溫度天氣事件下改進(jìn)爬升起飛在一般高原機(jī)場的應(yīng)用
——以B737-700大理機(jī)場起飛為例

張 序，羅鳳娥，李家南，黃宇杰，俎振洲

（1.中國國際航空股份有限公司運(yùn)行控制中心西南分控中心，成都610202；2.中國民航飛行學(xué)院a.空中交通管理學(xué)院；b.航空運(yùn)行專業(yè)技術(shù)及人才培養(yǎng)研究所，四川廣漢618307）

隨著夏季到來，大氣溫度逐漸升高，造成運(yùn)輸類飛機(jī)性能衰減。由于運(yùn)行機(jī)場的高海拔、高氣溫特征，運(yùn)輸類飛機(jī)為滿足離地性能和越障要求，所需速度要求會偏大。在高原、高高原機(jī)場，海拔越高，空氣密度小，特別高溫天氣背景下，飛機(jī)起飛離地速度會增大，極易出現(xiàn)輪胎速度超限的情況。受地勢的影響，我國西部地區(qū)分布較多的一般高原機(jī)場和高高原機(jī)場[1]，因此如何做好高溫、高海拔機(jī)場飛機(jī)性能衰減背景下的飛行安全是業(yè)內(nèi)學(xué)者的研究重點(diǎn)之一。

1 改進(jìn)爬升的定義及對飛行的影響

改進(jìn)爬升是指：當(dāng)爬升梯度限制的最大起飛重量小于場地限制的最大起飛重量時(shí)，可以利用富余的跑道繼續(xù)增速，使運(yùn)輸類飛機(jī)的離地速度比正常的離地速度大，這樣起飛初始上升速度更接近陡升速度，使運(yùn)輸類飛機(jī)可以接近最大上內(nèi)升角上升，在保障法規(guī)規(guī)定的最低上升梯度的情況下可以增加運(yùn)輸類飛機(jī)的最大起飛重量。改進(jìn)爬升并不是以增加發(fā)動機(jī)推力來加大爬升和越障性能，而是通過增加V1、V2的速度來達(dá)到的，直白的說，就是用速度來換取爬升率，用跑道長度換爬升率，而不是用發(fā)動機(jī)的推力來實(shí)現(xiàn)。

較大的起飛重量、順風(fēng)起飛、高溫天氣、起飛技巧、抬頭時(shí)機(jī)、以及機(jī)場海拔高度等，這些因素在運(yùn)輸類飛機(jī)起飛時(shí)會導(dǎo)致輪胎會超過速度限制。起飛重量越大，相對應(yīng)的V1、Vr、V2速度越大，在昆明機(jī)場，不使用改進(jìn)爬升和假設(shè)溫度減推力情況下，外界溫度30℃，起飛重量131 000 LB對應(yīng)的速度為136 kt、136 kt和139 kt。起飛重量超過139 000 LB就得使用改進(jìn)爬升，對應(yīng)的V1、Vr、V2速度分別為152 kt、155 kt和158 kt，所以，針對溫度較高的高海拔機(jī)場，溫度越高，所需速度越大。同樣以昆明機(jī)場為例，起飛重量為131 900 LB，外界溫度為 27℃時(shí)，對應(yīng)的 V1、Vr、V2速度分別為 137 kt、138 kt和141 kt。外界溫度為30℃時(shí)，就得使用改進(jìn)爬升才能滿足飛機(jī)性能，對應(yīng)的V1、Vr、V2速度達(dá)到152 kt、155 kt和158 kt。

