文/廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院 魏娜 朱芳

一、引言

傳統(tǒng)的航空器進(jìn)近方式是從巡航高度階梯式下降到地面，在每一階段，飛行員都要調(diào)整發(fā)動機(jī)的推力以拉平飛行器。持續(xù)進(jìn)近技術(shù)使飛行員以最佳的怠速在較長航行距離上緩緩落地，而不是下降、保持高度、加大馬力、再下降、再保持高度……直至接觸地面。通常一般的持續(xù)進(jìn)近程序在大約7000英尺高度就開始以3度開始進(jìn)近，使用更加平滑的下降曲線到達(dá)跑道上，這樣削減了階梯的步驟，也就減少了相應(yīng)的燃油消耗和污染物的排放量。

飛機(jī)在進(jìn)行持續(xù)進(jìn)近飛行程序時(shí)，在開始進(jìn)近后去除了傳統(tǒng)階梯式進(jìn)近的水平拉直階段使得發(fā)動機(jī)可以處于低推力的狀態(tài)，并且飛機(jī)燃油消耗量得到降低，同時(shí)也降低了飛機(jī)發(fā)出的噪音。因?yàn)轱w機(jī)在進(jìn)近時(shí)要拉平，所以飛行員必須要控制飛機(jī)減速，使飛機(jī)抬頭，那么相應(yīng)的飛機(jī)發(fā)動機(jī)的推力也就必然增大。如果發(fā)動機(jī)的推力增大了，那么燃油的消耗量就會升高，同時(shí)飛機(jī)排放物也會增加，并且會使得發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的噪音增加。

由于飛機(jī)持續(xù)進(jìn)近在整個(gè)進(jìn)近的過程中沒有水平飛行階段，所以持續(xù)進(jìn)近飛行程序其實(shí)與傳統(tǒng)階梯式進(jìn)近有部分相同。我們研究持續(xù)進(jìn)近程序的目的是使飛機(jī)的推力盡可能的低，飛機(jī)實(shí)施持續(xù)進(jìn)近飛行程序在開始進(jìn)近后去除了傳統(tǒng)階梯式進(jìn)近的水平拉直階段，這使得發(fā)動機(jī)可以處于低推力狀態(tài)，并且減少飛機(jī)的燃油消耗量，降低飛機(jī)發(fā)出的噪音。一個(gè)理想的持續(xù)進(jìn)近飛行程序是讓飛機(jī)發(fā)動機(jī)在整個(gè)進(jìn)近過程中盡量大部分時(shí)間處于慢車推力狀態(tài)。

二、燃油消耗比較

應(yīng)用2019年某國際機(jī)場所測量的關(guān)于持續(xù)進(jìn)近和傳統(tǒng)進(jìn)近的燃油消耗數(shù)據(jù)和排放量數(shù)據(jù)，建立計(jì)算模型做出分析。如圖1所示的數(shù)據(jù)是飛機(jī)向跑道降落時(shí)在最后180海里所消耗的燃油量。波音757-200型飛機(jī)在執(zhí)行持續(xù)進(jìn)近程序時(shí)消耗的燃油量大約為2316英鎊，而波音757-200型飛機(jī)在執(zhí)行傳統(tǒng)進(jìn)近程序時(shí)所消耗的燃油大約為2431英鎊，兩者相比較，同樣都是波音757-200飛機(jī)，在執(zhí)行持續(xù)進(jìn)近飛行程序平均所消耗的燃油比執(zhí)行傳統(tǒng)進(jìn)近飛行程序的飛機(jī)少了115磅。波音767-300型飛機(jī)在執(zhí)行持續(xù)進(jìn)近飛行程序時(shí)消耗的燃油量大約為2941英鎊，而執(zhí)行傳統(tǒng)進(jìn)近飛行程序的波音767-300型飛機(jī)平均所消耗的燃油大約為3306英鎊，兩者相比較，同樣是波音767-300飛機(jī)，在執(zhí)行持續(xù)進(jìn)近飛行程序所消耗的燃油量比執(zhí)行傳統(tǒng)進(jìn)近飛行程序的飛機(jī)小號的燃油量少了365磅。飛機(jī)在執(zhí)行傳統(tǒng)進(jìn)近飛行程序消耗更多的燃油是由于為維持飛行高度的需求，飛機(jī)發(fā)動機(jī)需要提供更大的推力以及多出的航段行程增加了飛機(jī)的燃油消耗。

圖1 飛機(jī)降落最后180海里的燃油消耗量

三、排放物比較

飛機(jī)在飛行中消耗燃油的同時(shí)也會產(chǎn)生大量的排放物，民用航空發(fā)動機(jī)污染排放物有很多，其中最主要污染物有四種：氣態(tài)的氮氧化物(NOx)、未燃碳?xì)?UHC)、一氧化碳(CO)和固態(tài)顆粒狀的煙(Smoke)。飛機(jī)在飛行過程中排放物分析的重點(diǎn)是在進(jìn)近和著陸期間邊界層所產(chǎn)生的排放物。通常情況下是在 3000英尺的機(jī)場高空，在這個(gè)區(qū)域確定排放物是因?yàn)楫a(chǎn)生的排放物高出地平面3000英尺對當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量有重要影響。所有著陸和起飛周期計(jì)算對應(yīng)的國際民航組織排放標(biāo)準(zhǔn)就是混合層延伸從地面到3000英尺地面以上的水平。因此，在這一區(qū)域比較持續(xù)進(jìn)近飛行程序和傳統(tǒng)進(jìn)近飛行程序所產(chǎn)生的排放物是可行的。為此，飛行記錄器中波音757-200和波音767-300飛機(jī)持續(xù)進(jìn)近和傳統(tǒng)進(jìn)近案例中的可用數(shù)據(jù)用于估算氮氧化物，一氧化碳排放量的比較。在整個(gè)飛行過程中從更新率為每秒一次的飛行數(shù)據(jù)記錄器提取燃油流量和飛行狀況數(shù)據(jù)，所提取的參數(shù)為時(shí)間、壓力的高度、校準(zhǔn)的空氣速度、靜態(tài)空氣溫度和燃油流量。

