民航运输机最大起飞重量和起飞速度

民航运输机最大起飞重量和起飞速度 DOI:10.13645/j.cnki.f.d.2010.02.016 第28卷　第2期　　　　　　　　　　　　　　　飞　行　力　学　　　　　　　　　　　　　　　2010年4月 FLIGHTDYNAMICS Vol.28　No.2Apr.2010 民航运输机最大起飞重量 和起飞速度的确定 陈红英,刘晓明,余　江 (中国民航飞行学院飞行技术学院,四川广汉618307) 　　摘　要:重点论述了限制最大起飞重量的因素和起飞速度的选择方法,并以CitationJet1(CJ-1)飞机为例,分析了飞机在昆明/巫家坝机场起飞时限制最大起飞重量的主要因素,给出了CJ-1飞机确定最大起飞重量和起飞速度的分析方法和起飞性能分析表,为部分支线客机和公务机进行起飞分析并确定起飞分析表的内容、结构和形式提供了参考。 　　关　键　词:最大起飞重量;最大着陆重量;起飞速度;爬升梯度 　　中图分类号:V212.13　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1002-0853(2010)02-0089-04 引言 　　在航空公司实际飞行中,起飞性能分析是非常关键的,起飞性能分析最重要的内容是确定飞机的最大起飞重量及相应的起飞速度,起飞性能分析的结论往往以起飞分析表的形式给出。不管是波音还 是空客飞机的起飞分析表中,核心内容都是确定最大起飞重量和起飞速度。最大起飞重量和相应的起飞速度的确定都是基于一个实际运行条件(如实际机场跑道条件、气温、风量、飞机构型等)。波音和空客的飞机都是通过制造商提供的性能软件来计算的。这两家公司之外的飞机,最大起飞重量和起飞速度的确定必须根据相关的软件或飞行的性能分析来得到,起飞分析表的形式和内容也需根据自己实际运行的要求来确定。 飞机的最大起飞重量是影响运输飞行经济性和安全性的重要因素之一。起飞重量越大,飞机的商载就越大,经济性就越好。实际运行时最大起飞重 [1] 量受到很多因素的影响,如跑道条件、起飞航道性能、刹车能量、轮胎速度、越障能力等,而飞机实际允许的最大起飞重量应该取这些重量中的最小值。对最大起飞重量限制因素的准确分析和理解有助于在保障飞行安全的基础上优化起飞性能,增加起飞重量,提高运输飞行的经济性。 每一架飞机在设计制造出来后其结构强度都有一定的限制,在试飞审定时都会确定一个结构强度限制的最大起飞重量,它是按照空中结构抗荷标准、垂直速度等于-1.83m/s(-360ft/min)着陆冲击时起落架和结构的抗荷标准确定的。这个重量是飞机在任何状态下都不能超过的重量。飞行手册中会给出结构强度限制的最大起飞、着陆和零燃油重量。 (2)跑道条件的限制 飞机要在某机场起飞,需要考虑跑道是否能满足飞机起飞的要求,即飞机起飞所需距离是否小于跑道的可用距离 [2] 。对于双发飞机需要考虑全发和 一发不工作的情况,由于跑道长度、坡度、道面条件(即干、湿或者污染)、机场标高和气温以及风等对起飞所需距离都有影响(例如,飞机的起飞重量越重,起飞所需距离越长;机场标高和气温越高,起飞所需距离越长),因此,为满足所需距离小于等于可用距离,必定会限制允许的最大起飞重量。 (3)起飞航道第二段爬升梯度的限制 由飞机的起飞航道性能分析可知,在CCAR25.115和CCAR25.121中规定了起飞航道的每一个阶段一台发动机停车后的最低爬升梯度要求,其中航道二段的梯度要求最高,双发飞机航道二段的最低爬升梯度为2.4%,四发飞机的最低爬升梯度为3.0%。由于在相同条件下,重量越重,爬升梯度越小,因此飞机的起飞重量常常要受到起飞航道二段上升梯度的限制。在飞机手册中,制造商通 [3] 1　限制最大起飞重量的因素 (1)飞机结构强度的限制 收稿日期:2009-08-21;修订日期:2009-11-13 作者简介:陈红英(1976-),女,四川德阳人,讲师,硕士,研究方向为飞行原理和飞行性能; 刘晓明(1964-),男,重庆人,副教授,硕士,研究方向为飞行原理和飞行性能;余　江-),男,教授,,。 飞　行　力　学第28卷 常把不同条件下受上升梯度限制的重量以表格的形式给出,供飞行性能师等相关人员使用。 (4)障碍物的限制 如果机场净空条件好,起飞航道上没有障碍物,飞机只需满足起飞航道的最低爬升梯度要求,以防止转弯时出现负梯度。但如果机场净空条件不太好,航道中的障碍物不得不飞越,则必须按照航道越障限制条件来确定最大起飞重量。