2 本文研究標(biāo)本簡介

2.1 大理機(jī)場周邊障礙物及機(jī)場跑道簡介

大理機(jī)場是民用4C級機(jī)場，機(jī)場跑道編號17/35，機(jī)場可用起飛滑跑距離、可用起飛距離、可用加速停止距離和可用著陸距離均為2 600 m。機(jī)場周邊對飛行造成影響的障礙物主要為山脊，東靠群山、西臨點(diǎn)倉山，東側(cè)凈空較差，南北兩端凈空稍好，位于跑道中心磁方位194°、8.6 km處的鳳山海拔高度2 340 m，對起飛影響較大，位于跑道中心磁方位035°、4.8 km處的大青山海拔高度2 603 m，對著陸影響較大，機(jī)場半徑50 km范圍內(nèi)最高障礙物是海拔4 122 m的蒼山馬龍峰。

2.2 大理機(jī)場氣象特點(diǎn)

大理機(jī)場在每年的11月到次年4月會有較明顯的大風(fēng)天氣，年平均風(fēng)速在5.3 m/s，最大瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)到29 m/s，夏季（6月-9月）對飛行造成影響的天氣主要是雷雨等對流天氣或低云低能見度天氣。課題組首先梳理大理機(jī)場2007年-2015年氣象資料中月平均氣溫變化趨勢（圖1）和2020年6月24日世界協(xié)調(diào)時(shí)當(dāng)天大理機(jī)場在全天溫度變化趨勢（圖2），分析得出，大理機(jī)場全年平均氣溫均偏高，不易出現(xiàn)低溫凝凍天氣，但偏高的溫度在較偏短跑道上的起飛和著陸方面飛機(jī)性能影響較大，特別是夏季日最高溫度可達(dá)到30℃左右，對運(yùn)輸類飛機(jī)在該機(jī)場的起飛全重和著陸滑跑距離必定造成影響。

圖1 大理機(jī)場月氣溫變化趨勢

圖2 大理機(jī)場日平均溫度變化趨勢（2020年6月24日世界協(xié)調(diào)時(shí)）

2.3 B737-700飛機(jī)簡介

本文研究的B737-700機(jī)型安裝的發(fā)動機(jī)型號為CFM56-7B24，客艙布局包含8個(gè)頭等艙，120個(gè)普通艙，鯊鰭小翼，飛機(jī)油箱的最大容積為20 689 kg，可用業(yè)載達(dá)到14 285 kg，不考慮性能限制重量的情況下結(jié)構(gòu)限制的最大滑行重量70 306 kg，最大起飛重量70 080 kg，最大著陸重量58 604 kg，最大無油重量54 657 kg。

3 “大理-鄭州”航線簽派放行過程研究

本文研究以波音B737-700飛機(jī)在溫度天氣事件下從大理機(jī)場起飛的性能分析過程，結(jié)合2019年4月22日修訂完成的第五版《大型飛機(jī)公共航空運(yùn)輸承運(yùn)人運(yùn)行合格審定規(guī)則》[2]（簡稱：CCAR-121-R5），以“大理-鄭州”航線為案例研究標(biāo)本，依據(jù)民航局相關(guān)政策、法規(guī)[3-5]要求，展開一般高原機(jī)場起飛的性能計(jì)算和研究。

3.1 “大理-鄭州”航線數(shù)據(jù)

依據(jù)民航局“航線資料匯編”的相關(guān)數(shù)據(jù)，“大理-鄭州”的航線數(shù)據(jù)為“DAL W162 BUBSU H90 SGM W144 KAKMI G212 FJC H154 WFX W29 TOREG H142 NSH W152 UGSUT H11 SHX H20 P134 H103 P52”，航路的最低安全高均未超過4 300 m的限制，不屬于高原航線，可以不用制定專門的一發(fā)失效飄降和座艙釋壓緊急下降的相關(guān)程序[6]。

3.2 目的地鄭州機(jī)場附近可用備降場情況

研究標(biāo)本的目的地機(jī)場為鄭州機(jī)場為4F級國際民用機(jī)場，地處河南省鄭州市，作為中原區(qū)域的樞紐機(jī)場，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，鄭州機(jī)場周邊可作為B737-700使用的備降場（表1）接近20個(gè)。