1.氮氧化物排放量的比較

圖2 兩種進(jìn)近方式產(chǎn)生氮氧化物

圖3 兩種進(jìn)近方式產(chǎn)生氮氧化物

圖4 兩種進(jìn)近方式產(chǎn)生的氮氧化物

波音757-200和波音767-300飛機(jī)執(zhí)行傳統(tǒng)進(jìn)近飛行程序和持續(xù)進(jìn)近飛行程序所產(chǎn)生的氮氧化物如圖2和圖3分別按飛行時(shí)間和燃油量的消耗進(jìn)行分析，圖中還將PW和RR兩家飛機(jī)發(fā)動機(jī)的排放物做了統(tǒng)計(jì)。通過分析可以看出，即便是不同類型的飛機(jī)或者飛機(jī)發(fā)動機(jī)，只要在相同的條件下，飛機(jī)執(zhí)行持續(xù)進(jìn)近飛行程序所用的飛行時(shí)間都比執(zhí)行傳統(tǒng)進(jìn)近飛行程序所用的時(shí)間少，而且飛機(jī)執(zhí)行持續(xù)進(jìn)近所消耗的燃油也比執(zhí)行傳統(tǒng)進(jìn)近所消耗的燃油少，所以執(zhí)行持續(xù)進(jìn)近所產(chǎn)生的排放物要比執(zhí)行傳統(tǒng)進(jìn)近所產(chǎn)生的氮氧化物少。如圖4所示，波音757-200產(chǎn)生的氮氧化物平均減少了34.0 %，從1502克減少到991克。波音767-300產(chǎn)生的氮氧化物平均減少了37.8 %，從2812克減少到了1750克。氮氧化物的排放量大幅度減少并不奇怪，因?yàn)槭窍鄳?yīng)的燃油消耗量減少了，所以產(chǎn)生的排放物自然也就相應(yīng)地減少了。

2.一氧化碳排放量的比較

波音757 - 200和波音767 - 300飛機(jī)在執(zhí)行傳統(tǒng)進(jìn)近飛行程序和持續(xù)進(jìn)近飛行程序時(shí)所產(chǎn)生的排放物中的一氧化碳如圖5、圖6分別按飛行時(shí)間和燃油量消耗進(jìn)行分析，圖中還將PW和RR兩家發(fā)動機(jī)的排放物做了統(tǒng)計(jì)。通過分析可以看出，即便是不同類型的飛機(jī)或者飛機(jī)發(fā)動機(jī)，只要在相同的條件下，飛機(jī)執(zhí)行持續(xù)進(jìn)近飛行程序所用的飛行時(shí)間都比執(zhí)行傳統(tǒng)進(jìn)近飛行程序所用的時(shí)間少，而且飛機(jī)執(zhí)行持續(xù)進(jìn)近所消耗的燃油也比執(zhí)行傳統(tǒng)進(jìn)近所消耗的燃油少，所以執(zhí)行持續(xù)進(jìn)近所產(chǎn)生的排放物要比執(zhí)行傳統(tǒng)進(jìn)近所產(chǎn)生的氮氧化物少。

圖5 兩種進(jìn)近方式產(chǎn)生一氧化碳

圖6 兩種進(jìn)近方式產(chǎn)生一氧化碳

圖7所示，波音757-200產(chǎn)生一氧化碳平均減少了42.6%，從1100克減少到631克。由波音767-300產(chǎn)生一氧化碳平均減少了27.1% ，由1401克減少到了1021克。氮氧化物的排放量大幅度減少并不奇怪。因?yàn)槿加拖牧繙p少，所產(chǎn)生的排放物自然就相應(yīng)地減少。

圖7 兩種進(jìn)近方式產(chǎn)生的一氧化碳

四、結(jié)語

持續(xù)進(jìn)近方式因其可以節(jié)省燃油、降低排放、減少噪音等優(yōu)點(diǎn)受到各航空公司的重視，但在普及應(yīng)用這一技術(shù)的同時(shí)需要機(jī)場、空管、制造商、運(yùn)營商、監(jiān)管當(dāng)局等多方面的協(xié)助，也需要與傳統(tǒng)階梯進(jìn)近技術(shù)進(jìn)行對比分析，在各種可能情景下驗(yàn)證技術(shù)，對持續(xù)進(jìn)近技術(shù)需要進(jìn)行深入系統(tǒng)的理解，為更好地推廣該技術(shù)，改進(jìn)空中交通管理，改善航空公司經(jīng)濟(jì)性，保護(hù)環(huán)境，降低噪音提供技術(shù)依據(jù)。