民航节油策略研究现状与展望

陶 理 王晓宇 谢 园

（广州民航职业技术学院，广东 广州 510403）

0 引言

近年来，我国高度重视生态环境问题，生态文明建设关系到中华民族永续发展[1]。中国在第75届联合国大会上宣布中国CO2排放在2030年达峰，争取2060年实现碳中和目标后，节能减排已确定为中长期的国策，碳减排成为各行业的一个明确而现实的任务[2]。民航局在近期发布的《“十四五”民用航空发展规划》中将碳达峰、碳中和纳入民航发展整体布局，坚持推进民航绿色发展。随着我国民航业的高速发展，飞机数量不断增加，飞机燃油燃烧排放污染加剧。深入研究航空公司节油，降低燃油成本，实现节能减排有着重要意义。

1 我国民航节油背景和意义

在我国航空公司的成本结构中，航油成本所占的比例最高，一般在25%-30%[3]。因此航空公司节油运行既有利于国家生态环境建设，又可以降低公司运行成本，提高公司运营能力。数据显示，航油消耗每减少1个百分点，中国民航每年可节约10万吨航油，约合5亿元[4]。另外，节能减排更可以帮助企业提升形象，推动企业构建可持续发展体系。无论从经济角度还是环保角度，航空公司在未来“十四五”中实现碳中和做法都是有效的[5]。

我国民航节油工作开始于20世纪90年代，当时各个航空公司在民航局的领导下成立了各自的燃油管理部门。在早期的研究中，王小宛教授从民航运行角度出发，分析了航班每个环节的节油措施，并提出了民航节油工作是一个系统性工程[6]。张永顺教授给出了巡航阶段的燃油消耗模型，据此模型推导出飞机巡航阶段的最低油耗[7]。之后更多的学者开始对民航节油进行深入细致的研究。目前，民航节油领域的研究主要集中在三个方面：一是飞机燃油消耗研究；二是航空公司节油运行研究；三是民航系统运行管理研究。

2 飞机燃油消耗影响研究

我国学者从不同角度对飞机燃油消耗进行了大量研究，刘婧在分析航油消耗的基础上，利用BP神经网络对基于能量平衡方程的飞机燃油消耗模型进行改进，通过飞行数据对全航段燃油消耗进行预测[8]。耿宏等在深入分析QAR数据的基础上，应用多元线性回归方法建立了飞机巡航段的燃油流量模型，有助于提高燃油监控效果[9]。刘芳对飞机在下降段的燃油消耗情况进行了深入研究，根据下降段的不同环境条件，提出了分段匹配燃油消耗模型，利用神经网络建模，实现对下降段不同条件下的燃油消耗预测[10]。张延海等对民航客机的平均油耗预测模型进行了研究，通过灰色关联理论分析飞机航线平均油耗影响因素，提出建立以航距和最大起飞重量的非线性回归模型[11]。骆昕提出通过航空公司长期获得的QAR数据以及APM系统，建立飞机性能监控数据库，帮助计算和预测飞机燃油，以辅助制订飞行燃油计划，降低成本，提高效益[12]。曹力等从签派放行的角度出发，基于飞机性能参数建立燃油消耗模型，通过大量历史QAR数据，应用神经网络减小误差，使模型预测的燃油消耗达到通用软件水平[13]。钱宇等基于QAR数据，运用线性回归方法建立了飞机滑行阶段的燃油消耗模型，以帮助飞机准确估计滑行时间，从而降低油耗。不过滑行阶段受机场运行、天气环境、空域管制等因素影响较大，文中并未将此考虑其中[14]。周宣任以空管雷达轨迹为切入点，基于QAR数据提取影响燃油流量的性能参数，通过深度学习理论构建燃油流量模型用于空管燃油消耗的测量，为空管效率和节能减排提供了一定帮助[15]。刘思涵等为准确计算飞机滑行阶段燃油消耗，研究分析了不同环境、不同滑行方式对燃油消耗的影响，修正了滑行阶段燃油消耗模型，得出了不同条件下燃油消耗与排放的差异[16]。

通过对国内学者的文献梳理可以看出，大多数学者都是以飞机QAR数据为基础进行飞机燃油消耗研究的。目前学者通过神经网络、支持向量机、深度学习、线性回归等多种方法已经建立了包括所有航段的燃油消耗模型。而在近年来，飞机燃油消耗研究不只是局限于节油方面，有学者对面前签派、空管的飞机燃油消耗模型进行了研究。而在目前节能减排、碳中和背景下，越来越多的学者开始将飞机燃油消耗研究用于碳排放等领域。

