支線飛機減推力起飛技術(shù)應(yīng)用研究

郭小玉，劉超

1.航空工業(yè)第一飛機設(shè)計研究院，陜西 西安 710089

2.中航飛機股份有限公司研發(fā)中心，陜西 西安 710089

近年，國內(nèi)支線飛機的研究日趨活躍，而支線飛行航線較短，客源和貨源較少，實際使用中最大重量（質(zhì)量）起飛所占比例較小，如果仍以最大起飛推力起飛，經(jīng)濟性不好，因此各航空公司基本都采用減推力起飛。

減推力起飛技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展已經(jīng)較為成熟，且得到普遍應(yīng)用。美國聯(lián)邦航空局（FAA）對其使用已進(jìn)行了認(rèn)證，并且以咨詢通告（AC）的形式對使用程序做出了規(guī)定和限制。

減推力起飛有兩種方式：假設(shè)溫度減推力和減少額定推力或功率減推力，那么在研制中如何決策選擇成為了設(shè)計中的一個關(guān)鍵問題。本文對二者進(jìn)行對比，給出適用支線飛機的減推力起飛方式。

1 減推力起飛技術(shù)

飛機在起飛時，一般選擇最大推力，當(dāng)航班的實際起飛重量小于起飛條件所允許的最大起飛重量時，就可以考慮使用較小的起飛推力進(jìn)行起飛或爬升，這種有意降低推力的方法，叫作減推力起飛技術(shù)。減推力技術(shù)包括減推力起飛和減推力爬升，其中減推力起飛又可以分為兩種，即減額定推力或功率法和假設(shè)溫度法。

（1）減額定推力或功率法

減額定推力或功率法如圖1所示。對于給定的起飛環(huán)境條件，通過選擇另一個經(jīng)認(rèn)證的功率（推力）等級，直接在全推力的基礎(chǔ)上將發(fā)動機功率（推力）降低一定的百分比。使用這種方法，認(rèn)為發(fā)動機的起飛功率（推力）處于正常的起飛操作限制，飛機制造商在飛行手冊中提供減功率（推力）后的限制、程序和性能數(shù)據(jù)。

圖1 減額定推力（功率）法示意圖Fig.1 Diagram of derated thrust（power）method

減少額定推力或功率起飛是一種半固定的減推力模式，所謂半固定是相對于發(fā)動機固定的全額定推力，在某些飛機的飛行管理計算機中有TO1和TO2的起飛推力選擇模式，TO1和TO2分別對應(yīng)某一固定的減功率（推力）值，如TO1對應(yīng)的是減少全推力的10%，TO2對應(yīng)的是減少全推力的20%等，當(dāng)選擇TO1功率（推力）模式起飛時，最大起飛推力是全推力的90%（10%的全推力減少值）。

（2） 假設(shè)溫度法

假設(shè)溫度法如圖2所示。圖中OAT為外界大氣溫度；EGT為發(fā)動機排氣溫度；TFlex為靈活溫度；Tref為發(fā)動機起飛推力的平臺參考溫度。

圖2 假設(shè)溫度法示意圖Fig.2 Diagram of assumed temperature method

發(fā)動機推力隨著外界環(huán)境溫度的上升而下降，因此，當(dāng)飛機的實際起飛重量小于起飛分析表上查出的最大允許值時，可以假設(shè)選擇一個高于環(huán)境溫度的靈活溫度，所需推力為這個溫度下的最大起飛推力，從而獲得比發(fā)動機最大起飛推力小的推力。

2 差異對比分析

無論是減額定推力或功率法還是假設(shè)溫度法起飛，兩種方法都被廣泛使用。本文分別從適航規(guī)章、安全性分析以及使用差異三個方面進(jìn)行分析。

2.1 適航規(guī)章要求差異對比

FAA在1988年公布的一個咨詢通告AC25-13“減推力和減功率起飛推力規(guī)程”[1]?？偨Y(jié)兩者的差異，見表1。

2.2 安全水平比較

減推力或功率起飛雖然為了帶來經(jīng)濟性收益，但必須以保證飛機安全為前提。本文通過舉例分析，說明假設(shè)溫度減推起飛和減功率法減推力起飛的安全水平。

表1 AC25-13中減額定推力（功率）法與假設(shè)溫度法的差異Table1 Differences between the derated thrust（power） and the assumed temperature in AC25-13