表1 鄭州機(jī)場周邊可用備降場情況（單位：海里）

3.3 簽派放行油量局方的規(guī)章要求

從CCAR-121-R5和《航空器機(jī)場運(yùn)行最低標(biāo)準(zhǔn)的制定與實(shí)施規(guī)定》[7]（以下簡稱：CCAR-97FSR1）對機(jī)場油量政策、航線規(guī)劃等……做出了明確規(guī)定，這些規(guī)章都適用于本條航線的簽派放行工作。從天氣的情況可知，目的地機(jī)場滿足采用盲降著陸的要求，制作飛行計(jì)劃的過程中準(zhǔn)備選取天氣穩(wěn)定可靠、距離適中、無影響飛行的武漢機(jī)場和濟(jì)南機(jī)場為備降場，經(jīng)過后臺計(jì)算，可得到航班的簽派放行計(jì)劃單，詳細(xì)的飛行計(jì)劃如表2所示。

表2 “大理—鄭州”機(jī)場油量政策（單位：kg）

可以看出，航班的預(yù)計(jì)起飛燃油為10 863 kg，航班的起飛重量受航空器結(jié)構(gòu)限制重量和性能限制中的共同影響，在完成航班簽派放行工作后，需要完成航班起飛性能的查閱，經(jīng)過對大理機(jī)場17號跑道和35號跑道的性能分析，得到相關(guān)數(shù)據(jù)如下。

結(jié)合大理機(jī)場的氣象資料，經(jīng)過分析可知，飛機(jī)在大理機(jī)場17號跑道起飛，起飛襟翼狀態(tài)為5°，氣象實(shí)況顯示外界溫度28℃，修正海壓1 018 hPa，風(fēng)向風(fēng)速為250°9 m/s，擬合為頂風(fēng)1.56 kt，得到在17號跑道性能限制的最大起飛重量為56 630 kg，同理，如果采用35號跑道起飛，35號跑道性能限制的最大起飛重量為57 616 kg，均小于計(jì)算機(jī)飛行計(jì)劃里計(jì)算得出的航班起飛重量59 201 kg，由此航班需要修改簽派放行計(jì)劃。

選擇較近的目的地機(jī)場和采用改進(jìn)爬升形式是常用的方式，經(jīng)過對改進(jìn)爬升形式的性能計(jì)算，得到了大理機(jī)場17號和35號跑道在改進(jìn)爬升條件下的性能分析（表5、表6）。

表3 大理機(jī)場17跑道起飛性能分析

表4 大理機(jī)場35跑道起飛性能分析

表5 大理機(jī)場17跑道采用改進(jìn)爬升形式起飛性能分析

表6 大理機(jī)場35跑道采用改進(jìn)爬升形式起飛性能分析

在同樣的氣象條件下，采用改進(jìn)爬升的形式17號跑道最大起飛全重為57 735 kg，35號跑道最大起飛全重為59 490 kg，可以建議機(jī)組采用35號跑道改進(jìn)爬升形式起飛。

表7 調(diào)整后“大理—鄭州”機(jī)場油量政策（單位：kg）

4 運(yùn)行控制建議和飛行操作建議

4.1 運(yùn)行控制建議

如果在簽派放行工作涉及一般高原機(jī)場在高溫事件下的性能衰減，簽派員在運(yùn)行控制過程中可以通過選擇較近的目的地機(jī)場備降場來減少燃油加注量，減少起飛全重，或者采用改進(jìn)爬升等形式增加飛機(jī)的起飛全重，達(dá)到安全飛行的目的。

