民用飞机灵活温度起飞和试验数据简析

王朝蓬，汪 涛，马志平

(中国飞行试验研究院，陕西 西安 710089)

民用飞机灵活温度起飞和试验数据简析

王朝蓬，汪 涛，马志平

(中国飞行试验研究院，陕西 西安 710089)

民用航空运输中，由于灵活温度起飞具有延长发动机热端寿命，有效降低发动机使用、维护成本，而且可以降低起飞噪声，减少燃油消耗，降低航空公司的运行成本，改善机场周围的环境质量等优点而备受重视。本文介绍了灵活温度起飞，并结合某型民用飞机的灵活温度起飞试验数据，对其进行分析。最后提出了应用灵活温度起飞应注意的一些方面。

减推力起飞；灵活温度起飞；平台温度

1 引 言

在民用航空运输飞行中，飞机起飞阶段不仅直接影响飞机的飞行安全，而且对发动机的工作性能具有重大影响。减推力起飞是指在一定的起飞条件和飞行环境、满足飞机起飞安全性能前提下，根据飞机的起飞重量、跑道长度等因素而采用的一种起飞方式。采用减推力起飞不仅可以延长发动机热端部件寿命，有效降低发动机使用、维护成本，而且可以降低起飞噪声，减少燃油消耗，降低航空公司的运行成本，改善机场周围的环境质量[1-2]。

目前，民航飞机上的高涵道比涡轮风扇发动机具有较高的推力储备。在正常的起飞条件和飞行环境下，适当减小发动机起飞推力即采用减推力起飞是完全必要和可行的。减推力起飞使发动机的起飞功率低于正常起飞功率，使之和实际起飞重量相对应，同时也能够满足必须的性能要求。减推力起飞主要有两种方法，一是灵活温度起飞(Flexible take-off)，另一种是减功率起飞(Derated take-off)，分别见图1和图2。

图1 灵活温度起飞

图2 减功率起飞

两种方法的主要差别是：减功率起飞的各级功率需要通过民航局认证，同时对应各级功率的决断速度(V1)、抬前轮速度(VR)、起飞安全速度(V2)、空中最小控制速度(Vmca)等都会有所不同；而灵活温度起飞只需通过认证全推力功率，而且无需新的性能表格，即V1、VR、V2等速度均不变[3]。

2 灵活温度起飞方法

灵活温度起飞(也称假设温度起飞)是目前大型、重型民航飞机最常见的减推力起飞方式。灵活温度起飞通过设定温度，可以使发动机功率连续减小直至限制值(目前通常限制值为减小全功率的25%左右)。机场温度与发动机推力、最大起飞重量、低压转速关系在图3中定性表示。由图中可以看出，实际中，如果飞机的起飞重量为Wto,a时，对应的发动机推力为Fa。但是，如果当时的机场温度为T1(小于发动机平台温度Tref)时，此温度对应的最大起飞重量为Wto,1，发动机对应推力为F1。实际起飞重量Wto,a小于Wto,1，同时也有Fa小于F1，即此时满足起飞安全性能实际需要的飞机最小起飞推力为相当于外界大气温度为Ta所对应的发动机推力Fa,Ta即为假设温度,Fa为减推力下的最小起飞推力,最大减推力量为ΔF1，如图中所示。同理，当实际大气温度为T2(大于发动机平台温度Tref)时，最大减推力量为 ΔF2[4]。

图3 机场温度与发动机推力、最大起飞重量、低压转速的定性关系

由图3可知，实施减推力起飞的飞机应当满足以下条件：(1)实际起飞重量小于最大起飞重量；(2)由实际起飞重量确定的灵活温度高于发动机的平台温度。

对于灵活温度的选择，当实际温度低于发动机平台温度时：

Tflex=Tref+Φ(Tflex,max-Tref)

(1)

式中，Tref为发动机平台温度，对应图中推力线拐点温度；Tflex,max为可以选择的最大的灵活温度(通常，灵活温度起飞最大减推25%，此时对应的温度为最大的灵活温度)；Φ为动态系数，由飞机、发动机性能衰退情况、飞机附加重量变化确定。

当实际温度高于发动机平台温度时：

Tflex=T0+Φ(Tflex,max-T0)

(2)