CCAR121.189规定:飞机的净航迹必须高于航道障碍物最高点至少10.7m(35ft)。在飞机手册中,常常把不同高度和距离的障碍物限制的起飞重量以表格或曲线的形式给出,供飞行性能工程师等人员使用。 (5)最大着陆重量的限制 现代大型飞机实际运行时燃油消耗量多,通常设计的结构强度限制的最大起飞重量比最大着陆重量大得多。因此对于较短的航线,如果起飞时不考虑最大着陆重量的影响,以较大的起飞重量起飞,则到达着陆机场的重量可能大于最大着陆重量。 (6)航路最低安全高度的限制 在航路安全高度较高的山区航线飞行确定最大起飞重量时,还需考虑航路中一台发动机停车后的情况。当飞机在巡航飞行中一台发动机停车时,飞机单发飘降升限降低,可能使飞机飘降过程中越不过障碍物。例如我国的成都-拉萨航线就需要考虑这个问题。 (7)轮胎速度限制 在高温高原机场,特别是在有顺风时,相同起飞重量、相同离地表速的情况下,飞机的地速大,轮胎旋转速度快,轮胎受到的离心力大,当轮胎转速达到一定值时,巨大的离心力和飞机的重力将使轮胎破裂,因此最大轮胎转速限制了最大起飞重量。 (8)最大刹车能量限制 在中断起飞和着陆中,飞机动能主要靠刹车片吸收,当刹车累计的热能达到一定程度时,将使机轮的热容断塞熔化,甚至机轮起火燃烧,严重威胁飞行安全。相同速度下,重量越重,动能越大,刹车吸收的热能越多,所以最大刹车能量也可能限制最大起飞重量。 在实际运行中,飞行性能工程师必须根据具体的运行条件和飞行手册的规定核算飞机的最大起飞重量,并选择以上各种限制条件下的最小值作为实际使用的最大起飞重量。 [4] 最大起飞重量,而且最重要的是根据实际起飞重量确定起飞速度v即起飞决断速度/起飞抬轮1/vR/v2(速度/起飞安全速度)。 CCAR25.107规定:v05vvR必须大于1.MCA(MCA为空中最小操纵速度),vR取决于重量。CCAR25.107同时规定:v1必须大于vMCG,v1必须小于等于vvR。根据试飞验证表明:1太小将使起飞距离增长,所以v84～1.00之间。1/vR的值介于0.CCAR25.107还规定:v2的最小值必须大于等于1.2vS,而失速速度取决于飞机重量。因此,最小v2不是固定值,而对于给定的机型,最小v2/vS是已知的。此外v2太大会要求较长的起飞距离,导致爬升性能的降低,因此v2/vS通常用一个最大值限制,所以v.2～1.5之间。2/vS在1 有关法规中对起飞速度v1/vR/v2的要求是试飞验证应遵守的条件,也是实际优化起飞重量、确定v1/vR/v2的一个重要依据。制造商一般会在飞行手册或性能软件中给出确定起飞速度的表格。波音和空客的飞机都可以通过制造商提供的性能软件确定起飞速度,而CJ-1飞机的起飞速度是根据飞行手册提供的起飞场长及起飞速度表确定的。 对于某一特定的机型,飞机的最大起飞重量及起飞速度随起飞机场、着陆机场以及航道情况的变化而变化。通常,飞行性能工程师根据飞行手册、具体运行条件和相关性能软件将限制最大起飞重量的各种因素综合分析后给出起飞性能分析表。实际运行中,飞行员飞行前要注意检查相关运行条件,一定要满足起飞重量和起飞速度的要求,这是航空安全运营的基本保证。 3　CJ-1飞机最大起飞重量确定方法 　　根据CJ-1飞机的飞机飞行手册可知,飞机结构强度限制的最大起飞重量为4818kg(10600lb),最大着陆重量为4454kg(9800lb),最大零燃油重量为3818kg(8400lb)。从CJ-1飞机运行的机场和航线综合分析可知,CJ-1飞机实际运行允许的最大起飞重量主要受结构强度、跑道条件、起飞航道二段爬升梯度和障碍物限制。实际运行中,大部分民航运输机允许的最大起飞重量也是受这四个因素限制。其中结构强度限制的最大起飞重量是常值4818kg,而爬升梯度限重取决于机场温度和压力高度,这可从CJ-1飞机的飞行手册图表中查得。 障碍物限重一般通过试算法确定,取爬升梯度和结构强度限重的较小值,用此重量、实际气温、风速大小和障碍物条件进行越障分析,这一项分析工,2　起飞速度v1/vR/v2的选择 第2期陈红英等.民航运输机最大起飞重量和起飞速度的确定 [5] 物情况,确定是直线离场还是转弯离场。然后要 确定起飞净航迹和总航迹,起飞净航迹与总航迹一般是从参考零点开始计算的。参考零点是指起飞距离(考虑全发和一发失效起飞距离中的较大者)终点在跑道表面上的投影点。最后确定要考虑的障碍物范围,使用不同的运行法规(如CCAR,FAR或JAR),要求考虑的障碍物范围不同(即离场扇区不同)。