朱文龍，余江

（中國民用航空飛行學(xué)院飛行技術(shù)學(xué)院，廣漢618300）

0 引言

在地形復(fù)雜機場，一發(fā)失效情況的應(yīng)急程序常常持續(xù)數(shù)十公里，覆蓋起飛飛行航跡的1-4個段，為滿足運行規(guī)章在一發(fā)失效情況下的越障要求，常常需要構(gòu)建整個起飛飛行凈航跡以表明規(guī)章符合性，這在RNP一發(fā)失效起飛應(yīng)急程序設(shè)計中更是如此。

民航客機為確保飛機安全，要求在起飛中任意一點一發(fā)失效時，起飛飛行航跡的凈航跡能夠以運行規(guī)章要求的裕度安全越障。為確保這一點，航空公司在實際運行中，是通過預(yù)先進(jìn)行詳細(xì)起飛分析，并在需要時制定起飛一發(fā)失效應(yīng)急程序來完成的。這種工作中，大部分機場只需考慮凈航跡飛越近距（距跑道頭10km左右）或中距（距跑道頭20km左右）范圍、在第2段或第3段飛越障礙物即可。然而，在中國西部的青藏高原、云貴高原和其他地區(qū)的復(fù)雜地形機場，起飛飛行航跡往往需要延伸至40km、70km甚至100km，必須構(gòu)建包括起飛飛行航跡4個段在內(nèi)的完整凈航跡進(jìn)行越障裕度判定，才能確保滿足規(guī)章要求。

這類分析中，大量依賴制造商提供的性能軟件來進(jìn)行。例如，對于波音機型，這些軟件包括：計算起飛分析表的BPS、計算航跡的BCOP。問題在于：性能軟件只能輸出標(biāo)準(zhǔn)二段模式（第3段使用起飛復(fù)飛功率TOGA加速）直線離場的第3段總航跡和凈航跡長度。在實際運行中經(jīng)常面臨的延伸2段模式（第3段使用最大連續(xù)MCT加速），性能軟件不能輸出第3段凈航跡長度。另外，一發(fā)失效下在第3段轉(zhuǎn)彎，也是實際中經(jīng)常遇到的，這種情況下軟件按直線離場輸出的總航跡與凈航跡長度數(shù)據(jù)也不再有效。性能軟件的這些問題使得在復(fù)雜情況下構(gòu)建整個起飛飛行凈航跡成為不可能?？湛惋w機性能軟件也存在同樣的問題。

在不可能得到機型的核心數(shù)據(jù)（例如：推力、氣動數(shù)據(jù)）情況下，如何根據(jù)航跡模擬性能軟件BCOP輸出的總航跡數(shù)據(jù)，正確計算各種情況下的凈航跡數(shù)據(jù)，特別是第3段凈航跡數(shù)據(jù)，成為民航實際運行中必須面臨的問題。目前，這一問題并沒有得到很好的解決，特別是在正在大力推廣的RNPAR一發(fā)失效應(yīng)急程序設(shè)計中更是如此。

1 規(guī)章要求

起飛飛行航跡（Takeoff Flight Path-FAR 25.111）是一發(fā)失效起飛對應(yīng)的航跡。它的起點是起飛離地35ft的點，終點是以下兩點中的較高者：

·高于起飛表面1500ft的航跡點；

·完成從起飛構(gòu)形到航路構(gòu)形的過渡（即收上襟、縫翼和起落架）并達(dá)到最后爬升速度（1.25倍傳統(tǒng)失速速度）的航跡點，通常為最大升阻比速度（即空客飛機所稱的綠點速度）。

起飛飛行航跡分為4段（FAR 25.121），如圖1所示。

第1段從35ft開始，止于起落架收完，發(fā)動機TOGA，飛機保持V2恒表速。

第2段從起落架收完開始，止于開始收襟翼高度，開始收襟翼的高也稱為改平高或加速高，規(guī)章要求最低為400ft，該段中發(fā)動機TOGA，飛機保持V2恒表速。

