愚蠢的地球人

飞机的起飞性能与飞行的安全性和经济性密切相关，对于航空公司而言，如何节省发动机成本是一个持久的话题，但是对机组而言，他们希望拥有更大的裕度。在受起飞性能限制的机场，机组通过起飞性能计算来优化襟翼设定和起飞速度，确定最优化的最大允许起飞重量。同理，在大部分不受起飞性能限制的机场，航班运行的实际起飞重量小于最优化的最大允许起飞重量，机组使用起飞性能计算可以确定最优化的推力减少量（最大灵活温度）。

影响飞机起飞性能的因素主要有两个，一个是跑道条件，另一个是发动机推力。

跑道条件主要有以下几点：

    •         跑道可用起飞距离

    •         障碍物越障梯度的限制

    •         沿跑道方向的风分量

    •         起飞方向的跑道坡度

    •         道面的干湿状况

发动机推力主要受以下两点的影响：

    •         机场的气压高度

    •         机场的环境温度

        起飞性能的计算就是根据给定的起飞条件来计算最大起飞重量和起飞速度，以及根据一个特定的起飞条件和起飞重量来计算可用于安全起飞的最小灵活推力。为了讲述计算的原理，首先我们先来介绍一下起飞性能分析中常常用到的一些速度：（以下内容摘录自空客公司飞机性能培训资料）

VMCG，地面最小控制速度：在这个速度，当关键发动机突然不工作时，仅靠主要空气动力控制就可以对飞机保持控制(不用前轮转弯)，使用正常驾驶技术就可以安全起飞。假设飞机的加速航迹是沿着跑道中心线的，从一台关键发动机不工作开始时到方向恢复到与跑道中心线平行，横侧偏离跑道中心线的距离在任何一个点都不超过30英尺。

VMCA，空中最小控制速度：在这个速度，当一台关键发动机突然不工作时，仍能够保持飞机的控制，并且可以利用不大于5度的坡度角保持飞机平直飞行。

VMU，最小离地速度：当等于或高于它时，飞机可以安全离开地面并继续起飞。在试飞验证时，在低速时(80-100kt)，飞行员带杆到操纵面空气动力效率的极限位置。飞机慢慢抬前轮到一个获得最大升力系数的迎角，或者对于受几何形状限制的飞机，抬前轮至机尾擦跑道(机尾装有防擦保护装置)。然后保持俯仰直至飞机离地。

VEF，发动机故障速度：在这个速度上，假定关键发动机故障。

V1，决断速度：机组能够决定中断起飞的最大速度，并且可以保证将飞机停在跑道的限制范围内。V1不得小于VEF加上在加速－停止实验中，从关键发动机故障发生开始到飞行员发现故障并开始采取第一个措施动作期间的速度增加值。V1假定发动机故障发生在VEF。从发动机在VEF故障到飞行员在V1时判断发现故障的时间为1秒钟。因此：VMCG≤VEF≤V1

VR，抬轮速度：飞行员开始抬轮的速度，不得小于：

    •         V1

    •         105%的VMCA

    •         能够保证在高于起飞表面35英尺之前就达到V2的速度；或

    •         以最大适用速率抬前轮可以达到令人满意的VLOF的速度

VLOF，离地速度：飞机刚刚升空时的速度，它是升力克服重力的速度。在所有发动机都工作的情况下，VLOF不得小于110%的VMU且不得小于105%的按一台发动机不工作的情况下的推重比确定的VMU。

V2，起飞爬升速度：在发动机发生故障时在高出跑道表面35英尺处必须达到的最小爬升速度。不得小于：

    •         1.13VS1g

    •         1.10倍的VMCA

    •         VR加上在起飞跑道表面上空达到35英尺之前获得的速度增量。

速度小结，下图解释了取证速度(VS1G，VMCG，VMCA，VMU，VMBE，VTIRE)和起飞操作速度(V1，VR，VLOF，V2)之间的关系和规章方面的余度。

对起飞速度就简单的介绍这些，下面我们来看一下起飞距离：

起飞距离（TOD），如果关键发动机的故障在在VEF时发生，在V1时被判明，TOD等于从松刹车开始到飞机高于起飞表面上空35英尺的距离；如果所有发动机都工作，TOD等于1.15倍的从松刹车开始到飞机高于起飞表面上空35英尺的距离；或者对于湿跑道如果关键发动机的故障，TOD等于从松刹车开始到飞机高于起飞表面上空15英尺所覆盖的距离。如下图所示：

起飞滑跑距离（TOR），对于有净空道的跑道，TOR等于TOD减去离地点与飞机到达起飞表面上空35英尺点之间距离的一半；对于没有净空道的跑道，起飞滑跑距离TOR等于起飞距离TOD。

