ARJ21—700飛機(jī)起飛程序研究

摘 要：起飛程序是正常操作程序的重要組成部分，一個(gè)合理的起飛程序?qū)ΡＵ巷w行安全至關(guān)重要。文章通過(guò)三種機(jī)型起飛程序的對(duì)比分析，找到了ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序存在的三個(gè)問(wèn)題，并對(duì)產(chǎn)生這三個(gè)問(wèn)題的原因和帶來(lái)的影響進(jìn)行了深入分析。通過(guò)對(duì)起飛階段各種自動(dòng)飛行模式變化的詳細(xì)論述，設(shè)計(jì)了一種全新的起飛程序。新的起飛程序在滿足局方規(guī)章和航空公司運(yùn)行要求的前提下，有效的降低了飛行員在起飛過(guò)程中的工作量，操作方法和理念與成熟機(jī)型的起飛程序更一致，能保障ARJ21-700飛機(jī)持續(xù)安全高效的運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：起飛程序；自動(dòng)飛行；ARJ21-700飛機(jī)

引言

對(duì)于民航飛機(jī)而言，起飛是整個(gè)飛行過(guò)程中比較關(guān)鍵的一個(gè)階段，起飛程序也是整個(gè)正常操作程序的重要組成部分。航空事故統(tǒng)計(jì)表明起飛的三分鐘是飛行事故的多發(fā)期，因此，一個(gè)合理的起飛程序?qū)ΡＵ巷w行安全至關(guān)重要。起飛階段兩名飛行員之間除了需要相互配合完成起飛動(dòng)作和標(biāo)準(zhǔn)喊話之外，還要完成聯(lián)系A(chǔ)TC以及判斷外部條件變化對(duì)飛行操作的影響等工作，工作量大，心理壓力也比較大。因此，對(duì)于一個(gè)合理的起飛程序，在保障安全且滿足局方規(guī)章要求的前提下，應(yīng)盡量降低飛行員在起飛階段的工作量。

由于ARJ21-700飛機(jī)自動(dòng)飛行模式設(shè)計(jì)方面的缺陷以及起飛過(guò)程中性能方面的一些限制，導(dǎo)致ARJ21-700飛機(jī)的起飛程序經(jīng)過(guò)多輪討論與修改，應(yīng)該說(shuō)現(xiàn)行的起飛程序設(shè)計(jì)相對(duì)合理，邏輯上沒(méi)有明顯的漏洞，并能滿足局方規(guī)章和航空公司運(yùn)行的要求。但為了避免起飛過(guò)程中自動(dòng)飛行模式變化帶來(lái)的影響，現(xiàn)行的起飛程序中要求：（1）起飛前不能待命自動(dòng)油門(mén)（AT）；（2）起飛初始爬升階段不能跟隨飛行指引儀（FD）飛行；（3）減推高度之前不能接通自動(dòng)駕駛儀（AP）。因此，對(duì)比成熟機(jī)型，ARJ21-700飛機(jī)的飛行機(jī)組在起飛階段的工作量更大，對(duì)飛行的安全造成不利影響。此外，由于起飛前不能待命AT，油門(mén)臺(tái)上也沒(méi)有設(shè)計(jì)靈活起飛推力（FLX）對(duì)應(yīng)的卡槽位，因此，一旦實(shí)施靈活溫度起飛（正常運(yùn)營(yíng)后，航空公司考慮到經(jīng)濟(jì)性和發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，大多數(shù)情況下都會(huì)選擇靈活溫度起飛），需要飛行員根據(jù)EICAS顯示器上的N1基準(zhǔn)值人工控制油門(mén)桿到靈活起飛推力對(duì)應(yīng)的位置，操作復(fù)雜，難度大，不易掌握。

在ARJ21-700飛機(jī)的空機(jī)驗(yàn)證階段，已有成都航的飛行員提出，希望在起飛前待命AT，以便起飛過(guò)程中利用AT控制油門(mén)桿，一方面降低起飛階段的工作量，另一方面也便于在正式運(yùn)營(yíng)后實(shí)施靈活溫度起飛。

文章在對(duì)比ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序與成熟機(jī)型起飛程序的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)自動(dòng)飛行模式的深入分析，旨在設(shè)計(jì)一種全新的起飛程序，在滿足局方規(guī)章和航空公司運(yùn)行要求的前提下，降低飛行員在起飛階段的工作量，保障ARJ21-700飛機(jī)持續(xù)安全高效的運(yùn)營(yíng)。文章在論述過(guò)程中將涉及三個(gè)方面：（1）起飛程序?qū)Ρ确治?；?）起飛程序操作差異分析；（3）新的起飛程序設(shè)計(jì)。

