)動機全推力的起飛推力，是以增加滑跑距離為代價，在保證安全同時降低燃油消耗，減少運輸成本，提高航空公司的經(jīng)濟效益。最大假設(shè)溫度是根據(jù)機場高度、跑道長度、外界大氣溫度、風(fēng)向風(fēng)度、使用襟翼和飛機重量查表得出[12]。飛機在地面由APU提供引氣供給空調(diào)系統(tǒng)，啟動發(fā)動機關(guān)空調(diào)為的是將APU引氣全部用來啟動發(fā)動機。發(fā)動機啟動后，由發(fā)動機壓氣機提供空調(diào)系統(tǒng)氣源。起飛時，為了減少發(fā)動機功率的損耗，常常暫時關(guān)閉空調(diào)或者使用APU引氣。廣元盤龍機場在08號跑道在常用的CONF1+F起飛襟翼狀態(tài)下，以假設(shè)溫度53℃為例，采用空調(diào)關(guān)并結(jié)合假設(shè)溫度減推力起飛的性能分析見表7。

可以看出，采用有利的起飛狀態(tài)，起飛全重可以增加500～900kg，這對航空公司來說就是真金白銀的利潤，同時也是安全飛行的裕度。

（4）建議做好飛行的持續(xù)監(jiān)控

運行過程中放行決策和運行監(jiān)控相結(jié)合尤其重要。航班的簽派放行在航班起飛前完成只是工作的第一步，簽派員還應(yīng)該做好持續(xù)的運行監(jiān)控，如在春季有可能出現(xiàn)的風(fēng)向風(fēng)速突然變化，在夏季有可能會出現(xiàn)突發(fā)的雷雨天氣可能會導(dǎo)致機場主用跑道的變化，這就需要簽派員持續(xù)對這類機場做好運行監(jiān)控，避免臨時跑道變化造成的不安全事件發(fā)生。

6 展望

在我國西南區(qū)域，有很多和廣元盤龍機場類似的中小型機場，如達州河市機場、滬州藍田機場、綿陽南郊機場等，他們或周邊高大障礙物較多，對民機的起飛爬升過程影響明顯;或跑道較短，對民機起飛滑跑的距離要求嚴格。通過對廣元盤龍機場的在溫度天氣事件下簽派放行工作的研究，梳理出安全飛行經(jīng)驗可以在這些機場借鑒和推廣。

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