加速停止距离（ASD），所有发动机都工作时将飞机加速到V1，假定飞行员在V1时采取了中断起飞的动作到飞机完全停下来加上恒定的以V1速度运动2秒的距离；

可用起飞滑跑距离（TORA）：全跑道起飞时等于跑道长度或者在交叉道口起飞时等于从跑道进入点(交叉滑行道)到跑道端头的长度。

可用起飞距离(TODA)：可用起飞滑跑距离加上可用的净空道的长度。

可用加速停止距离(ASDA)：可用起飞滑跑长度加上停止道的长度。

        看完了起飞速度和起飞距离的定义，我们现在来看一下V1速度的计算，在谈到V1速度时，我们必须把它和最大起飞重量，场地速度这两个概念联系起来。而场地长度又可以分为平衡场长和非平衡场长两种。按现行航空条例的规定，决断速度V1及其相应场地长度限制的最大起飞全重的确定，是基于平衡场长的概念。

平衡V1与平衡场长，平衡场长是指在一发失效时按继续起飞距离和中断起飞距离相等条件所确定的长度。如果在某一重量下，一发失效于V1时刻决断作于中断起飞，按规定操纵飞机在停止所需的加速—停止距离，与V1时刻决断做继续起飞所需的起飞距离相等，且都等于可用的跑道长度，则此长度称为“平衡场长”，此时的全重就是一发失效情况下场地长度限制的最大起飞重量，所用的V1则称为“平衡V1”。通常加速到平衡V1要用掉大约60%的可用跑道长度，余下的大约40%供中断起飞或继续起飞使用。 对于给定的起飞重量，V1的任何增加都会导致TODN-1和TORN-1减小。这是因为当V1速度较大时，全发加速的阶段要长些，因此，当发动机在VEF发生故障时，以较短的距离在35英尺高度上就可以达到相同的V2速度。另一方面，由于没有发动机故障，TODN和TORN与V1无关，这样，对加速阶段和达到35英尺所需的距离就没有影响。相反，对于给定的起飞重量，V1的任何增加都会导致ASDN-1和ASDN的增加。这是因为当V1速度较大时，从松刹车到V1的加速航段要长些，从V1到全停的减速航段也要长些，而且以恒定V1运动2秒的航段也要长些。根据以上理论，可以画出TOD/ASD与V1的函数关系图：

上图表明，在特定的V1速度可以达到最小距离。这个速度被称为“平衡V1”，而相应的距离则被称为“平衡场长”。

        对于平衡V1，当起飞推力减小时，加速停止距离增加，这是因为从起飞开始增速到V1时需要较长的距离。为保持平衡场长，VR增加，V2轻微减少或保持不变。当起飞性能受跑道可用长度限制时，推力减小，直到假设的平衡场长等于跑道可用长度。

        起飞性能不仅受跑道长度的限制，同时还要受爬升梯度或者障碍物限制时，当起飞性能受爬升梯度或者障碍物限制时，产生了跑道长度过剩的情况，这时可以使用改进爬升进一步减小推力。对于平衡场长，改进爬升需要V1、VR和V2增大，除了V1和VR增大以保持平衡场长外，V1、VR和V2还需要因改进爬升进而增大。V1速度的增大导致加速停止距离的增加。现在我们来看一下起飞阶段的爬升和越障限制的介绍：

起飞航迹：从起飞距离结束后高于起飞表面35ft处开始延伸到飞机达到以下高度的点：高于起飞表面1500ft或从起飞到入航的形态转变已完成且已达到最后起飞速度，两者之间取较高者。起飞航迹可以被划分为图示的几个航段。

最小爬升梯度的要求：

起飞推力的限制，发动机限制的主要原因是排气温度(EGT)的限制。起飞推力(TOGA)表示的是起飞的最大可用推力。在给定的气压高度上，当温度低于基准温度(Tref)或平推力温度时，它对发动机的起飞推力没有影响。高于基准温度，发动机的推力受到排气温度(EGT)的限制，可用推力随温度上升而减小。另一方面，在给定的温度下，气压高度的增加将导致可用起飞推力的降低。

灵活起飞，灵活温度减推力起飞被称为灵活起飞，相应的推力被称为灵活推力。飞机的实际起飞重量通常小于最大标准的起飞重量。因此，在某些情况下，可以用小于最大起飞推力的推力起飞。按照实际重量调整推力是有利的，因为它可以增加发动机的寿命和可靠性，同时降低维护和运营成本。这些起飞运行通常分为两类：针对于空客飞机的灵活起飞的概念以及使用特定的降低额定功率水平的概念。空客A320系列飞机通常使用灵活起飞。

        灵活温度是输入参数，通过它发动机监控计算机采用对应实际起飞重量的推力。这个方法从经过批准的最大起飞推力额定值演变而来，因此使用相同的经过审定的最小控制速度。此外，推力的减小不得超过最大起飞推力的25%。AFM指出，在污染跑道上不允许减推力起飞，除非在性能方面对湿道面上停止距离增长作出了适当的考虑，否则也不允许在湿跑道上进行减推力起飞。空客的运行文件(RTOW，FCOM)为湿跑道上进行灵活起飞提供了性能信息。所以我们可以在湿跑道上进行灵活起飞，而禁止在污染跑道上进行灵活起飞。

（本文主要是介绍起飞性能计算的原理，对于机场起飞分析手册的具体使用方法本文不做详解。）

全文完