1 起飛程序?qū)Ρ确治?/p>

起飛程序?qū)Ρ确治鲋猩婕叭N機(jī)型，即：空客320飛機(jī)、波音737飛機(jī)、ARJ21-700飛機(jī)。為了便于對(duì)比三種機(jī)型的起飛程序，在分析過(guò)程中根據(jù)相應(yīng)機(jī)型的起飛程序繪制了典型的起飛程序剖面圖，剖面圖中涵蓋了起飛過(guò)程中主要的動(dòng)作項(xiàng)。其中，操作飛機(jī)飛行員（PF）的動(dòng)作項(xiàng)位于剖面圖的上方，以實(shí)線框的形式標(biāo)出；監(jiān)控飛機(jī)飛行員（PM）的動(dòng)作項(xiàng)位于剖面圖的下方，以虛線框的形式標(biāo)出?？湛?20飛機(jī)的起飛程序剖面圖如圖1所示，波音737飛機(jī)的起飛程序剖面圖如圖2所示，ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序剖面圖如圖3所示。

對(duì)比空客320飛機(jī)和波音737飛機(jī)的起飛程序，不難看出，ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序在總體的邏輯設(shè)計(jì)上與兩者比較接近，都可分為五個(gè)部分，包括：（1）滑跑階段，待兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的N1值穩(wěn)定在某個(gè)固定值后，設(shè)定起飛推力，并進(jìn)行推力檢查和速度檢查；（2）起飛初始爬升階段，抬輪至15°后保持固定的空速爬升；（3）飛機(jī)到達(dá)減推高度后，將起飛推力減小到爬升推力；（4）飛機(jī)到達(dá)增速高度后，使飛機(jī)增速并收起襟縫翼至光潔構(gòu)型；（5）完成所有動(dòng)作后，執(zhí)行起飛后檢查單（本項(xiàng)未在起飛剖面圖中列出）。

通過(guò)以上分析可以看出，ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序在邏輯設(shè)計(jì)上相對(duì)比較合理，也能滿足局方規(guī)章和航空公司運(yùn)行的要求。但相對(duì)空客320飛機(jī)和波音737飛機(jī)的起飛程序，ARJ21-700飛機(jī)起飛過(guò)程中飛行員的工作量較大，且一些操作方法與飛行員的習(xí)慣不一致，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：（1）起飛前不能待命AT，起飛過(guò)程中油門(mén)需要人工控制；（2）起飛初始爬升階段，不能跟隨FD指引飛行，需人工保持固定的空速；（3）AP接通的時(shí)機(jī)較晚（飛機(jī)到達(dá)減推高度且AT接通后才能按需接通AP）。

這三個(gè)操作方面的差異，額外增加了飛行員的工作量，對(duì)起飛過(guò)程中的安全也造成一定程度的影響。文章在“起飛程序操作差異分析”中將對(duì)這三個(gè)差異進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)分析，說(shuō)明造成這些差異的原因以及帶來(lái)的影響。

2 起飛程序操作差異分析

2.1 “起飛不能待命AT”問(wèn)題分析

首先，分析第一個(gè)問(wèn)題，即：起飛前不能待命AT，起飛過(guò)程中油門(mén)需要人工控制。對(duì)于ARJ21-700飛機(jī)，現(xiàn)假設(shè)在起飛前可以待命AT，根據(jù)自動(dòng)飛行邏輯：起飛過(guò)程中當(dāng)兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的N1目標(biāo)值均大于40%并按壓TOGA按鈕后，AT將自動(dòng)接通，并將油門(mén)桿自動(dòng)前推至起飛推力位。在AT接通的情況下，如按照起飛程序在400ft以上按需接通航向模式（HDG）或橫向?qū)Ш侥Ｊ剑↙NV），自動(dòng)飛行方式信號(hào)牌（FMA）的自動(dòng)油門(mén)欄將由N1 TO模式變?yōu)镾PD模式，橫滾欄變?yōu)镠DG或LNV模式，俯仰欄變?yōu)镻TCH模式，F(xiàn)MA的具體變化如圖4所示。其結(jié)果是：飛機(jī)在到達(dá)減推高度之前就自動(dòng)退出了起飛推力模式，即飛機(jī)提前減推，這種操作方式不能滿足航空公司的運(yùn)行要求。

