第二章起飞性能 教育学习

第二章起飞性能,Contents,精制课件,本章主要内容,2.1基本概念,2.2全发起飞,2.3起飞过程中一台发动机停车的起飞性能,2.4限制最大起飞重量的因素,2.5起飞性能优化,2.6飞机在污染道面上的起飞性能,2,飞机从地面开始加速滑跑到飞机离地高度不低于1500英尺，完成从起飞到航路爬升构型的转换，速度不低于1.25VS，爬升梯度达到规定值的过程叫做起飞。,图2-1起飞剖面图,运输类飞机起飞的定义:,3,2.1基本概念,精制课件,2.1.1起飞过程中涉及到的几个速度,BRP:BrakeReleasePoint(松刹车点)Screenheight:35feet.,5,1.地面最小操纵速度（VMCG）,在起飞加速滑跑中，关键发动机突然停车，其他发动机处于起飞工作状态，飞行员只用空气动力操纵面（驾驶盘和方向舵）而且不需要特殊的操纵技巧能恢复对飞机的操纵，方向舵蹬舵力不超过150磅，并且飞机的侧向偏移不超过30英尺的最小速度。,MinimumControlSpeed,Ground,VMCG视频,6,7,DeterminationofVMCG:lateraldeviationunder30ft,1.地面最小操纵速度（VMCG）,在起飞加速滑跑中，如果关键发动机失效时的速度低于此速度,起飞必须中止。,Runwayswherewidthisbetween30and45m:Forrunwaywidth40m,theperformanceremainsunchanged,ForrunwaywidthVMCA,(2)VR的大小必须保证飞机在离地35英尺高度上飞行速度不小于起飞安全速度(V2)。,(3)保证在VR上以最大允许的抬头率抬前轮时，VLOF1.1VMU(全发)或1.05VMU(单发)。,RotationSpeed,4.抬前轮速度（VR）,要求,17,飞机在该速度上被判定关键发动机停车等故障时，飞行员可以安全地继续起飞或中断起飞，中断起飞的距离和继续起飞的距离都不会超过可用的起飞距离。,TakeoffDecisionSpeed,5.起飞决断速度（V1）,V1是采取第一项制动措施的最迟时机，而不是做决策的速度，也不是识别速度。,18,V1V1(MCG)V1(MCG)VMCG+v保证方向,(2)V1VR保证起飞,TakeoffDecisionSpeed,5.起飞决断速度（V1）,要求,(3)V1VMBE保证刹车,v:飞行员判断发动机停车并采取相应措施这段时间飞机的速度增量。,19,TakeoffDecisionSpeed,6.离地速度（VLOF）,飞机起飞滑跑中，当加速到升力等于重力这一瞬间的速度。,20,MinimalTakeoffSafetySpeed,7.起飞最小安全速度（Vmin）,要求,飞机的速度达到V2min能保证其具有足够的上升梯度。,V2min1.2VS（全发）或1.15VS（单发）V2min1.1VMCA,21,TakeoffSafetySpeed,8.起飞安全速度（V）,V2是飞机起飞上升至35ft应该达到的速度。,只要飞机的速度达到V2，飞机的上升梯度就能达到相关要求。,22,TakeoffSafetySpeed,8.起飞安全速度（V）,要求,V2取（1）和（2）的大者。,(2)VR加上达到高于起飞表面35英尺前所获得的速度增量。,(1)V2minV2min1.2VS或1.15VSV2min1.1VMCA,23,2.1.2净空道和安全道,TakeoffRunwayDefinitions,24,适用于起飞的区域通常被限制在跑道以及跑道端头以外的一块区域内。跑道是一块适用于起飞和着陆的矩形区域。在跑道的端头以外,通常会有净空道和停止道。,1.跑道的定义,25,1.25%max,500ftmin,2.净空道,净空道是指在跑道头的一段宽度不小于500英尺，沿跑道方向的向上延伸的坡度不大于1.25%，无任何障碍物的一块区域，其中心线是跑道中心线的延长线，并受机场有关方面管制。,26,1.25%max,500ftmin,涡轮发动机飞机的起飞场道阶段必须要达到35英尺高,并且速度至少达到V2。飞机离地后爬升到35英尺高度可以在净空道内完成。,2.净空道,使用净空道可以提高飞机的起飞性能。,27,安全道是指起飞跑道以外的宽度不小于跑道的宽度，并以跑道中心线的延长线为中心线，其强度足以承受飞机重量而不致造成飞机结构破坏，被机场当局指定可用于中断起飞时飞机减速的一个区域。