式中，T0为实际场温。

3 某型民用飞机减推力起飞试验数据分析

某型民用飞机采用灵活温度起飞方法，其中默认灵活温度为-95℃，即为正常起飞，最大灵活温度为99℃。灵活起飞只能在自动油门状态下使用。

灵活起飞模式锁定，需要同时满足以下条件：(1)油门杆小于50°；(2)起飞功率控制值均有效(轮载信号、输入灵活温度等)；(3)灵活温度至少大于环境温度1℃。

当灵活模式设定后，从航电系统输入一个“假设的灵活温度”，就选择了灵活温度起飞。以某日飞行发动机试验数据来看，当时场温26℃，灵活温度设置为40℃。

取起落架离地前后一段相对稳定的数据段，可知，在图4中红线标注范围内，油门杆保持在66.7°，高低压转速分别基本稳定在98%和91%，此时排气温度尚未稳定，从790℃缓慢上升至805℃。

图4 灵活温度为40℃时起飞数据

为了便于对比，同时给出了场温接近、起飞重量相同的另一架次灵活温度为99℃的数据，如图5所示。经对比可以发现：在图5中红线标注范围内，油门杆保持在61.4°，高低压转速分别基本稳定在94.5%和85%，此时排气温度尚未稳定，从716℃缓慢上升至727℃。

图5 灵活温度为99℃时起飞数据

两次数据气压高度和场温基本一致，通过这些数据可以对该灵活温度起飞模式进行定性分析。

灵活温度起飞设定的温度越大，发动机功率减小得越多。可以参考图1理解，最高灵活起飞温度由飞机安全起飞的需用最小功率决定。灵活温度设定越高，排气温度减小得越明显，可以延长涡轮部件的寿命，从而减少维修成本，增加发动机服役时间。

在灵活温度起飞模式下，如果出现单发失效的情况，全权限电子控制器(FADEC)将参考风扇转速提高到最大状态对应的转速，并向航电发送请求自动油门杆并移至起飞位，退出减推力起飞。

4 结 论

采用减推力起飞，可以显著降低涡轮前温度，提高涡轮的使用寿命；可显著增加发动机热端部件寿命，降低发动机空中停车率、提前换发率、航班延误率等；可以有效提高排气温度裕度，减小排气温度裕度衰退；可以降低发动机起飞噪声，改善机场周围环境质量。在满足飞机性能及安全的情况下，推荐使用减推力起飞。使用减推力起飞，需要注意以下几个方面：

(1)在任何一个机场采用减推力起飞，必须计算出该机场的起飞限重，各机场不能混用。

(2)减推力起飞和爬升时，一旦出现特殊情形，应及时推油门杆到最大起飞状态，退出减推力状态。

(3)实施减推力起飞必须是在发动机具备良好的性能基础上，故在实施减推力起飞期间，应定期做最大起飞推力起飞，确保发动机具有良好的性能，确保减推力起飞的可靠性。

[1]刘晓明,赵廷渝,等.民航运输机减推力起飞技术[J].飞行力学,2009,27(3).

[2]赵廷渝.涡轮风扇发动机减推力起飞必要性分析[J].中国民航学院学报,2005,23(3).

[3]An SAE International Group. Guidelines for the integration of Electronic Engine Control Systems with Transport Category Aircraft Systems[R]. SAE AIR 5924-2004.

[4]赵廷渝.基于假设温度减推力起飞的理论依据[J].西南交通大学学报,2005,40(5).

Analysis of Flexible Temperature Takeoff and Experimental Data of Civil Aircraft

Wang Zhaopeng, Wang Tao, Ma Zhiping

(Chinese Flight Test Establishment, Xi′an 710089, Shaanxi, China)

In civil aviation transportation, the flexible temperature takeoff has the virtues of extending the hot component life of the engine, effectively reducing the operation and maintenance costs of the engine, decreasing takeoff noise and fuel consumption, reducing the operation costs of airline, improving the quality of environment around the airport, so it has received great attentions. The flexible temperature takeoff is introduced in the paper. Combined with the flexible temperature takeoff of a certain type of civil aircraft, the test data is analyzed. Finally, some aspects which should be paid attention to in flexible temperature takeoff are proposed.

reduced thrust takeoff; flexible temperature takeoff; flat temperature

2016-09-27

王朝蓬(1984-)，男，汉族，陕西合阳人，硕士研究生，研究方向：航空动力装置特性飞行试验。

V323.11

B

10.3969/j.issn.1674-3407.2016.04.010