為了解決起飛過(guò)程中AT接通情況下提前減推的問(wèn)題，現(xiàn)行起飛程序的修正措施是：起飛前不待命AT，起飛過(guò)程中人工將油門(mén)桿推至起飛推力位并保持，飛機(jī)到達(dá)減推高度后再接通高度層改變模式（FLC）和AT來(lái)達(dá)到減推的目的。這樣操作方法當(dāng)然可以滿足在減推高度前不減推的要求，但是由于需要人工控制油門(mén)，到達(dá)減推高度后又需要接通FLC模式和AT，額外增加了飛行員在起飛階段的工作量。此外，如前文所述，一旦實(shí)施靈活溫度起飛，需要飛行員根據(jù)EICAS顯示器上的N1基準(zhǔn)值人工控制油門(mén)桿到靈活起飛推力對(duì)應(yīng)的位置，操作復(fù)雜，難度大，不易掌握。

2.2 “起飛不能跟隨FD”問(wèn)題分析

其次，分析第二個(gè)問(wèn)題，即：起飛初始爬升階段，不能跟隨FD指引飛行，需人工保持固定的空速。對(duì)于ARJ21-700飛機(jī)，在起飛過(guò)程中需按壓起飛復(fù)飛（TOGA）按鈕激活起飛模式，此時(shí)，F(xiàn)MA的橫滾欄將由ROLL模式變?yōu)門(mén)O模式，俯仰欄將由PTCH模式變?yōu)門(mén)O模式，F(xiàn)MA的具體變化如圖5所示。其中，橫滾欄TO模式的邏輯是：保持機(jī)翼水平；俯仰欄TO模式的邏輯是：保持固定的俯仰角，雙發(fā)時(shí)為15°，單發(fā)時(shí)為12°。

基于俯仰欄TO模式的邏輯，F(xiàn)D水平指令桿將引導(dǎo)飛機(jī)保持固定的角度，而不是固定的空速，在某些特殊情況下，無(wú)法滿足越障的要求。對(duì)于空客320飛機(jī)或波音737飛機(jī)，在起飛初始爬升階段，抬輪過(guò)程中FD指引保持15°，一旦飛機(jī)離地并獲得足夠的爬升率后，F(xiàn)D的指引即保持固定的空速（雙發(fā)情況下，空客320飛機(jī)保持V2+10節(jié)的空速，波音737飛機(jī)保持V2+20節(jié)的空速）。在局方的咨詢通告FAR-AC25-1329-1B（自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)的批準(zhǔn)）中有如下要求：起飛系統(tǒng)應(yīng)該提供指令，使飛機(jī)能平穩(wěn)地捕獲某個(gè)俯仰姿態(tài)，在該姿態(tài)下能捕獲并追蹤全部發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的起飛爬升速度，即V2（起飛安全速度）+X。X是全部發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的速度增量，該值來(lái)源于飛機(jī)飛行手冊(cè)（AFM）（通常為10節(jié)或更大值）。

通過(guò)以上分析可以看出，ARJ21-700飛機(jī)的FD水平指令桿在俯仰方向上的指引存在嚴(yán)重問(wèn)題，不能滿足局方咨詢通告的要求，與成熟機(jī)型的FD指引也存在較大差異，對(duì)飛行安全造成重大影響。

為了解決起飛初始爬升階段FD水平指令桿指引有誤的問(wèn)題，現(xiàn)行起飛程序的修正措施是：在起飛過(guò)程中，初始跟隨FD指引離地，飛機(jī)離地后，人工保持V2+10節(jié)的空速飛行，飛機(jī)姿態(tài)穩(wěn)定后按壓駕駛盤(pán)上的同步按鈕把FD指引同步到飛機(jī)當(dāng)前狀態(tài)。這種操作方法從原則上講能滿足局方規(guī)章和航空公司運(yùn)行的要求，同成熟機(jī)型的起飛程序在理念上基本保持一致。但帶來(lái)的問(wèn)題也顯而易見(jiàn)：（1）起飛初始爬升階段無(wú)法跟隨FD指引飛行，需要飛行員根據(jù)速度帶的空速指示人工保持V2+10節(jié)的空速，姿態(tài)穩(wěn)定后又要按壓同步按鈕，額外增加了飛行員的工作量；（2）就飛行員的習(xí)慣而言，一旦提供FD指引，需按照FD的指引飛行。但由于ARJ21-700飛機(jī)初始爬升階段FD指引存在問(wèn)題，飛行員為保持V2+10節(jié)的空速，需根據(jù)空速指示來(lái)飛行，反過(guò)來(lái)通過(guò)同步按鈕將FD指引同步到飛機(jī)當(dāng)前姿態(tài)，這種操作方法與飛行員的習(xí)慣正好相關(guān)，對(duì)飛行安全造成較大影響。