法规要求越障时应考虑在关键发动机停车的情况下,起飞净航迹至少要高出障碍物10.7m(35ft),对于坡度大于15°时,净航迹至少要高出障碍物15m(50ft)。 在CJ-1飞机具体越障分析计算中,先计算某一障碍物到参考零点的水平和垂直距离。然后根据前面分析限重的较小值、机场标高、实际气温和风速大小查相关起飞性能表确定越障所需的水平距离,若这个障碍物到参考零点的水平距离比越障所需的水平距离大,则以此重量起飞能越过这个障碍物,反之不能飞越障碍物,那么必须将重量减小后重新计算直到满足越障要求,满足越障要求的重量即障碍物限重。这只是一个障碍物的分析,其他每一个障碍物都必须进行类似的分析,这个分析过程的计算量 CJ1-525-0360修正海压1013hPa防冰关OAT/℃ 顺风-10KT 8250　4103/103/1058460　4104/104/1079000　4107/107/1109480　4106/109/1129920　4104/112/11510340　4103/114/11710600　1102/115/11910600　1103/114/11910600　1104/114/11910600　1105/114/119 FJ44-1A机场标高1895m跑道坡度0.1%襟翼0°无风0KT8550　4105/105/1078770　4106/106/1089320　4109/109/1129860　4112/112/11510370　4113/115/11710600　1112/116/11910600　1113/115/11910600　1114/114/11910600　1114/114/11910600　1114/114/119 逆风10KT8650　4105/105/1088870　4107/107/1099430　4110/110/1129970　4113/113/11510510　4115/116/11810600　1116/116/11910600　1115/115/11910600　1115/115/11910600　1114/114/11910600　1114/114/119 极大,仅靠手工计算是无法完成的(特别是障碍物较多的机场:如昆明/巫家坝机场),所以这些工作必须靠计算机编程实现。 最后根据前面三项分析确定的限重较小值查起飞场长和起飞速度表确定所需起飞距离及起飞速度,如果起飞所需距离小于等于跑道提供的可用距离,则前面分析的限重满足跑道条件要求(即跑道条件不限重)。如果不满足距离要求,则必须用跑道提供的可用距离反查起飞场长和起飞速度表确定跑道条件限重及起飞速度。 4　CJ-1飞机的起飞分析表 下面以CJ-1飞机在昆明/巫家坝机场起飞为例进行起飞性能分析。昆明/巫家坝机场标高为1895m,03号跑道的可用起飞距离(LDA)均为3400m。03号跑道起飞由于净空条件不太好(障碍物较多),起飞重量受到障碍物限制。表1给出了03号跑道的简易起飞性能分析表。从表1中可知,在昆明/巫家坝机场运行时,气温较低时允许的最大起飞重量主要受飞机结构强度的限制,在气温较高时允许的最大起飞重量主要受障碍物限制。 昆明/巫家坝(ZPPP)起飞可用距离3400m加速停止距离3400m 顺风-10KT7820　494/94/968030　495/95/978550　498/98/1009060　4100/100/1039560　4103/103/10510040　4104/105/10810480　4103/107/11010600　1103/108/11110600　1104/107/11110600　1104/107/111 03障碍物数:10襟翼15°无风0KT8060　495/95/978280　496/96/988810　499/99/1019320　4102/102/1049840　4105/105/10710340　4107/107/10910600　1108/108/11110600　1108/108/11110600　1107/107/11110600　1107/107/111 版本日期DRY 表1　CJ-1飞机起飞性能分析表 逆风10KT8140　496/96/988360　497/97/998900　4100/100/1029420　4102/102/1059930　4105/105/10710440　4108/108/11010600　1108/108/11110600　1108/108/11110600　1107/107/11110600　