使用安全道可以提高飞机的起飞性能。,3.安全道(停止道),28,2.2全发起飞,精制课件,2.2.1全发起飞过程简介,30,2.2.2全发起飞性能,1.全发起飞滑跑距离和滑跑时间,2.全发起飞空中段距离,31,3.全发起飞距离,全发起飞演示距离起飞滑跑距离起飞空中距离,图2-4全发起飞演示距离,32,1)风2)飞机重量3)气温与标高4)跑道坡度5)飞机襟翼,4.影响全发起飞距离的因素,33,TakeoffdistancechangesAheadwindwilldecreaseitandatailwindwillincreaseit.,FAR要求在计算地面性能（包括演示距离和FAR起飞距离）时，要以保守的观点进行风修正，即用修正风逆风分量的50%或顺风分量的150%来计算起飞和着陆性能。手册中的图表都是按照这个要求来制定的。,34,Takeoffperformancechanges,TakeoffdistancechangesTheeffectofweightchangesontakeoffdistance.,35,MTOW,W,EPR,T,T,FULLEPR,MTOW,TOW,Tactual,Tassumed,Tactual,Tassumed,FULLEPR,FLEXIBLEEPR,FlexibleTakeOffandFlexibleThrust,气温升高,发动机推力降低。,36,TheCalculationofRunwaySlope,37,Takeoffperformancechanges,Takeoffdistancechanges,Arunwaythatslopesuphillwillincreasethetakeoffdistanceforanairplaneandadownslopewilldecreaseit.,38,Takeoffperformancechanges,Takeoffdistancechanges,根据具体情况和图表来选择最优襟翼角度襟翼角度小，滑跑距离长，上升梯度大，空中距离短襟翼角度大，滑跑距离短，上升梯度小，空中距离长,39,全发起飞可用滑跑距离跑道长度预滑段全发起飞可用距离跑道长度可用净空道长度预滑段,5.全发起飞可用距离和滑跑可用距离,预滑段,40,预滑段,5.全发起飞可用距离和滑跑可用距离,41,90度转弯的预滑段,预滑段说明,42,180度转弯的预滑段(双发),预滑段说明,43,预滑段说明,180度转弯的预滑段(四发),44,不同型号飞机的预滑段长度,45,全发起飞距离1.15全发起飞演示距离,6.FAR全发起飞距离(全发起飞所需距离),46,对于有净空道的情况，还应考虑：全发起飞滑跑距离：飞机从地面开始加速滑跑到起飞空中段的中点所经过的水平距离的1.15倍。,6.全发起飞滑跑距离(全发起飞滑跑所需距离),47,要求：任何情况下，所需距离可用距离即全发起飞应满足：全发起飞距离（所需距离）全发起飞可用距离2.全发起飞滑跑距离（所需距离）全发起飞可用滑跑距离注：不计净空道时，1满足则2必然满足，计入净空道时，须同时满足。,48,2.3起飞过程中一台发动机停车的起飞性能,中断起飞性能继续起飞性能,精制课件,2.3.1中断起飞(RTO-RejectedTakeOff),中断起飞过程简介（三个阶段）起飞过程中，必须考虑关键发动机停车的情况。飞机由速度为0全发加速至某速度时，关键发动机停车，飞行员识别判断后，若当前速度小于决断速度V1，则进行制动措施，最后将飞机在跑道上全停的过程。分为全发加速段，过渡段，制动段,50,1.中断起飞距离（L中断）,51,中断起飞距离（中断起飞所需距离）是下列两者中的较大者：,1）飞机从地面开始加速滑跑到关键发动机停车并一直保持在停车状态，此时速度为VEF，飞机从VEF继续加速到V1，并在V1后继续加速2秒钟，然后开始使用制动装置进行减速到飞机完全停下来所需距离。2）飞机从地面开始加速滑跑到速度V1，并在到达V1后继续加速2秒，在这个过程中所有发动机都在起飞工作状态，然后开始使用制动装置减速直到飞机完全停下来所需距离。,52,53,手册中的中断起飞距离均指中断起飞所需距离。,干道面中断起飞距离确定时不使用反推。,审定程序与实际程序：审定程序：飞机制造厂商为满足适航管理当局对飞机的型号审定而进行的试飞程序，手册中数据（如中断起飞距离）为所需数据，是按照这一程序试飞得到的。实际程序：飞行员在模拟机受训和日常航班飞行中所使用的程序。