第3段從開始收襟翼到襟翼全收，并加速到最后爬升速度。如果該段結(jié)束點在TOGA時限內(nèi)（5分鐘或10分鐘），則第3段全部在TOGA下加速，稱標(biāo)準(zhǔn)二段模式；如果該段結(jié)束點不能在TOGA時限內(nèi)完成，則第3段需全部或部分在最大連續(xù)推力MCT下加速，這種情況稱為延伸2段模式。延伸2段可得到較標(biāo)準(zhǔn)2段更大的改平高。

第4段飛機處于干凈構(gòu)型，發(fā)動機使用MCT恒表速上升。

飛機實際飛過的起飛飛行航跡，稱為總航跡（Gross）。總航跡上任意一點通過減小規(guī)定的上升梯度得到的航跡，稱為凈航跡（Net）。這個規(guī)定的梯度減小量（FAR 25.115）雙發(fā)飛機為0.8%。規(guī)章要求（FAR 121.189），起飛飛行凈航跡至少要高出障礙物35ft（直線離場）和50ft（轉(zhuǎn)彎離場）。

圖1起飛飛行航跡的四段劃分和越障要求

規(guī)章（FAR 25.111）要求：從飛機達(dá)到高于起飛表面400ft開始，起飛飛行航跡的每個點的可用爬升梯度，對于雙發(fā)飛機不得小于1.2%。這個可用爬升梯度可以被轉(zhuǎn)換為加速能力，這就是第3段作為平飛加速段的根據(jù)。由于凈航跡的可用爬升梯度比總航跡可用爬升梯度低0.8%（雙發(fā)飛機），凈航跡平飛段的加速度更低，因此，凈航跡第3段的長度要比總航跡的更長。

只有確定了凈航跡第3段的長度，第4段凈航跡的確定才成為可能。而波音、空客性能軟件目前均無法輸出復(fù)雜情況下第3段凈航跡的長度數(shù)值，從而導(dǎo)致第4段凈航跡也無法確定。下面給出這個問題的兩種解決方案。

2 簡化計算法

該算法只需知道總航跡的長度和梯度數(shù)據(jù)，即可得到整個起飛飛行航跡凈航跡。

如圖2所示，第3段凈航跡長度由L1、L2兩部分組成。L1和第3段總航跡長度相同，由總航跡減去0.8%梯度差得來；L2則有總航跡第4段梯度減去0.8%梯度得到。第3段凈航跡長度為L1、L2之和。

圖2起飛凈航跡第3段簡化算法

根據(jù)規(guī)章中凈航跡的定義，第3段凈航跡長度僅受第3段可用爬升梯度影響，和第4段爬升梯度無關(guān)。因此這一簡化算法存在天然的誤差。

3 定義計算法

飛機爬升時的受力情況可用圖3來表示，其中T,W,V,γ分別為推力、重力、速度和爬升角。

圖3起飛爬升飛機各力示意

因此，只要推力大于所有阻力之和，飛機將所有能量用于爬升（保持恒真空速），得到一個最大可用爬升梯度；或?qū)⑺心芰坑糜谄斤w加速，得到一個加速度；或?qū)⒛芰客瑫r用于加速或爬升，其分配比例可為任意數(shù)值。

通過上述分析，可通過第3段總航跡數(shù)據(jù)，計算得到第3段凈航跡數(shù)據(jù)。首先計算總航跡的加速度，進(jìn)而得到其對應(yīng)的可用爬升梯度?？偤桔E可用爬升梯度減去0.8%，可得到凈航跡的可用爬升梯度，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成凈航跡的加速度，從而得到凈航跡的長度。

4 算例分析

下面以江北機場（普通機場）和九黃機場（高高原機場）數(shù)據(jù)為例，使用B737-700/7B24機型和B737-800/7B26機型分別進(jìn)行性能計算，起飛分析表軟件BPS在同一條件下的起飛飛行航跡結(jié)果進(jìn)行了對比。

江北機場與氣象數(shù)據(jù)：跑道標(biāo)高411米，外部大氣溫度為月平均最高氣溫32攝氏度，靜風(fēng)，標(biāo)準(zhǔn)海壓。起飛滑跑可用距離、起飛可用距離、加速停止可用距離均為3200米，干道面，跑道坡度0%，無障礙物。