飛機(jī)性能的計(jì)算是運(yùn)輸類飛機(jī)在一般高原機(jī)場運(yùn)行控制的關(guān)鍵步驟之一[8-9]，由于相關(guān)規(guī)定可知，在航班預(yù)計(jì)起飛前150 min需要完成領(lǐng)航計(jì)劃報(bào)的拍發(fā)，如果航班在下午15點(diǎn)前執(zhí)行，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注氣溫升高的趨勢，建議通過相關(guān)氣象報(bào)文預(yù)測航班起飛時(shí)間段內(nèi)的溫度趨勢，通過性能計(jì)算做好起飛全重裕度的控制，避免因溫度的升高而減載，臨時(shí)完成減少貨物等工作而造成航班延誤。放行簽派員應(yīng)該在起飛前結(jié)合實(shí)況溫度再次確認(rèn)之前簽派放行確定的裕度是否滿足安全的要求，做好最后一道安全防線的設(shè)置。

如果因飛機(jī)性能的限制對簽派放行工作造成部分限制，應(yīng)在提供給機(jī)組的放行資料中做好清晰的標(biāo)注，并對執(zhí)行該航班任務(wù)的飛行機(jī)組做出詳細(xì)的放行講解，達(dá)到放行簽派員和飛行員對該風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)心中有數(shù)的目的，提高一般高原機(jī)場在溫度天氣事件下安全飛行的裕度。

4.2 飛行操作建議

高原偏短跑道機(jī)場的飛行過程要求駕駛員做好細(xì)致的飛行前準(zhǔn)備，嚴(yán)格按照飛行計(jì)劃完成燃油的加注，避免起飛全重過大，對降水等造成的污染跑道和大風(fēng)造成的跑道選擇要重點(diǎn)關(guān)注，如運(yùn)輸類飛機(jī)同時(shí)還存在故障保留單（如防滯不工作），放行簽派員和飛行員都必須要仔細(xì)查閱MEL的影響，這些都對運(yùn)輸類飛機(jī)起飛性能的影響較大。如果同時(shí)涉及偏短跑道運(yùn)行時(shí)，飛行員應(yīng)充分認(rèn)識到跑道情況對運(yùn)行安全的潛在威脅，同時(shí)能夠意識到在具體操作中采取何種正確而有效的方法，當(dāng)正確的認(rèn)識加上合理的技術(shù)以及科學(xué)的決策，那么我們就能確保偏短跑道起降的安全。

5 結(jié)論與展望

本文以飛機(jī)性能計(jì)算和分析為基礎(chǔ)，選取B737-300機(jī)型在大理機(jī)場起飛的相關(guān)數(shù)據(jù)作為研究的標(biāo)本數(shù)據(jù)，通過對性能衰減的分析，展開對運(yùn)輸類飛機(jī)在一般高原機(jī)場運(yùn)行控制的措施研究，證明了溫度事件對飛機(jī)性能的影響，完成了相關(guān)工作措施的梳理，可對類似的一般高原機(jī)場的安全運(yùn)行提供參考和幫助。由于駕駛員的主觀因素，實(shí)際的航班飛行裕度與理論值會存在一定差異，因此對于這方面的研究還有待進(jìn)一步深入。

隨著“十三五”在2020年收官，脫貧攻堅(jiān)取得了階段性的勝利，為鞏固成果，發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)，在“十四五”規(guī)劃中，相信中國民航會繼續(xù)優(yōu)化中國區(qū)域（特別是中西部區(qū)域）內(nèi)的航線布局，因此區(qū)域內(nèi)高高原機(jī)場和一般高原機(jī)場的發(fā)展必將進(jìn)入快車道，做好大理機(jī)場運(yùn)行控制的研究，對類似機(jī)場的安全飛行提供研究經(jīng)驗(yàn)和可參考的經(jīng)驗(yàn)。另一方面，隨著RNP、GPS局域增強(qiáng)技術(shù)以及電傳飛控、污染跑道起降性能技術(shù)等的應(yīng)用，未來在一般高原機(jī)場和高高原機(jī)場，運(yùn)輸類飛機(jī)將會具備更好的操縱性和更靈活的運(yùn)行條件，航班運(yùn)行的安全性逐步提升，如何做好在新的運(yùn)行模式下一般高原機(jī)場和高高原機(jī)場的安全運(yùn)行是課題組下一階段研究的方向。