廣元盤龍機(jī)場溫度天氣事件下簽派放行研究

張序 羅鳳娥 李家南 李芋杉

摘要：國內(nèi)部分西部機(jī)場因地面障礙物會對民用飛機(jī)起飛過程的爬升性能造成影響，溫度成為影響民用飛機(jī)起飛性能的重要因素之一，本文通過中國國際航空股份有限公司的性能分析軟件（PEB）展開性能計算分析，對A319-131機(jī)型在廣元盤龍機(jī)場從08號和26號跑道的起飛性能數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，分析溫度天氣事件對簽派放行造成的影響，進(jìn)而對廣元盤龍機(jī)場溫度數(shù)據(jù)收集，提出航空公司在簽派放行、運行控制和運力使用方面的建議，為安全飛行和航空公司的經(jīng)濟(jì)效益提供理論支持，這些研究對西部機(jī)場的航班簽派放行具有很好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：溫度天氣事件;簽派放行;飛機(jī)性能;起飛全重;跑道方向

中圖分類號：V32、V21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

2018年4月3日，某航空公司從成都飛往紐約的航班有近30位旅客由于機(jī)場較高氣溫的原因不能辦理值機(jī)手續(xù)[1]，這是大氣溫度對民用飛機(jī)（民機(jī)）性能影響的典型案例，航班簽派放行需要對機(jī)組資質(zhì)、適航性、飛機(jī)重量（質(zhì)量）、飛機(jī)油量、航班業(yè)載、航空氣象和航行通告展開綜合評估，總結(jié)起來就是人、機(jī)、環(huán)三部分[2]。在前期的文獻(xiàn)中能查詢到很多在機(jī)組資質(zhì)、適航性等方面的研究[3～5]，航空氣象方面也有學(xué)者針對雷暴、積冰、臺風(fēng)、低云等對飛行影響的天氣展開過很多研究，但溫度、修正海壓方面的研究則偏少，本文研究的內(nèi)容就是針對溫度對簽派放行影響展開的研究。

1 研究對象的選取和情況介紹

廣元盤龍機(jī)場（IATA代碼：GYS，ICAO代碼：ZUGU）位于中國四川省廣元市，為民航4D級支線機(jī)場，2000年9月建成通航。中國國際航空公司、中國東方航空公司等多家航空公司在廣元盤龍機(jī)場開通了定期航班。廣元盤龍機(jī)場具備中西部地區(qū)小型機(jī)場的典型特點，如機(jī)場周邊障礙物影響明顯、跑道長度較短、機(jī)場日航班量偏少、低云低能見天氣出現(xiàn)頻率較高、風(fēng)向風(fēng)速會影響飛機(jī)的起飛跑道方向等。

1.1 廣元盤龍機(jī)場設(shè)施簡介

廣元盤龍機(jī)場地處四月}盆地邊緣，嘉陵江與白龍江交匯處，走馬嶺西南翼附近，地勢為西高東低，機(jī)場區(qū)域內(nèi)高大障礙物較多，凈空較差，機(jī)場的跑道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表1。

民機(jī)可以實施夜航飛行，機(jī)場在供飛行員在進(jìn)近過程中識別跑道人口方向和位置處建立了醒目的目視參考，廣元盤龍機(jī)場具備助航燈光系統(tǒng)，情況見表2。

1.2 廣元盤龍機(jī)場氣象特點

廣元盤龍機(jī)場年平均最高氣溫20℃，年平均最低氣溫為12.6℃，極端最高溫度為36.2℃，出現(xiàn)在8月份，極端最低溫度為-4.4℃，出現(xiàn)在1月份。機(jī)場盛行東北風(fēng)，平均大風(fēng)日數(shù)為8天，集中在3-4月，最大瞬時風(fēng)速為24m/s，機(jī)場月平均氣溫、月平均相對濕度、月平均氣壓如圖1～圖3所示。

