支线飞机减推力起飞技术应用研究

郭小玉，刘超

1.航空工业第一飞机设计研究院，陕西 西安 710089

2.中航飞机股份有限公司研发中心，陕西 西安 710089

近年，国内支线飞机的研究日趋活跃，而支线飞行航线较短，客源和货源较少，实际使用中最大重量（质量）起飞所占比例较小，如果仍以最大起飞推力起飞，经济性不好，因此各航空公司基本都采用减推力起飞。

减推力起飞技术经过多年发展已经较为成熟，且得到普遍应用。美国联邦航空局（FAA）对其使用已进行了认证，并且以咨询通告（AC）的形式对使用程序做出了规定和限制。

减推力起飞有两种方式：假设温度减推力和减少额定推力或功率减推力，那么在研制中如何决策选择成为了设计中的一个关键问题。本文对二者进行对比，给出适用支线飞机的减推力起飞方式。

1 减推力起飞技术

飞机在起飞时，一般选择最大推力，当航班的实际起飞重量小于起飞条件所允许的最大起飞重量时，就可以考虑使用较小的起飞推力进行起飞或爬升，这种有意降低推力的方法，叫作减推力起飞技术。减推力技术包括减推力起飞和减推力爬升，其中减推力起飞又可以分为两种，即减额定推力或功率法和假设温度法。

（1）减额定推力或功率法

减额定推力或功率法如图1所示。对于给定的起飞环境条件，通过选择另一个经认证的功率（推力）等级，直接在全推力的基础上将发动机功率（推力）降低一定的百分比。使用这种方法，认为发动机的起飞功率（推力）处于正常的起飞操作限制，飞机制造商在飞行手册中提供减功率（推力）后的限制、程序和性能数据。

图1 减额定推力（功率）法示意图Fig.1 Diagram of derated thrust（power）method

减少额定推力或功率起飞是一种半固定的减推力模式，所谓半固定是相对于发动机固定的全额定推力，在某些飞机的飞行管理计算机中有TO1和TO2的起飞推力选择模式，TO1和TO2分别对应某一固定的减功率（推力）值，如TO1对应的是减少全推力的10%，TO2对应的是减少全推力的20%等，当选择TO1功率（推力）模式起飞时，最大起飞推力是全推力的90%（10%的全推力减少值）。

（2） 假设温度法

假设温度法如图2所示。图中OAT为外界大气温度；EGT为发动机排气温度；TFlex为灵活温度；Tref为发动机起飞推力的平台参考温度。

图2 假设温度法示意图Fig.2 Diagram of assumed temperature method

发动机推力随着外界环境温度的上升而下降，因此，当飞机的实际起飞重量小于起飞分析表上查出的最大允许值时，可以假设选择一个高于环境温度的灵活温度，所需推力为这个温度下的最大起飞推力，从而获得比发动机最大起飞推力小的推力。

2 差异对比分析

无论是减额定推力或功率法还是假设温度法起飞，两种方法都被广泛使用。本文分别从适航规章、安全性分析以及使用差异三个方面进行分析。

2.1 适航规章要求差异对比

FAA在1988年公布的一个咨询通告AC25-13“减推力和减功率起飞推力规程”[1]。总结两者的差异，见表1。

2.2 安全水平比较

减推力或功率起飞虽然为了带来经济性收益，但必须以保证飞机安全为前提。本文通过举例分析，说明假设温度减推起飞和减功率法减推力起飞的安全水平。

表1 AC25-13中减额定推力（功率）法与假设温度法的差异Table1 Differences between the derated thrust（power） and the assumed temperature in AC25-13

下面以某型飞机说明两种方式安全水平，起飞条件为：

（1）襟翼 15°；（2）海平面，环境温度 16℃；（3）跑道长度 2194.6m；（4）跑道长度限制的起飞重量为 110.9t；（5）预计起飞重量为101.9t。

在这些条件下，通过检查该条跑道的起飞分析数据发现，在预计起飞重量为101.9t时允许的假设温度为40℃。

在预计起飞重量条件下，比较该飞机在实际温度为40℃和实际温度为16℃但假设温度为40℃时的性能差异，见表2。

由表2可以看出，假设温度法是更加保守一些，假设温度法起飞的性能裕度比减功率起飞的性能裕度更大。

2.3 使用差异对比

（1）假设温度法

假设温度法的应用步骤为：首先，根据飞机实际起飞重量查阅所在机场该机型的最大起飞重量随温度的变化值，判断是否具备减推力起飞的条件；其次，在对应功率的起飞分析数据表中，用实际起飞重量确定受场地和爬升梯度等限制的最大假设温度，同时根据实际的外界大气温度和机场标高，查阅飞行手册中的发动机性能图标验证最高允许的假设温度在最大假设温度和最低假设温度之间，进而确定可选择的假设温度范围；最后，机组确定选择的假设温度值。

表2 假设温度法和减功率(推力)起飞的安全水平比较Table2 The comparison of the assumed temperature and the derated thrust（power）takeoff method

需要说明的是，假设温度条件下的推力的设定取决于是使用发动机压力比 （Engine Pressure Ratio，EPR）还是发动机低压转子转速N1值。使用假设温度法确定EPR值和确定N1的方法是不一样的。

（2）减功率法

因为减功率法确定的推力被认为是一个单独的额定推力，并且在飞机飞行手册中单独公布，所以它有自己单独的推力设定图表以及与之对应的飞行性能数据。但是要注意用减功率法确定的减小量，因为没有假设温度，所以在实际预计的起飞温度条件下，用所确定的起飞推力的相应表格来确定EPR值或N1。

3 结束语

使用减推力或减额定推力起飞技术，不仅可以延长发动机的在役时间，延缓发动机性能衰减，降低燃油消耗和空中停车率，提高飞机的签派放行率，而且可以节约发动机维修成本。因此可以预见，对于机队规模较大的航空公司，使用该项技术在节约维修成本方面，提高飞机运行可靠性方面贡献是巨大的。

从适航规章要求、安全性分析以及使用差异等方面的对比分析也可以发现，对于飞机设计制造部门，假设温度法无论是从研制设计、试飞验证、手册编制等方面，均较减功率法优越。然而，从飞机的使用运营来说，减功率法在湿跑道、污染跑道的约束较假设温度法小很多，对于支线飞机的运营者来说就具有了很大的灵活性及优势，因此，如果在设计经费允许的情况下，二者兼备设计是最佳方案，如果条件不允许的话，减额定推力或功率法将是支线飞机较好的选择。