1107/107/111 424035302520151050 飞　行　力　学 表1　CJ-1飞机起飞性能分析表 -5ΔQNH-1010 (40)-90　4-1/-1/-1 (40)+100　4 0/0/0 (40)-100　4-1/-1/0 (40)+90　40/0/+1 10600　1106/113/119 10600　1113/113/119 10600　1 10600　1 10600　1106/107/111(40)-90　40/0/0 (40)+90　4 113/113/119103/107/111 QNH修正 (40)-90　4(40)-90　4-1/-1/-1(40)+100　40/0/+1 -1/-1/-1 (40)+90　4 第28卷(续)　　10600　1107/107/111(40)-90　4-1/-1/-1 (40)+90　4 最大起飞重量(lb)限制代码 起飞速度v/v/v1R2 障碍物编号 1 3579 高度/ft95894133251 水平距离/m 2001040126017003320 偏移00000 0/0/0+1/+1/+10/0/0限制代码:1———结构限重;2———爬升限重　　　　3———场地限重;4———越障限重改平高度(7946ft,8295ft)　　　　　障碍物编号高度/ft水平距离/m偏移 2 46810 4277122198294 7001230156028203770 00000 5　结束语 最大起飞重量的限制因素有很多,但实际运行时不同机场、不同运行条件需要考虑的因素不同。实际运行前,航空公司性能工程师都要仔细分析和计算,制定合适的起飞性能分析表供相关运行部门使用,目前波音和空客飞机起飞分析表都是通过现成的性能软件计算的。但波音和空客公司性能软件计算的起飞分析表的样式、结构和内容有较大的不同。本文通过研究CJ-1飞机在起飞时最大起飞重量受限的因素,分析了最大起飞重量的限制因素和确定起飞速度的方法,结合CJ-1飞机的飞行手册分析了其在昆明/巫家坝机场最大起飞重量的主要受限因素并给出了起飞性能分析表。这种形式的起飞分析表综合了波音和空客飞机起飞分析表的优点, 考虑了实际运行时飞行员使用方便,为部分支线客机和公务机确定起飞分析表的内容、结构和形式提供了参考。参考文献: [1]　刘晓明,苏彬,孙宏,等.飞行性能与[M].成都: 西南交通大学出版社,2003. 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Determinationofmaximumtakeoffweightand takeoffspeedforciviltransportairplane CHENHong-ying,LIUXiao-ming,YUJiang (FlightTechnologyCollege,CivilAviationFlightUniversityofChina,Guanghan618307,China) 　　Abstract:Theforemostmatteroftakeoffperformanceanalyzingforciviltransportairplaneisthedetermination ofmaximumtakeoffweightandtakeoffspeed.Inthispaper,firstly,thekindsoffactorsofaffectingmaximumtake-offweightandthechoiceoftakeoffspeedarediscussedparticularly.Secondly,takingtheCitationJet1(CJ-1)air-planeforexample,theprimaryfactorsofaffectingmaximumtakeoffweightareanalyzedfortheCJ-1airplanetakingoffatKunming/Wujiabaairport.Finally,analyzingmethodsofdeterminingthemaximumtakeoffweightandtakeoffspeedandtakeoffperformanceanalyzingtablearegiven.　　Keywords:maximumtakeoffweight(MTOW);maximumlandingweight;takeoffspeed;climbgradient )