2 溫度對民機(jī)起飛的影響

溫度偏高會影響民機(jī)的載量，因為溫度的升高導(dǎo)致空氣密度減小，一方面進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣質(zhì)量減少，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速一定時，推力減小。同時，民機(jī)起飛時依靠機(jī)翼產(chǎn)生的升力使飛機(jī)升空，空氣密度是影響升力大小的因素之一，空氣密度越大，單位體積內(nèi)觸及翼面的空氣分子就越多，升力也越大，反之則升力越小;另一方面空氣密度的降低導(dǎo)致空氣流量降低，空氣更難壓縮，發(fā)動機(jī)增壓比降低，渦輪進(jìn)出口溫差減小，尾噴口氣體動能降低。同時著陸時飛機(jī)需要更大速度以彌補空氣密度不足對升力的影響。根據(jù)氣體性質(zhì)，在一定條件下，溫度越高其密度越小，因此，較高的溫度造成飛機(jī)發(fā)動機(jī)馬力減小，在正?；芯嚯x內(nèi)難以獲得足夠的速度和起飛升力，起飛后也因升力小而不能很快爬升到安全高度并加人航線飛行。高溫對發(fā)動機(jī)推力影響最明顯，在高海拔地區(qū)影響更甚，中國大部分地域夏季炎熱，高溫嚴(yán)重影響飛機(jī)起降性能。如西寧曹家堡機(jī)場海拔2179m，自1992年開航至2008年，共出現(xiàn)了160天極端高溫天氣，數(shù)次出現(xiàn)因高溫天氣導(dǎo)致的航班不正常[6]。

3 廣元盤龍機(jī)場溫度影響事件簽派放行研究

廣元盤龍機(jī)場機(jī)場可用跑道長度較短，同時受區(qū)域內(nèi)高大障礙物的影響，飛機(jī)在采用08號跑道起飛過程中載量明顯低于26號跑道，如果遇到發(fā)動機(jī)推力較小的航空器，在溫度較低的情況下也有可能影響飛機(jī)的起飛性能。

3.1 標(biāo)本的溫度要素

本文選取中國國際航空公司A319-131機(jī)型執(zhí)行廣元飛往杭州的航班為研究標(biāo)本，執(zhí)行航班的飛機(jī)發(fā)動機(jī)型號為V2522-A5，推力9980daN，飛機(jī)的最大起飛重量70000kg，最大著陸重量61000kg，標(biāo)本航班的無油重量為42229kg，航班在廣元盤龍機(jī)場起飛為北京時間11：30，按照提前150min完成簽派放行的原則，應(yīng)參考北京時間08：00時刻的廣元盤龍機(jī)場天氣實況完成簽派放行工作，按照《大型飛機(jī)公共航空運輸承運人運行合格審定規(guī)則》（CCAR-121-R4）[7]國內(nèi)燃油政策的要求，經(jīng)過簽派放行的評估航班放行油量為10200kg。飛機(jī)的實際起飛重量為61350kg，未超出最大起飛全重。是否會超出航空器的性能限制還需要進(jìn)行相關(guān)的性能驗證。

3.2 廣元盤龍機(jī)場溫度事件簽派放行評估

目前，國內(nèi)研究者在最大起飛重量的研究方面多集中在實際運行中如何確認(rèn)最大起飛重量[7～9]以及在飛機(jī)概念設(shè)計時如何估算最大起飛重量[10～12]，這里分析的則是最大起飛重量受溫度事件的影響。

3.2.1 廣元盤龍機(jī)場天氣實況

要展開對廣元盤龍機(jī)場起飛性能分析的研究，需要在PEB軟件錄人廣元盤龍的風(fēng)向、風(fēng)速和溫度三個元素，通過插值法確定出起飛全重（Maximum Take-Off Weight，MTOW）、飛機(jī)起飛決斷速度V₁、飛機(jī)抬輪速度V_R和飛機(jī)起飛安全速度V₂。簽派放行時廣元盤龍機(jī)場天氣實況和預(yù)報如下所示：