,中断起飞距离所描述的程序为审定程序。包含不使用反推和V1后延迟2秒再进行制动。实际程序不包含这样的限制，总是使用反推，并最迟在V1开始制动。两者间的差距可理解为一定的安全余量。,54,55,2.影响中断起飞距离的因素,识别速度，中断起飞距离飞机起飞重量，中断起飞距离,图2-9不同重量的中断起飞距离,56,2.影响中断起飞距离的因素,大气温度，中断起飞距离机场气压高度，中断起飞距离顺风起飞，中断起飞距离上坡起飞，中断起飞距离,57,3.中断起飞可用距离,中断起飞距离也称加速停止距离Accelerate-StopDistance:ASD,58,中断起飞最大速度是指起飞加速滑跑过程中，如果一台发动机突然停车，机组判明故障并采用标准制动程序，可使飞机在跑道头或安全道头刚好停下来的最大速度。,4.中断起飞最大速度,图2-11中断起飞最大速度示意图,59,影响中断起飞最大速度的因素:,起飞重量，V中断MAX大气温度，V中断MAX机场气压高度，V中断MAX顺风起飞，V中断MAX,60,中断起飞速度对中断起飞所需距离的影响:,V中断，ASDR相同V中断,重量，ASDR,61,思考：V1增大5节，当飞机到达中断起飞终点时，速度还是5节吗？,V=5?,V=5节，V1=135节：V终点37节,62,2.3.2继续起飞,继续起飞过程,63,1继续起飞距离（L继续）,飞机在作全发加速滑跑过程中，一台发动机停车，飞行员在判明后决定继续起飞，在其他发动机起飞推力作用下飞机继续加速滑跑直至离地到高度35英尺时，速度不小于V所经过的距离。,64,2主要的影响因素,飞机起飞重量，继续起飞距离,大气温度，继续起飞距离,机场气压高度，继续起飞距离,顺风起飞，继续起飞距离,识别速度，继续起飞距离,65,3继续起飞可用距离（L继可）,继续起飞可用距离跑道长度可用净空道长度预滑段,66,4继续起飞距离（继续起飞所需距离）,飞机从地面开始加速滑跑到速度VEF时关键发动机停车，在其他发动机推力作用下继续起飞，到飞机离地35英尺，速度不小于V2所经过的水平距离就是继续起飞距离。,计入净空道时，还要定义继续起飞滑跑距离继续起飞滑跑距离为：飞机从地面开始加速滑跑到速度VEF时关键发动机停车，在其他发动机推力作用下继续起飞，到继续起飞空中段的中点所经过的水平距离就是继续起飞滑跑距离。,实际飞行中，应保证：继续起飞距离继续起飞可用距离继续起飞滑跑距离继续起飞滑跑可用距离,67,5继续起飞最小速度（L继续最小）,继续起飞最小速度是指如果发动机在这个速度上停车，飞行员采用继续起飞标准程序，可以使飞机在净空道外侧完成起飞场道阶段的最小速度。,W,L可用,V继续min,68,大气温度、机场气压高度，V继续min,顺风起飞，V继续min,起飞重量,影响因素,W2(W1),W1,L可用,V继续min2,V继续min1,，V继续min,69,起飞距离定义,TOR:Take-OffRun起飞滑跑距离orTORR:Take-OffRunRequired起飞滑跑需要距离TORA:Take-OffRunAvailable起飞滑跑可用距离TOD:Take-OffDistance起飞距离orTODR:Take-OffDistanceRequired起飞需要距离TODA:Take-OffDistanceAvailable起飞可用距离ASD:Accelerate-StopDistance中断起飞距离orASDR:Accelerate-StopDistanceRequired中断起飞需要距离ASDA:Accelerate-StopDistanceAvailable中断起飞可用距离,距离总结,70,2.3.3起飞平衡距离（L平衡）和平衡速度（L平衡）,L中需,L继需,V平衡,L平衡,平衡速度：继续起飞距离和中断起飞距离相等时的识别速度。平衡速度是制定V1的基础。平衡距离越短，飞机对跑道的依赖性越小。重量增大，平衡距离和平衡速度都增大。,71,2.3.4起飞决断速度（V）和跑道限制的MTOW,1平衡场地法,平衡跑道：中断起飞可用距离（L中可）与继续起飞可用距离（L继可）相等的跑道。即L中可=L继可=L可。典型情况：无任何净空道和安全道的跑道。,72,1、飞机以小重量起飞，L可L平衡,结论：起飞重量小于跑道限重时，以平衡速度为V1，在V1的前后存在一个速度区间，可以中断或继续，重量越小，这一区间越大。,在平衡跑道上，对不同的重量会出现以下三种起飞情况,V1MINV继MIN(V1(MCG)，V1MAXV中MAX(VR和VMBE),实际上，常取该重量对应的平衡速度为决断速度（V1）。