減功率起飛的原理及特點(diǎn)

徐碩實(shí)

中國南方航空股份有限公司上海分公司飛行部

減功率起飛的原理及特點(diǎn)

徐碩實(shí)

中國南方航空股份有限公司上海分公司飛行部

文章闡述了減功率起飛的原理，從使用角度出發(fā)，對(duì)其使用方法作了說明。并將減功率起飛同正常情況作了比較，闡明其優(yōu)點(diǎn)，以及使用限制。

減功率；壽命；經(jīng)濟(jì)

一、前言

減功率（推力）起飛又稱靈活功率（推力）起飛，它是在跑道長(zhǎng)度夠長(zhǎng)，飛機(jī)載重較小，以小于手冊(cè)規(guī)定的最大起飛功率即可完成安全起飛的前提下，減小功率進(jìn)行起飛。

近年來，大型民航飛機(jī)配置的動(dòng)力裝置具有較大的功率儲(chǔ)備，推重比越來越大，性價(jià)比越來越高，剩余推力也越來越大。雙發(fā)飛機(jī)具有單發(fā)起飛和爬升的能力。所以減推力起飛的可行性是不容置疑的。

而在今天的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制下，各航空公司在有限的市場(chǎng)領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)中，降低營運(yùn)成本是其贏利的關(guān)鍵之一。飛機(jī)的減功率起飛可以降低營運(yùn)成本?，F(xiàn)在，各飛機(jī)制造廠家也在手冊(cè)中把減功率起飛作為標(biāo)準(zhǔn)程序提出并鼓勵(lì)用戶使用。

本文將初步闡明減推力起飛的原理，介紹它的優(yōu)點(diǎn)，以及減推力起飛在波音737-300型飛機(jī)上的使用。

二、減功率起飛的原理

航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，要受油門桿、不同的大氣條件、不同的高度以及速度的影響。

我們采用的減功率起飛，主要利用了大氣溫度對(duì)推力影響的特性。

推力等于單位推力與空氣流量的乘積

即R=R單位×G流量…………①

式中：R——推力；

R單位——單位推力；

G流量——空氣流量。

在空氣流量不變的前提下

R單位=（C5-V）/g……②

式中：C5——加速空氣速度；

V——飛行速度；

g——重力加速度。

式中：K——絕熱指數(shù)；

T0——大氣溫度；

由④式可知，影響推力的基本參數(shù)為：渦輪前燃?xì)鉁囟?、飛行速度、大氣溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)增壓比、發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮效率和膨脹效率。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、壓氣機(jī)引氣、除大氣溫度的主要飛行條件不變的情況下，大氣溫度升高，發(fā)動(dòng)機(jī)的單位推力會(huì)減小；大氣溫度降低，發(fā)動(dòng)機(jī)的單位推力會(huì)增加。

下面就以大氣溫度升高為例，分析大氣溫度對(duì)推力的影響。大氣溫度升高時(shí)，一方面空氣難于壓縮，發(fā)動(dòng)機(jī)增壓比減小，降低了熱效率，空氣流量降低。同時(shí)，大氣溫度升高，還會(huì)使空氣密度降低，而增壓比減小了，渦輪前燃?xì)鈮毫?shì)必相應(yīng)降低，而渦輪前燃?xì)鉁囟冉?jīng)過調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)可視為不變，所以空氣流量進(jìn)一步降低了?？諝饬髁康慕档?，將使發(fā)動(dòng)機(jī)的推力減小。另一方面，發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱量也將減少，則可以通過渦輪前燃?xì)鉁囟扰c壓氣機(jī)出口空氣溫度的差值的變化來說明。大氣溫度升高，壓氣機(jī)出口溫度升高。渦輪前溫度不變的情況下，溫差減小，發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱量減小，轉(zhuǎn)換成氣體動(dòng)能的熱能變少了，既有效功減少，氣體速度降低，所以發(fā)動(dòng)機(jī)推力減小了。

在其它參數(shù)保持不變時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，大氣溫度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)推力的影響，可有下式表示：

