关注高空推力裕度保护

  (一)何为“推力裕度保护”?  为了提高燃油效率,高亚音速运输机大多选用高涵道比涡扇发动机。高涵道比涡扇发动机的推力主要来自于外涵道风扇。以CFM56-7发动机为例,风扇产生的推力占总推力的78%以上。

  (一)何为“推力裕度保护”?

  为了提高燃油效率,高亚音速运输机大多选用高涵道比涡扇发动机。高涵道比涡扇发动机的推力主要来自于外涵道风扇。以CFM56-7发动机为例,风扇产生的推力占总推力的78%以上。

  随着飞行高度的升高,外界空气密度逐渐降低。空气密度降低会导致风扇推进效率的衰减。所以风扇转速相同的情况下,发动机高空推力远低于低空推力。

  当飞机由平飞进入转弯时,机翼升力被分解为水平分力(向心力)和垂直分力。同等速度下,飞机需要更大的迎角提高机翼升力维持垂直方向的分力不小于重力。

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  更大的迎角即意味着更大的阻力。所以我们在进入转弯的时候需要增加推力以维持高度和速度。这一问题在低空发动机推力充沛的情况下是完全不成问题的。机场终端区飞行常见的转弯,通常只需要增加2-3% 的N1即可。

 

  当飞机在高空飞行时,发动机推力大幅度衰减。转弯带来的额外阻力可能超过发动机剩余推力。如果飞机尝试维持高度,就会逐渐损失速度。飞行高度越高、飞机重量越大、转弯坡度越大,飞机减速就越明显。

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  为了避免损失速度,飞机需要减小坡度以避免转弯阻力超过发动机最大推力。这被称为“高空推力余度保护”。

  (二)如何进行保护高空推力裕度?

  两个因素直接决定了飞机转弯时的“推力裕度”— — 推力和阻力。飞机的推力裕度保护就是从这个两个方面入手。

  最大可用推力主要由飞行高度决定。

  转弯阻力主要由飞机转弯坡度决定。

  (1)飞行高度

  FMC 预计的最大高度是下列高度中最低一个 :

  A最大批准高度

  B推力限制高度 - 有足够可用推力提供特定最小爬升率的高度。

 

  C抖振或机动限制高度 - 起始抖振之前0.3g (40 度坡度)。

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  FMC在计算最大飞行高度时,已经考虑到了保留推力裕度的问题。机组在FMC计算的最大高度上飞行,不会出现只能平飞不能转弯的问题。

  但是FMC保留的推力裕度,并不支持飞机以任何坡度转弯。我们还需要对转弯坡度进行限制。

  (2)高空转弯坡度限制

 

  下面两张图是在真实航班飞行中拍摄的。当时的飞行高度为10400米,飞机使用20度坡度转弯。我们可以看到发动机推力已经加至巡航推力极限,飞机维持当前空速已经很困难了。假如机组选用更大的转弯坡度,飞机就会开始损失速度,直至失速。

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  何等重量,何等高度,何等温度下,多少度坡度会导致阻力超过推力?这是机组是无法量化计算的问题。

  但是FMC可以。

  “对于LNAV 操作,FMC 提供实时的坡度角限制功能。该功能可以保护指令的坡度角不超过当前可用的推力限制。该坡度角限制保护只在LNAV 过程中可用。”— —《波音737机组训练手册》

  也就是说高空飞行时,如果FMC选用较小的转弯坡度以确保转弯阻力不超过发动机可用推力。

  (三)一个很不好的习惯

  下图是在11300米巡航时拍摄的。管制员向机组发出了大连管制区的“招牌指令”:保持高度,右偏航路6海里。

  当时我的副驾驶将横滚方式设定为“航向选择”,然后将航向旋钮向右旋转45度。

  这一行为被我及时制止了。

 

  我指令副驾驶先在FMC中设定“OFFSET 6 NM”,然后使用LNAV偏航。我们发现当推力加至最大推力时,LNAV使用12度坡度转弯。

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  航路偏置直接使用“航向选择”,这是一个很不好的习惯。为什么这样说呢?因为“航向选择”方式只遵守“坡度角选择器”设定的坡度,不具备推力裕度保护能力。

 

  正常情况下,MCP面板上的“坡度角选择器”被设定为25度。在上面两个例子中,如果使用25度坡度转弯飞机就会损失速度。

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  之所以很多机组选用“航向选择”进行航路偏置,是因为在顺风或者转弯角度很大时,LNAV可能使用30度坡度转弯。如果此时遇到气流扰动,飞机有可能超过30度坡度触发超限。

  坡度超限可怕,失速就不可怕吗?

  当高空需要航路偏置,正确的做法应当是先使用LNAV飞行。

  如果飞机坡度没有超过25度,则继续使用LNAV方式。

  如果飞机坡度超过25度,则说明25度坡度推力裕度没有问题。此时切换为“航向选择”方式进行干预既不会出发坡度大超限,也不会丧失推力裕度保护。

  (四)如果必须使用“航向选择”方式怎么办?

  在诸如雷达引导、机动飞行、绕飞雷雨等情况,机组必须使用“航向选择”控制横滚。

  “对于LNAV 以外的其它操作,当在或接近最大高度飞行时,速度需大于下部琥珀色速度带至少10 节,并使用不大于10 度的坡度角。”— —《波音737机组训练手册》

  当飞机形成稳定坡度后,机组一定要检查发动机推力。如果发现发动机推力处于巡航极限,机组应当减小坡度,并持续监控速度变化。必要的时候可以申请更低的飞行高度。

  (五)如果丧失推力裕度如何恢复?

  如果速度下降低于下部琥珀色速度带,立即采取下列一项或多项措施加速:

  ?减小坡度角

  ?增加推力到最大连续

  ?下降

 

  — —《波音737机组训练手册》

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  (六)推力裕度保护与速度保护的关系。

  在高空当速度指针位于下琥珀色区顶端时,飞机仍然具备1.3g机动能力至低速抖振。也就是说当前速度下,飞机坡度只要不超过40度(25度坡度+15度意外余度)就不会进入失速抖振。

  但是:

  “空速指示上的最小机动速度指示不保证有能力以该速度保持平飞。将飞机减速至琥珀色区可能导致飞机无法保持速度和/或高度,因为速度下降,飞机阻力可能超过可用推力,这在转弯时尤其如此。”

  — —《波音737机组训练手册》

  最小机动速度是对飞机瞬时安全裕度的保护。

  高空推力裕度是对飞机持续安全裕度的保护。

  当空速小于最小机动速度时,如果进行大坡度转弯,飞机立刻就会触发失速抖振。

  当推力裕度不足时,如果进行大坡度转弯,空速会逐渐减小直至低于最小机动速度,进而触发失速抖振。

  推力裕度问题常见于雷雨季节。机组为了减小绕飞难度通常会申请尽可能高的巡航高度。绕飞过程中频繁进行转弯机动,而且“航向选择”方式没有推力裕度保护。机组工作负荷高,也容易忽略对推力和速度的监控。

 

  雷雨季节将近,高空推力有限,诸君且行且珍惜吧。

(本文仅代表作者观点,中国民用航空网保持中立。)

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