下面以某型飛機說明兩種方式安全水平，起飛條件為：

（1）襟翼 15°；（2）海平面，環(huán)境溫度 16℃；（3）跑道長度 2194.6m；（4）跑道長度限制的起飛重量為 110.9t；（5）預(yù)計起飛重量為101.9t。

在這些條件下，通過檢查該條跑道的起飛分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在預(yù)計起飛重量為101.9t時允許的假設(shè)溫度為40℃。

在預(yù)計起飛重量條件下，比較該飛機在實際溫度為40℃和實際溫度為16℃但假設(shè)溫度為40℃時的性能差異，見表2。

由表2可以看出，假設(shè)溫度法是更加保守一些，假設(shè)溫度法起飛的性能裕度比減功率起飛的性能裕度更大。

2.3 使用差異對比

（1）假設(shè)溫度法

假設(shè)溫度法的應(yīng)用步驟為：首先，根據(jù)飛機實際起飛重量查閱所在機場該機型的最大起飛重量隨溫度的變化值，判斷是否具備減推力起飛的條件；其次，在對應(yīng)功率的起飛分析數(shù)據(jù)表中，用實際起飛重量確定受場地和爬升梯度等限制的最大假設(shè)溫度，同時根據(jù)實際的外界大氣溫度和機場標(biāo)高，查閱飛行手冊中的發(fā)動機性能圖標(biāo)驗證最高允許的假設(shè)溫度在最大假設(shè)溫度和最低假設(shè)溫度之間，進(jìn)而確定可選擇的假設(shè)溫度范圍；最后，機組確定選擇的假設(shè)溫度值。

表2 假設(shè)溫度法和減功率(推力)起飛的安全水平比較Table2 The comparison of the assumed temperature and the derated thrust（power）takeoff method

需要說明的是，假設(shè)溫度條件下的推力的設(shè)定取決于是使用發(fā)動機壓力比 （Engine Pressure Ratio，EPR）還是發(fā)動機低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速N1值。使用假設(shè)溫度法確定EPR值和確定N1的方法是不一樣的。

（2）減功率法

因為減功率法確定的推力被認(rèn)為是一個單獨的額定推力，并且在飛機飛行手冊中單獨公布，所以它有自己單獨的推力設(shè)定圖表以及與之對應(yīng)的飛行性能數(shù)據(jù)。但是要注意用減功率法確定的減小量，因為沒有假設(shè)溫度，所以在實際預(yù)計的起飛溫度條件下，用所確定的起飛推力的相應(yīng)表格來確定EPR值或N1。

3 結(jié)束語

使用減推力或減額定推力起飛技術(shù)，不僅可以延長發(fā)動機的在役時間，延緩發(fā)動機性能衰減，降低燃油消耗和空中停車率，提高飛機的簽派放行率，而且可以節(jié)約發(fā)動機維修成本。因此可以預(yù)見，對于機隊規(guī)模較大的航空公司，使用該項技術(shù)在節(jié)約維修成本方面，提高飛機運行可靠性方面貢獻(xiàn)是巨大的。

從適航規(guī)章要求、安全性分析以及使用差異等方面的對比分析也可以發(fā)現(xiàn)，對于飛機設(shè)計制造部門，假設(shè)溫度法無論是從研制設(shè)計、試飛驗證、手冊編制等方面，均較減功率法優(yōu)越。然而，從飛機的使用運營來說，減功率法在濕跑道、污染跑道的約束較假設(shè)溫度法小很多，對于支線飛機的運營者來說就具有了很大的靈活性及優(yōu)勢，因此，如果在設(shè)計經(jīng)費允許的情況下，二者兼?zhèn)湓O(shè)計是最佳方案，如果條件不允許的話，減額定推力或功率法將是支線飛機較好的選擇。