式中：R——非標(biāo)準(zhǔn)大氣溫度時(shí)的推力；

R標(biāo)——海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣下的推力；

T——海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣溫度；

T0——非標(biāo)準(zhǔn)大氣溫度。

由此可見，發(fā)動(dòng)機(jī)推力與大氣溫度（絕對(duì)溫度）的平方成反比。假如，溫度由-30℃變?yōu)?30℃，由計(jì)算可知，對(duì)應(yīng)的最大轉(zhuǎn)速的推力差可達(dá)45%左右。由此可見，大氣溫度變化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)推力影響的顯著。假設(shè)溫度法就是根據(jù)這一特性來的。

目前，使用較多的就是采用假設(shè)溫度法來確定減推力起飛的起飛推力的設(shè)置值。

在某一特定機(jī)場(chǎng)，可計(jì)算出飛機(jī)最大起飛重量隨氣溫的變化規(guī)律。一般來說，氣溫越低，最大起飛重量越大。從發(fā)動(dòng)機(jī)原理知，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力與換算N1或EPR近似成正比；發(fā)動(dòng)機(jī)的推力隨溫度的增加也是減小的。以下就以表征發(fā)動(dòng)機(jī)推力大小的參數(shù)EPR來進(jìn)行分析。

圖1 最大起飛重量和最大起飛推力與氣溫的關(guān)系

圖1表示某飛機(jī)在某機(jī)場(chǎng)的最大起飛推力和最大起飛重量隨機(jī)場(chǎng)溫度變化的規(guī)律。用事跡機(jī)場(chǎng)溫度從圖中可得到在實(shí)際氣象條件下的最大起飛重量為Wmax，對(duì)應(yīng)的最大起飛推力為EPR1，但事跡起飛重量W實(shí)際小于Wmax。用實(shí)際起飛重量從圖中反查得一個(gè)溫度，這個(gè)溫度即為假設(shè)溫度。假設(shè)溫度的物理意義：如果今天的溫度為t假設(shè)，使用正常推力設(shè)置值EPR2（設(shè)置值為溫度等于t假設(shè)時(shí)的起飛推力），則把實(shí)際起飛重量W實(shí)際當(dāng)作最大起飛重量，跑道剛好用完，或在起飛剖面第二段剛好滿足最低上升梯度要求。因此，可以把起飛推力設(shè)置為EPR2，EPR2比EPR1小，即采用了較小的起飛推力。

小于最大起飛推力起飛是否安全呢？答案是肯定的。減推力起飛不僅發(fā)動(dòng)機(jī)受載小，而且跑道仍有一定的安全余量，在起飛剖面第二階段的上升梯度也比規(guī)定的最低上升梯度大。這是因?yàn)椋喝绻麢C(jī)場(chǎng)實(shí)際氣溫等于假設(shè)溫度，以實(shí)際起飛重量起飛，跑道剛好用完或在起飛航道第二階段上升梯度剛好滿足要求。但實(shí)際溫度比假設(shè)溫度低，盡管使用同一N1或EPR起飛，實(shí)際推力要比假設(shè)溫度條件下起飛推力大，起飛跑道長(zhǎng)度變短了，起飛剖面第二段爬升梯度也增加了。另外，由于實(shí)際氣溫比假設(shè)溫度低，同一表速的真速比較小，所需的中斷起飛距離和所需繼續(xù)起飛距離都比較短一些。

實(shí)際中，進(jìn)行減功率起飛，只需在FMC（飛行管理計(jì)算機(jī)）上進(jìn)行設(shè)置，從而控制燃油調(diào)節(jié)器減少噴油量，減少發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)空氣的加熱量，減少轉(zhuǎn)速和T3*，從而使推力減小，達(dá)到減推力起飛的目的。

表1 B737-300最高假設(shè)溫度

表2 最大起飛%N1

表3 溫度差異的%N1調(diào)整（ΔN）

三、波音737-300型飛機(jī)實(shí)施功率起飛的方法

1、假設(shè)溫度法

首先根據(jù)當(dāng)時(shí)實(shí)際的外界大氣溫度和機(jī)場(chǎng)標(biāo)高，通過查閱《飛行手冊(cè)》中性能圖表（見表1）可查得最高假設(shè)溫度值，此溫度是基于減推力25%；然后，機(jī)長(zhǎng)根據(jù)飛行簽派提供的飛機(jī)實(shí)際起飛重量確定此次飛行的假設(shè)溫度值（必須在最高假設(shè)溫度和最低假設(shè)溫度之間），并由此假設(shè)溫度值和機(jī)場(chǎng)標(biāo)高通過表2查出對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)最大起飛N1值；最后，由假設(shè)溫度和實(shí)際外界大氣溫度通過表3查得N1的修正值（ΔN），最大起飛N1減去ΔN即為實(shí)際減推力起飛N1。