METAR ZUGU 2200002 25002MPS CAVOK 19/15Q1008 NOSIG=

TAF ZUGU 2122042 220009 06004MPS 9999 SCT040TX30/082 TN19/00Z=

3.2.2 廣元盤龍機(jī)場風(fēng)向評估

民機(jī)的起飛過程對風(fēng)比較敏感，每一種機(jī)型都有可能受到風(fēng)向和風(fēng)速的共同限制，由于風(fēng)向不會和跑道方向完全一致，對于民機(jī)來說，幾乎都會受到側(cè)風(fēng)的影響，飛機(jī)起飛過程中還會受到陣風(fēng)的影響，容易在起飛過程中受低空風(fēng)切變的影響，引起民機(jī)飛行高度的突然變化，如果飛行員沒有及時操作，就可能造成民機(jī)安全事件。在《中國國際航空公司運行手冊》第5.3.2章節(jié)對中國國際航空公司所屬空客機(jī)型側(cè)風(fēng)限制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的說明，見表3。

從廣元盤龍機(jī)場發(fā)布的氣象報文，機(jī)場實況風(fēng)向為250°，如果采用08號跑道，飛機(jī)將順風(fēng)起飛，采用26號跑道，飛機(jī)將逆風(fēng)起飛。機(jī)場預(yù)報風(fēng)向為60°，針對機(jī)場08號跑道，飛機(jī)為逆風(fēng)狀態(tài)，針對機(jī)場26號跑道，飛機(jī)為順風(fēng)狀態(tài)。但是否會超過表3所列的標(biāo)準(zhǔn)，還將對實況和預(yù)報的風(fēng)速采用三角函數(shù)的形式計算得出。

3.2.3 廣元機(jī)場風(fēng)速評估

采用三角函數(shù)的計算將風(fēng)速擬合到跑道方向可以得到跑道方向上的風(fēng)速，從廣元盤龍機(jī)場天氣實況可計算得到風(fēng)速為：

2m/s×cos10°=1.97m/s

對于08號跑道，簽派放行過程考慮為順風(fēng)1.97m/s，26號跑道為逆風(fēng)1.97m/s。從廣元盤龍機(jī)場天氣預(yù)報計算得到風(fēng)速為：

4m/s×cos20°=3.76m/s

對于08號跑道，簽派放行過程考慮為逆風(fēng)3.76m/s，26號跑道為順風(fēng)3.76m/s。從前兩個部分的計算可以得出，在實況和預(yù)報情況下，在廣元機(jī)場采用08號跑道和26號跑道起飛沒有受到側(cè)風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)的限制，接下來所需要考慮的則是性能方面的限制對起飛重量的影響，溫度則是影響該數(shù)據(jù)的重要因素之一。

3.2.4 廣元盤龍機(jī)場溫度評估

大氣的溫度主要是間接從地面得到，一般在日出前空氣溫度最低，太陽升起后通過輻射、對流、湍流等形式向空氣中傳導(dǎo)。地面溫度的升高，主要是吸收太陽輻射能量的結(jié)果，太陽光照射到地面上，曬熱了地面，地面吸收的熱再放出去烘熱空氣，空氣的溫度主要是間接從地面得到的。雖然夏天的中午，太陽光照射地面最接近直射，地面和空氣受熱量強，但地面放出的熱量，少于太陽所供應(yīng)的熱量，所以此時并非是熱的時候。中午以后，地面溫度仍能繼續(xù)升高，一直等到地面放出的熱量等于太陽所供應(yīng)的熱量時，地面溫度才能升到最高。而近地面氣溫的升高，必須從地面放出的熱量得到，這一切都需要時間，因此每天最熱的時候不是中午，而是午后14～15點鐘的時候。由此，當(dāng)日航班計劃時刻在11：30，由此可知航班在起飛過程中溫度會高于簽派放行期間。