2.3 “AP的接通時(shí)機(jī)較晚”問(wèn)題分析

最后，分析第三個(gè)問(wèn)題，即：AP的接通時(shí)機(jī)較晚。ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序中規(guī)定600ft以上按需接通AP，在實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中，從邏輯上分析，建議飛行員在接通FLC模式和AT之后按需接通AP。起飛階段，從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上來(lái)說(shuō)，接通AP的最低高度為600ft?，F(xiàn)假設(shè)飛機(jī)到達(dá)600ft后立即接通AP，F(xiàn)MA的具體變化如圖6所示。從圖中可以看出，由于俯仰欄為PTCH模式，AP在俯仰方向上將保持固定的角度，而此時(shí)油門(mén)桿保持在起飛推力位，因此，AP或油門(mén)都沒(méi)有保持V2+10節(jié)的空速，也就不滿足局方咨詢通告FAR-AC25-1329-1B中有關(guān)起飛初始爬升階段須保持固定空速的要求。

由此可見(jiàn)，接通AP應(yīng)延遲到接通FLC模式和AT之后進(jìn)行，這樣操作能滿足局方規(guī)章要求，從邏輯上分析也更合理。但從另外一個(gè)角度上來(lái)看，延遲接通AP在一定程度上增加了飛行員在起飛階段的工作量。

2.4 小結(jié)

綜合以上分析， ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序與成熟機(jī)型起飛程序的三個(gè)差異（即：起飛前不待命AT，起飛初始爬升階段不跟隨FD飛行，延遲接通AP）都會(huì)額外增加飛行員的工作量，且部分操作方法與飛行員的習(xí)慣不一致，對(duì)起飛過(guò)程中的飛行安全造成較大影響。

3 新的起飛程序設(shè)計(jì)

為了解決ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序的問(wèn)題，需要重新設(shè)計(jì)一個(gè)起飛程序，在滿足局方規(guī)章和航空公司運(yùn)行要求的前提下，應(yīng)盡可能的提前使用自動(dòng)化設(shè)備（AT、FD和AP），降低飛行機(jī)組在起飛過(guò)程中的工作量，從而有效的保證飛行安全。

3.1 起飛階段自動(dòng)飛行模式分析

為了達(dá)到盡早使用自動(dòng)化設(shè)備的目的，首先需要在起飛前待命AT（同波音737飛機(jī)的起飛程序一樣），但是正如前文的分析，一旦提前使用AT，在400ft以上改變橫滾方式的過(guò)程中，會(huì)造成提前減推的情況。為此，需要調(diào)整起飛過(guò)程中接通各種自動(dòng)飛行模式的時(shí)機(jī)，并對(duì)自動(dòng)飛行模式的變化進(jìn)行詳細(xì)分析。

現(xiàn)假設(shè)起飛前待命AT，且FCP板選擇的空速為V2+20節(jié)（160節(jié)，V2假設(shè)為140節(jié)），分四種情況來(lái)分析起飛滑跑階段和起飛初始爬升階段自動(dòng)飛行模式的變化，分別是：（1）400ft以上，接通HDG模式，F(xiàn)MA變化如圖7所示；（2）400ft以上，接通FLC模式，F(xiàn)MA變化如圖8所示；（3）400ft以下，接通HDG模式，F(xiàn)MA變化如圖9所示；（4）400ft以下，接通FLC模式，F(xiàn)MA變化如圖10所示。

分析以上四種不同情況下FMA的變化，可以看出ARJ21-700飛機(jī)的自動(dòng)飛行邏輯具有以下特點(diǎn)：（1）滑跑過(guò)程中空速超過(guò)一定值后，油門(mén)欄會(huì)變?yōu)镹1 HOLD模式，此時(shí)，AT保持起飛推力直至400ft，在此期間無(wú)論如何轉(zhuǎn)換自動(dòng)飛行模式，N1 HOLD模式保持不變，即飛機(jī)不會(huì)減推；（2）一旦飛機(jī)高度超過(guò)400ft，除非400ft以下激活FLC模式（即圖10所示方式），其它情況下，飛機(jī)都會(huì)自動(dòng)減推。