3 航空公司节油运行研究

我国航空公司节油工作起步于20世纪90年代，在2004～2005年期间，民航局开展了民航节油研讨会以总结各个航空公司节油经验，最终由王小宛教授编著了《民航节油实践与探索》一书，成为我国航空节油工作的理论基础。鉴于在我国航空公司中燃油成本为主要成本，业界不断创新各项节油措施。而学术界也一直保持对飞机节油工作的探索与研究。

（1）我国各大航空公司高度重视节油工作，根据节油可控点，结合各自运行情况制定了符合自己公司特点的节油方案。中国南方航空公司（简称“南航”）倡导“绿色飞行”在保证安全的前提下，优化飞行高度层、选择合适备降机场、按实际载重加油、尽可能降低起飞重量，从而避免油耗油。借助空管，合理规划航路，缩短空中距离，减少油耗[17]。中国国际航空（简称“国航”）采用的节油技术主要有：利用计算机合理实施飞行计划、飞行人员空中节油操作、减少APU使用频次、借助空管和签派实现航路优化以及二次放行、进一步挖掘研究成本指数和对飞机进行减重。具体节油措施主要是：提高运控水平、控制多加油、协调空管缩短地面时间、实施地面节能[18]。中国东方航空公司（简称“东航”）的节油方法和南航、国航类似，同时还根据飞机厂家的推荐，使用了重心后置的载重平衡操作方式，来进一步降低油耗[19]。海南航空（简称“海航”）结合公司运行情况，从购买和租用节油设备、优化工作流程、增加节油环节、建立节油管理分析系统等方面实现节能减排节油飞行[20]。

（2）我国学者对于航空公司节油运行也进行了针对性的研究。王伟等基于能量状态方程建立飞行运动模型，采用最优控制理论，通过遗传算法，实现最节油飞行轨迹，以减少爬升时间，降低燃油消耗，为飞机航路制定提供了依据[21]。熊国斌等从航空公司运行控制角度出发，提出航空公司节油工作要以机组为主体，机务作为补充，运行控制部门从中监控并具体实施[22]。付令为航空公司提出了节油工作的入手思路，在对航空公司节油状况进行深入调查的基础上，从技术和管理两方面入手，帮助航空公司制定了系统性的节油策略；从战略层面为航空公司制定节油措施提供了指导[23]。李宜设计和开发了基于灰色关联理论的航空节油飞行策略分析软件，为航空公司制定节油策略提供技术支持，有效降低航空公司的燃油成本，提高航空公司的效益[24]。陈亚青等发挥空管技术作用，分析飞机油耗，采用新导航技术，帮助航空公司节油[25]。

由此可以看到，各大航空公司在节油运行上的策略大体相同，力求做到节油可控点的全覆盖，同时不断创新节油措施，如南航大力开展新技术的应用，开发新的航油系统，改进地面流程，借助信息化技术开展无纸化运行。而在学术界，学者们更多关注系统性节油运行，针对空管、运控等深入研究飞机油耗。

4 民航运行管理研究

为实现节油运行，降低航空公司成本，我国学者还做了大量运行管理研究。刘洁重点研究了东航的航油运行管理问题，提出了航油管理改进措施，为航空公司航油管理降低成本提供了新思路。江廷等提出了一种不受天气影响下的航空公司酌情油设定办法，为航空公司降低燃油成本提供了新途径[26]。张义朋等结合新航行系统在民航各个系统的优势，提出了节油飞行的几点策略和建议，以帮助航空公司制定新形势下的节油措施[27]。李吕琪基于协同理论，应用多主体优化目标，以帮助合理规划下降阶段飞机轨迹，从而实现节油飞行[28]。谷润平等通过数学规划方法优化节油模型，帮助航空公司运营航线和制订计划，节省燃油成本[29]。

5 结语

民航飞机飞行节油工作涉及民航方方面面，单靠航空公司一家努力效果有限，而在局方、空管、机场、政府共同协作，多管齐下，才能提高节油效果，降本增效。未来航空公司节油工作可以从新技术研发应用、组织体系改革、数据管理开发三个方面入手[30]。生物燃料的研发得到了国内外航空公司的高度重视，在生物燃料试飞中，表现出了明显优势，不过受限于使用成本等因素，还无法大规模商业应用。各大航空公司均设立有节油工作部门，而想要始终适应实际变化，需要继续深化改革，创新航油管理模式。节油工作始终都是系统工程，单靠航空公司远远不够，在当前“碳中和”背景下，结合民航“十四五”规划，需要打通各单位壁垒，局方、航空公司、机场和各大院校通力合作，共同为民航绿色发展群策群力。