實(shí)際飛行中，在機(jī)長(zhǎng)確定了選擇的假設(shè)溫度之后，可在FMC“起飛基準(zhǔn)”頁面中“OAT”欄中輸入實(shí)際外界大氣溫度，在“SEL TEMP”欄輸入選擇的假設(shè)溫度。此時(shí)，在該頁面中將自動(dòng)顯示該假設(shè)溫度下的減推力N1值。

顯然，在允許的假設(shè)溫度范圍內(nèi)，當(dāng)飛機(jī)實(shí)際的起飛重量越小，選取的假設(shè)溫度越高，減推力的幅度就越大。但這種減推力方式只能用在飛機(jī)起飛階段。

2、在FMC起飛基準(zhǔn)頁面中直接設(shè)置法

波音737-300的另一種減推力方式，是通過FMC“起飛基準(zhǔn)”頁面2（如圖2所示）上直接設(shè)置減推力方式1和減推力方式2。

圖2 起飛基準(zhǔn)頁面2

在FMC“起飛基準(zhǔn)”頁面2上，按壓左5行選鍵并生效，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)將在基于正常起飛推力N1基礎(chǔ)上減小約3%（圖2所示N1= 88.7%），減推力約10%；若還需進(jìn)一步減小推力，可按壓右5行選鍵并生效，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)推力將N1減小6%（圖2所示N1=85.2%），減推力約20%。

這種減推力設(shè)置方式減推力的幅度是由FMC固定的，而且飛機(jī)爬升時(shí)可繼續(xù)進(jìn)行減推力爬升，避免了爬升N1大于起飛N1的情況。

在實(shí)際飛行中，若實(shí)際需要減推力更多時(shí)，可在假設(shè)溫度減推力的基礎(chǔ)上在設(shè)置“減推力方式1”或“減推力方式2”，可使起飛N1進(jìn)一步減小（但必須保證飛機(jī)起飛安全性能）。而且還應(yīng)特別注意：在使用假設(shè)溫度法時(shí)，應(yīng)避免出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)爬升N1大于起飛N1。當(dāng)爬升N1大于起飛N1時(shí)，飛機(jī)離地狀態(tài)不穩(wěn)定，將影響安全。再者，若起飛后再增大N1等于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)再加熱，是發(fā)動(dòng)機(jī)地?zé)嵫h(huán)次數(shù)增加，而發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件壽命受低熱循環(huán)次數(shù)限制。所以，爬升N1大與起飛N1的減推力起飛會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)壽命變短，反而不經(jīng)濟(jì)。

四、減推力起飛的優(yōu)點(diǎn)

1、提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命

在使用權(quán)起飛功率起飛的過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近最大值，T3*也接近最高溫度。渦輪處于高溫、高轉(zhuǎn)速下工作，環(huán)境極惡劣。渦輪葉片承受很高的熱負(fù)荷、巨大的離心力和燃?xì)饨蛔兞?，將使渦輪產(chǎn)生高溫蠕變、高溫低循環(huán)疲勞等，將影響渦輪壽命。此外，由于渦輪一級(jí)葉片負(fù)荷很重，高溫高壓燃?xì)鉀_擊渦輪式，直接作用再渦輪葉片上的氣動(dòng)力很大，容易使渦輪葉片發(fā)生彎曲，也將影響渦輪壽命。

由表4可知，在大氣溫度15℃條件下按熱天43℃起飛推力起飛，即采用假設(shè)溫度法減推力起飛，T3*下降值在30℃～50℃之間，熱端部件壽命可增加一倍，發(fā)動(dòng)機(jī)性能衰減速度降低，熱端部件氧化與腐蝕降低。

表4 在大氣溫度15℃按43℃起飛推力起飛時(shí)下降值

表4 在大氣溫度15℃按43℃起飛推力起飛時(shí)下降值

圖3為某發(fā)動(dòng)機(jī)非計(jì)劃換發(fā)率隨航程的變化。可知，減功率起飛在相同航程情況下，非計(jì)劃換發(fā)率降低。

圖3 非計(jì)劃換發(fā)率隨航程的變化

由此可見，減推力起飛可延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命，所以，它可以提高經(jīng)濟(jì)性。