3.2.5 廣元盤龍機(jī)場起飛性能分析

本文研究的標(biāo)本中風(fēng)向和風(fēng)速對民機(jī)的起飛跑道選擇沒有影響，由此起飛性能的分析需要對08號和26號跑道都要做到，再向管制部門申請最佳的跑道起飛。結(jié)合前面三個部分對廣元盤龍機(jī)場北京時間08：00的風(fēng)向、風(fēng)速和溫度的判定，廣元機(jī)場08號和26號跑道起飛性能參考溫度確定在15～20℃之間，因此MTOW、V₁、V_R和V₂的數(shù)值見表4和表5。

結(jié)合廣元盤龍機(jī)場的風(fēng)向、風(fēng)速情況，參考機(jī)組常使用的CONF1+F起飛襟翼狀態(tài)，從表4和表5可知，在起飛性能方面，如果采用08號跑道起飛，溫度在0℃也會出現(xiàn)減載的情況，而采用26號跑道起飛在溫度達(dá)到20℃也可以滿足載量起飛。

4 結(jié)論

本文通過PEB軟件對飛機(jī)在不同溫度下分別從08號和26號跑道起飛性能展開分析研究，證明由于機(jī)場周邊障礙物的影響，兩條跑道起飛階段的爬升梯度不一致，相同溫度條件下對應(yīng)的最大起飛重量差別也很大，可以得出以下結(jié)論：

（1）風(fēng)向、風(fēng)速對起飛跑道有影響

在不考慮襟翼位置和發(fā)動機(jī)引起狀態(tài)時，因越障導(dǎo)致的限制重量受大氣、溫度及風(fēng)向、風(fēng)速的影響。從歷史的氣象數(shù)據(jù)來看，機(jī)場盛行東北風(fēng)，平均大風(fēng)日數(shù)為8天，集中在3-4月，最大瞬時風(fēng)速為24m/s，此時機(jī)場的氣溫早已超過10℃，如果采用08號跑道起飛都會超過A320系列飛機(jī)起飛或著陸過程中的“機(jī)型側(cè)風(fēng)限制標(biāo)準(zhǔn)”，此時民機(jī)在廣元盤龍機(jī)場只能在其中一條跑道起飛，對應(yīng)的另一條跑道會出現(xiàn)超標(biāo)的情況，對航班的運行控制提出了更嚴(yán)格的要求。

（2）溫度對起飛性能影響明顯

從PEB軟件計算數(shù)據(jù)來看，在相同的溫度和風(fēng)向、風(fēng)速條件下，隨著氣溫的升高，飛機(jī)的起飛全重會逐漸減小，最大的梯度差可達(dá)到500kg。如果在高溫季節(jié)簽派放行航班需要重點關(guān)注氣溫變化的趨勢，上午簽派放行的航班，需要關(guān)注氣溫上升的趨勢，飛機(jī)的起飛重量需要和性能限制重量之間的裕度做得大一些;下午簽派放行的航班因大氣溫度呈下降趨勢，重量方面的裕度則可以不考慮。

（3）氣壓加重對起飛性能影響

從前面分析可以得到，7-9月是廣元盤龍機(jī)場全年平均溫度最高的時間，同時也是氣壓最低的時間，此時需要根據(jù)氣壓進(jìn)行修正，結(jié)合性能軟件的計算，從廣元盤龍機(jī)場采用常用的CONE1+F襟翼狀態(tài)，以15 0C為例，08號跑起飛參考?xì)鈮旱男拚闆r見表6。從表中可得出，起飛過程中受氣壓降低很明顯，低氣壓可以減少A319-131機(jī)型起飛全重達(dá)到1000kg，而同樣的氣壓增加，起飛全重增加僅200kg左右，夏季執(zhí)行的航班在考慮氣溫的基礎(chǔ)上還要關(guān)注氣壓對起飛性能的影響，這是下一階段研究的課題。