九黃機場與氣象數(shù)據(jù)：跑道標(biāo)高3447.7米，外部大氣溫度為月平均最高氣溫26攝氏度，靜風(fēng)，標(biāo)準(zhǔn)海壓。起飛滑跑可用距離、起飛可用距離、加速停止可用距離均為3370米，干道面，跑道坡度0%，障礙物選取如表1。

表1 九黃機場障礙物

機型數(shù)據(jù)：①737-700/CFM56-7B24，結(jié)構(gòu)限重69399kg，最優(yōu)構(gòu)型Flap 1，空調(diào)自動、防冰關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)二段模式，平衡V1策略；②737-800/CFM56-7B26，結(jié)構(gòu)限重79010kg，最優(yōu)構(gòu)型Flap 1，空調(diào)自動、防冰關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)二段模式，平衡V1策略。

4.1 江北機場，737-700/CFM56-7B24機型

BPS點計算出的改平總航跡高度范圍是122m至293m；改平凈航跡高度范圍是85m至200m；改平總航跡長度范圍是14867m至22347m；改平凈航跡長度范圍是17635m至25358m；第二段總航跡的爬升梯度是2.5，凈航跡的爬升梯度是1.7；第四段總航跡的爬升梯度是3.3，凈航跡的爬升梯度是2.5。

表2 江北機場，737-700/CFM56-7B24機型結(jié)果總結(jié)

4.2 江北機場，737-800/CFM56-7B26機型

BPS點計算出的改平總航跡高度范圍是122m至292m；改平凈航跡高度范圍是84m至195m；改平總航跡長度范圍是15904m至23803m；改平凈航跡長度范圍是19533m至27893m；第二段總航跡的爬升梯度是2.4，凈航跡的爬升梯度是1.6；第四段總航跡的爬升梯度是3.0，凈航跡的爬升梯度是2.2。

表3 江北機場，737-800/CFM56-7B26機型結(jié)果總結(jié)

4.3 九黃機場，737-700/CFM56-7B24機型

BPS點計算出的改平總航跡高度范圍是192m至464m；改平凈航跡高度范圍是146m至350m；改平總航跡長度范圍是15274m至23979m；改平凈航跡長度范圍是17596m至26638m；第二段總航跡的爬升梯度是3.5，凈航跡的爬升梯度是2.7；第四段總航跡的爬升梯度是3.5，凈航跡的爬升梯度是2.7。

表4 九黃機場，737-700/CFM56-7B24機型結(jié)果總結(jié)

4.4 九黃機場，737-800/CFM56-7B26機型

BPS點計算出的改平總航跡高度范圍是190m至469m；改平凈航跡高度范圍是146m至357m；改平總航跡長度范圍是15562m至24681m；改平凈航跡長度范圍是17930m至27552m；第二段總航跡的爬升梯度是3.7，凈航跡的爬升梯度是2.9；第四段總航跡的爬升梯度是3.6，凈航跡的爬升梯度是2.8。

表5 九黃機場，737-800/CFM56-7B26機型結(jié)果總結(jié)

5 結(jié)語

通過使用不同機場，不同機型，不同改平高來進(jìn)行對比驗證，在性能軟件凈航跡數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，使用的兩種計算中，均可給出保守一側(cè)的結(jié)果，但簡化計算法存在天然的缺陷，無法確保復(fù)雜情況下其結(jié)果是否仍偏向保守側(cè)，基于定義的計算法則更好地從保守側(cè)靠近性能軟件的輸出結(jié)果，且具有處理任意復(fù)雜情況下，可用爬升梯度變化的情景。因此計算凈航跡方面，定義計算法優(yōu)于簡化計算法。進(jìn)一步，在BCOP計算的總航跡基礎(chǔ)上，定義計算方法可計算得到在包括延伸2段和第3段轉(zhuǎn)彎等復(fù)雜情況下的整個起飛飛行凈航跡，從而使得全程判斷凈航跡的規(guī)章符合性成為可能。