2、降低了耗油率

采用減推力起飛，燃油調(diào)節(jié)器自動(dòng)降低噴油量，使得燃油消耗率減小。且飛機(jī)起飛時(shí)，飛機(jī)的噴氣速度減小，減小了離速損失，從而提高了經(jīng)濟(jì)性。

3、降低了噪聲污染

根據(jù)生理學(xué)和心理學(xué)的研究成果，噪音對(duì)人的生理和心理都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重危害。他將嚴(yán)重影響機(jī)場(chǎng)的工作人員和機(jī)場(chǎng)周圍的巨門的身心健康。長(zhǎng)時(shí)間在噪音環(huán)境下，人將發(fā)生諸多不適，如：耳鳴、聽力衰退（甚至耳聾）、神經(jīng)衰弱、疲勞、失眠、心理煩躁等。

北京首都機(jī)場(chǎng)自一九八一年就制定了宵禁和減噪音程序。國外許多大機(jī)場(chǎng)，例如，法蘭克福、戴高樂、舊金山等機(jī)場(chǎng)都設(shè)有機(jī)場(chǎng)噪音限制標(biāo)準(zhǔn)?？梢姡胍粑廴镜奈：σ褳槿藗兯匾暳?。

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的起飛噪音較大，其主要來自風(fēng)扇、渦輪和噴氣。風(fēng)扇、渦輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生干涉噪音，由于這種噪音在人耳最為敏感的范圍，所以危害較大。噴氣噪音是氣流從噴口噴出時(shí)，由于噴氣與外界氣體間的巨大速度差，在邊界產(chǎn)生紊流脈動(dòng)，從而產(chǎn)生噴氣噪音。在使用減推力起飛的過程中，轉(zhuǎn)速較小，導(dǎo)致風(fēng)扇、渦輪產(chǎn)生的噪音降低；T3*降低，導(dǎo)致為噴管噴射氣流速度降低。經(jīng)理論推導(dǎo)，亞音速氣流產(chǎn)生的噴氣噪音功率與噴氣速度的8次方成正比，所以，降低噴氣速度對(duì)降低噴氣噪音具有顯著作用。

可見，減推力起飛可有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)起飛噪音。

五、減推力起飛的注意事項(xiàng)

1、使用假設(shè)溫度法減功率起飛，減推力的最大值不得超過25%，爬升N1不得超過起飛N1。

2、機(jī)長(zhǎng)必須對(duì)飛機(jī)起飛重量、跑道情況、機(jī)場(chǎng)凈空作全面分析后，確定是否減推力和減推力的大小。

3、減推力起飛和爬升時(shí)，一旦出現(xiàn)特殊情況，需要增加發(fā)動(dòng)機(jī)推力時(shí)，應(yīng)及時(shí)前推油門，退出減推力狀態(tài)。

4、禁止在污染跑道或不良的氣象條件下實(shí)施減推力起飛。

5、在高溫、高原機(jī)場(chǎng)一般不采用減推力起飛。

六、總結(jié)

綜上所述，減功率起飛是通過對(duì)飛行管理系統(tǒng)的設(shè)置，使發(fā)動(dòng)機(jī)減少噴油量，減少對(duì)空氣的加熱量，使轉(zhuǎn)速和下降，從而減小推力達(dá)到減功率的目的。

減功率起飛，具有延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命和維護(hù)周期、減小耗油率、降低噪音等優(yōu)點(diǎn)。它在實(shí)際應(yīng)用中可以降低使用維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)，可以降低空中停車率、提前換發(fā)率、班機(jī)延誤率、使用性能衰退率，真正從航空公司的使用角度出發(fā)，降低運(yùn)營成本，提高經(jīng)濟(jì)效率，其必將得到日益廣泛的應(yīng)用。

[1]《航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)》.中國民航飛行學(xué)院.

[2]《航空燃?xì)鉁u輪動(dòng)力裝置》.中國民航飛行學(xué)院.

[3]《飛行性能預(yù)計(jì)劃（下）》.中國民航飛行學(xué)院.

[4]《中國民航飛行學(xué)院學(xué)報(bào)》.中國民航飛行學(xué)院.