5 建議

（1）建議申請有利跑道起飛

因相同溫度情況下起飛跑道方向不同會導(dǎo)致民機(jī)起飛全重不一樣，介于廣元盤龍機(jī)場航班量較少，在起飛重量受性能限制時，臨時更換起飛跑道對機(jī)場其他航班的正常性影響不大，可以根據(jù)風(fēng)向、風(fēng)速的變化趨勢，公司運行控制部門向機(jī)場管制申請性能較好的跑道起飛，增加民機(jī)的起飛全重。

（2）建議做好機(jī)型與航線的匹配

航線的安全運營是航空公司運行的重要課題，要考慮機(jī)型的座級、運行成本等因素，同時要兼顧每種機(jī)型的特點和每條航線的特點，如本文研究的A319-131機(jī)型，發(fā)動機(jī)推力較小，因08號跑道的起飛性能限制，不適合在廣元機(jī)場運營，那么航空公司在機(jī)型選擇中可以選取起飛全重更大、發(fā)動機(jī)推力更好的飛機(jī)來執(zhí)行。同時，我們還可以考慮使用具有短跑道性能的民機(jī)來執(zhí)飛這類機(jī)場。

（3）建議使用更佳的起飛方式提高載量

當(dāng)前，民航大型、重型運輸機(jī)大都采用減推力起飛的技術(shù)，是指在保證飛行安全并符合相應(yīng)規(guī)章要求的前提下，以相對于正常發(fā)動機(jī)較小的推力起飛。假設(shè)溫度減推力（靈活溫度起飛）起飛是使用高于實際溫度的某一假設(shè)溫度來獲得低于發(fā)動機(jī)全推力的起飛推力，是以增加滑跑距離為代價，在保證安全同時降低燃油消耗，減少運輸成本，提高航空公司的經(jīng)濟(jì)效益。最大假設(shè)溫度是根據(jù)機(jī)場高度、跑道長度、外界大氣溫度、風(fēng)向風(fēng)度、使用襟翼和飛機(jī)重量查表得出[12]。飛機(jī)在地面由APU提供引氣供給空調(diào)系統(tǒng)，啟動發(fā)動機(jī)關(guān)空調(diào)為的是將APU引氣全部用來啟動發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)啟動后，由發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)提供空調(diào)系統(tǒng)氣源。起飛時，為了減少發(fā)動機(jī)功率的損耗，常常暫時關(guān)閉空調(diào)或者使用APU引氣。廣元盤龍機(jī)場在08號跑道在常用的CONF1+F起飛襟翼狀態(tài)下，以假設(shè)溫度53℃為例，采用空調(diào)關(guān)并結(jié)合假設(shè)溫度減推力起飛的性能分析見表7。

可以看出，采用有利的起飛狀態(tài)，起飛全重可以增加500～900kg，這對航空公司來說就是真金白銀的利潤，同時也是安全飛行的裕度。

（4）建議做好飛行的持續(xù)監(jiān)控

運行過程中放行決策和運行監(jiān)控相結(jié)合尤其重要。航班的簽派放行在航班起飛前完成只是工作的第一步，簽派員還應(yīng)該做好持續(xù)的運行監(jiān)控，如在春季有可能出現(xiàn)的風(fēng)向風(fēng)速突然變化，在夏季有可能會出現(xiàn)突發(fā)的雷雨天氣可能會導(dǎo)致機(jī)場主用跑道的變化，這就需要簽派員持續(xù)對這類機(jī)場做好運行監(jiān)控，避免臨時跑道變化造成的不安全事件發(fā)生。

6 展望

在我國西南區(qū)域，有很多和廣元盤龍機(jī)場類似的中小型機(jī)場，如達(dá)州河市機(jī)場、滬州藍(lán)田機(jī)場、綿陽南郊機(jī)場等，他們或周邊高大障礙物較多，對民機(jī)的起飛爬升過程影響明顯;或跑道較短，對民機(jī)起飛滑跑的距離要求嚴(yán)格。通過對廣元盤龍機(jī)場的在溫度天氣事件下簽派放行工作的研究，梳理出安全飛行經(jīng)驗可以在這些機(jī)場借鑒和推廣。

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