基于BCOP的飞机起飞一发失效越障研究

王辉

摘 要：简述了飞机起飞的飞行航迹和越障方法，使用BCOP软件进行了算例分析，根据航空规章对输出数据进行超障检查并对不合格障碍物提出改进措施，仿真结果表明处理方法得当。当类似情况发生时，为性能工程师如何采取正确的应对措施提供了重要参考。

关键词：一发失效；水平剖面；垂直剖面；超障；BCOP

起飞性能与飞行的安全性和经济性紧密相关。在一发失效的紧急情况下，民航客机能有效越障尤为重要，特别是一些高原和地形复杂机场，可保证飞行安全、提高公司运行效益。

1 起飞航迹概述

起飞航迹是从起飞静止点起，延伸到下列两点中的较高者：起飞过程中高于起飞表面1500英尺，或完成从起飞到航路爬升构型的转变并达到规定的速度、爬升梯度要求.主要由起飞和起飞飞行航迹组成.

起飞是从跑到头松刹车开始，加速滑跑到离地35英尺并达到起飞安全飞行速度的全过程. 所谓的起飞飞行航迹是从飞机离地35英尺开始到起飞航迹的终点，爬升梯度满足FAR要求的最小梯度且完成收起落架、襟翼的阶段。分为四个阶段，如图1、2所示：

第Ⅰ段：自离地35英尺到起落架完全收起。该段襟翼处于起飞位置，发动机处于起飞工作状态，速度保持在V2到V2+20节之间。

第Ⅱ段：从起落架完全收起到高度不小于400英尺，保持起飞襟翼，发动机处于起飞工作状态，速度在V2到V2+20节之间等表速爬升以保障飞行安全。

第Ⅲ段：收襟翼，使用起飞推力或最大连续推力，根据规定的收襟翼速度分几次将襟翼全部收起，同时增速到襟翼全收的速度。

第Ⅳ段：增速到规定的速度，并保持该表速上升到不低于1500英尺，使用最大上升推力或最大连续推力。

2 研究方法

飞机起飞飞行航迹如上图所示。总上升梯度是指根据飞行性能手册计算得到的上升梯度，净上升梯度是在总上升梯度基础上减去一个安全余量后的梯度，由净上升梯度画出的航迹为净航迹，为了保证飞机安全越障要求飞机的净航迹至少高于障碍物顶点35英尺。

2.1三种越障方法

根据障碍物距飞机起飞松刹车端远近不同，越障方式通常有三种：

方法一：远距离越障。在400ft改平，加速到完全收上襟翼速度，再进行爬升，在最后爬升段越障，如图3-A。

方法二：近距离越障。越过障碍物后再改平，加速到完全收上襟翼速度，再进行爬升，如图3-B。

方法三：中、近距离障越障。越过所有障碍物后再改平，加速到完全收上襟翼速度，再进行爬升，如图3-C。

2.2 改善越障能力的途径

1）减小襟翼：使爬升梯度增大，增大越障能力；但同时要求起飞距离增长。

2）减小重量：使爬升梯度增大；同时要求起飞距离也减小。

3）转弯离场：避开重要障碍物。

4）改进爬升：增大V2，增大爬升梯度；但同时要求起飞距离增长。

3 算例分析

本文采用BOEING机型737-800（7B24），使用ZSTX机场13号跑道的标准仪表离场程序，结合常规的飞行操作和气象条件，对离场飞机航迹进行仿真。

3.1 仿真条件

ZSTX机场13号跑道气象条件：

气温15℃，静风，1013.25hPa。

飞机起飞重量：70000kg，襟翼偏度：Flaps10；V2：151节；起落架收起点高67英尺，距松刹车端距离：9928英尺。设置跑道长度、标高、中心点及基准零点经纬度坐标和导航台标高、经纬度坐标、磁差等信息。设置三个虚拟障碍物如下：

3.2飞行剖面设置及仿真

3.2.1 垂直剖面

根据飞行操作要求，垂直剖面的仿真设置如下：

BCOP输出的垂直剖面如图所示：

3.2.2 水平剖面

根据飞行操作要求，水平剖面的仿真设置如下：

BCOP输出的水平剖面如图所示：

3.3仿真数据处理及分析

根据BCOP计算生产的数据得出超障检查表如下：

飞机飞至OBS1， OBS2处时，超障余度分别为为-34ft和-52ft，不满足超障要求；飞至OBS3处时，超障余度为43ft，满足超障要求。

为了改善越障能力，减小起飞襟翼偏度为Flaps5，其他条件不变，根据BCOP计算产生的数据得出超障检查表如下：

通过减小起飞襟翼偏度使OBS1超障余度变为38ft，满足了超障余度； OBS2依然不能满足超障要求。采取提前转弯离场避开障碍物的途径：距DME台（TXN）3.0NM时转弯。根据BCOP仿真得出飞行航迹及保护区的水平剖面图如下：

通过分析上图可以得出：飞机距DME台（TXN）3.0NM时转弯，可以成功避开OBS2。

4 结语

结合机场净空条件和气象条件，对ABVIL01D离场程序进行了算例仿真和障碍物的超障检查。由于BCOP软件有详细的飞行性能数据和简洁的操作界面，使障碍物的判断清晰、准确。

参考文献：

[1] 民航局飞行标准司.飞机起飞一发失效应急程序和一发失效复飞应急程序制作规范.北京：中国民航管理局，2014.

[2] Boeing D632A804，Performance engineers manual for 737-800 /CFM56-7B27. Boeing Commercial Airplane Group，1998： 15-36.

[3] 李海峰，吴喜萍.基于BCOP 的终端区的四维航迹预测研究.武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2012；36（6）： 1209-1211.

[4] 陈治怀，谷润平，刘俊杰.飞机性能工程.北京：兵器工业出版社，2006.