3.2 起飛程序操作步驟優(yōu)化

通過(guò)上一節(jié)的分析不難看出，只要在起飛過(guò)程中400ft以下接通FLC模式（即圖10所示方式），既能保證起飛前待命AT，又能保證起飛后飛機(jī)不會(huì)自動(dòng)減推，可謂一舉兩得。提前接通FLC模式的另外兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：（1）起飛前FCP板選擇的空速為V2+20節(jié)，在400ft以下一旦選擇FLC模式，F(xiàn)D的水平指令桿將保持該空速，從而給出正確的指引，由此起飛初始爬升階段PF可跟隨FD飛行，有效的解決了ARJ21-700飛機(jī)初始爬升階段不能跟隨FD飛行這一棘手問(wèn)題；（2）由于AT在起飛前已待命，并在起飛過(guò)程中自動(dòng)接通，F(xiàn)D也可給出正確的指引，因此，在AP的最低接通高度即600ft，可按需接通AP，從而達(dá)到了提前接通AP的目的。

通過(guò)以上的分析，可設(shè)計(jì)一個(gè)新的起飛程序來(lái)解決現(xiàn)行起飛程序中存在的三個(gè)問(wèn)題，新程序的剖面圖如圖11所示。與ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序相比，操作方面的主要變化如下：（1）起飛前通過(guò)FCP板選擇V2+20節(jié)的目標(biāo)速度，這一操作可結(jié)合在起動(dòng)前程序中執(zhí)行；（2）起飛前待命AT，這一操作可結(jié)合在起動(dòng)后程序中執(zhí)行；（3）起飛程序中，飛機(jī)離地后，在400ft以下（建議200ft左右）提前接通FLC模式。通過(guò)這三個(gè)操作方面的變化，新的起飛程序可保證：（1）在整個(gè)起飛過(guò)程中油門(mén)均由AT控制；（2）起飛初始爬升階段FD給出正確的指引，PF可跟隨FD飛行；（3）600ft以上即可按需接通AP。

3.3 小結(jié)

通過(guò)對(duì)起飛階段自動(dòng)飛行模式變化的分析，找到了解決起飛過(guò)程中AT接通情況下提前減推問(wèn)題的方法，由此通過(guò)三個(gè)操作方面的變化，設(shè)計(jì)出了一個(gè)全新的起飛程序。對(duì)比ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序（操作方法如圖3所示），新的起飛程序在滿足局方規(guī)章和航空公司運(yùn)行要求的前提下，能保證盡早的使用自動(dòng)化設(shè)備（AT、FD和AP），有效的降低了飛行機(jī)組在起飛過(guò)程中的工作量，從而保障飛行的安全。對(duì)比波音737飛機(jī)的起飛程序（操作步驟如圖2所示），除增加了“在200ft以下接通FLC模式”的操作之外，其它操作方法和理念完全一致，可見(jiàn)新的起飛程序在邏輯設(shè)計(jì)上更為合理，也更符合飛行員的操作習(xí)慣。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)三種機(jī)型起飛程序的對(duì)比分析，找到了ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序存在的三個(gè)問(wèn)題，并對(duì)產(chǎn)生這三個(gè)問(wèn)題的原因和帶來(lái)的影響進(jìn)行了深入分析。為了解決這三個(gè)問(wèn)題，對(duì)起飛階段各種自動(dòng)飛行模式的變化進(jìn)行了詳細(xì)論述，并找到了一種行之有效的方法，設(shè)計(jì)了一種全新的起飛程序。

新的起飛程序在滿足局方規(guī)章和航空公司運(yùn)行要求的前提下，可以保證在起飛過(guò)程中盡早的使用自動(dòng)化設(shè)備，有效的降低了飛行員在起飛過(guò)程中的工作量，操作方法和理念與成熟機(jī)型的起飛程序更一致，能保障ARJ21-700飛機(jī)持續(xù)安全高效的運(yùn)行。當(dāng)然，目前該程序還在論證過(guò)程中，僅部分飛行員和飛行理論教員在全動(dòng)模擬機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證與體驗(yàn)，離真正的推廣使用還有相當(dāng)長(zhǎng)的距離。在后續(xù)的工作中，還需要組織飛行員、設(shè)計(jì)人員、飛行工程師、手冊(cè)編寫(xiě)人員以及飛行理論教員等對(duì)新的起飛程序進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)論證，論證完成后，還需要批量組織飛行員進(jìn)行全動(dòng)模擬機(jī)驗(yàn)證和實(shí)際試飛驗(yàn)證，驗(yàn)證完成并確認(rèn)可行后方能實(shí)施。

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