,73,2)飞机以大重量起飞，即L可V1MCG,79,起飞速度图的说明当高度与温度的交点落在两区域的交线上时，选交点的左边区域。若V1/VR/V2落在图中阴影地方，说明V1有可能小于V1（MCG）当V1V1（MCG）时，V1/VR/V2不变当V1VR，取VRV1，V2增加VR的增加量。,例：机场压力高度2000ft，场温10，起飞重量35,000kg，襟翼5，下坡2%，逆风20kt，求V1/Vr/V2,解：2000ft，场温10对应A区；重量35,000kg，襟翼5，得到V1/Vr/V2=104/104/118处于阴影区；下坡2%的V1修正量为-2kt，逆风20kt的V1修正量为0kt，经过下坡和逆风修正后的V1/Vr/V2=102/104/118；2000ft，场温10对应V1mcg为109，则最终修正的V1/Vr/V2=109/109/123。,80,81,最大起飞重量对应的决断速度为：V1=V继MIN=V中MAXV平衡当L继可VMBE,就应按规定减小起飞重量和速度。,102,158kts,例：机场气压高度6000ft,气温40，顺风10kts,起飞重量60T，襟翼5，确定起飞速度。,103,对风进行修正，VMBE=158-19=139ktsV1=146ktsVMBE，应调整起飞重量和速度V1-VMBE=146-139=7kts，应减轻重量=3407=2380kg调整后的TOW=60000-2380=57620kg对应V1=141kts，VMBE=142kts,V1每超过VMBE1kt，减轻重量340kg,然后按减轻后的重量确定V1/VR/V2,VMBE调整,104,5、障碍物限制,在净空条件不太好的机场，必须考虑一发失效后飞机的越障问题，从而对最大起飞重量构成限制。,105,CCAR25.111(c(3)规定：从飞机高于起飞表面120米(400英尺)的一点开始，沿起飞航迹每一点的可用爬升梯度不得小于：(i)l.2，对于双发飞机；(ii)1.5，对于三发飞机；(ili)1.7%，对于四发飞机。从此条规定可以看出，在400英尺以上，飞机必须能完成最小爬升梯度，这个能力可在平飞中转换为加速能力。因此就规定离起飞表面400英尺高度是最小改平高度。然而，在加速段，任何时候都必须确保能越障。因此，实际运行的最小改平高度大于或等于400英尺。为避免起飞时一发停车，最大起飞推力审定的最大使用时间是10分钟，所有发动机运行的最大时间是5分钟。最大连续推力没有时间限制，它是获得航路构型一发停车后选择的推力。所以航路构型（三段结束）必须在起飞后最大10分钟内获得，由此确定的高度为最大改平高度。,最小和最大改平高度,106,延伸二段改平高度,保持V2上升直到起飞油门5分钟限制，然后改平以最大连续推力增速收襟翼。由此确定的高度叫延伸二段改平高度。,107,如果航道中的障碍物不得不飞越，则必须按照航道限制条件（近障、中障、远障），采用不同的越障程序，并确定出最大起飞重量限制。,障碍物远近时的起飞航道调整,108,考虑的障碍物范围,109,110,111,例：某机场有距飞机起飞点18000ft，高460ft的障碍物，气压高度1000ft，气温35起飞襟翼15，逆风20kts，确定障碍物限制的最大起飞重量。,43.7T,MTOW=43.7T,112,113,一发失效应急程序样例,114,6最大着陆重量的限制,由于设计的最大起飞重量比最大着陆重量大的多，对于较短的航线，MTOW可能受到最大着陆重量的限制。,7航路最低安全高度的限制,对于山区航线，考虑一发失效后的飞行，可能出现一发失效后最大飞行高度小于航路最低安全高度的问题。从而对最大起飞重量构成限制。双发飞机易出现这种情况。,8、飞机结构强度限制,任何情况下不能超过结构强度限制的最大起飞重量和最大零燃油重量。,飞机实际的最大起飞重量为以上8项限制所确定的最小重量。,115,25起飞性能的优化,在实际飞行中，为充分发挥飞机的性能，应根据实际情况对起飞性能进行优化，以提高飞机的运输经济性。,116,优化起飞程序增大起飞重量,选择合适的起飞襟翼改进爬升,减推力起飞（灵活推力起飞）,减功率（减额定）减推力起飞假设温度法减推力起飞,117,1选择合适的起飞襟翼,跑道相对较长时，选用较小的起飞襟翼偏度。,跑道相对较短时，选用较大的起飞襟翼偏度。,场道限制MTOW与爬升梯度限制的MTOW不等时使用,2.5.1优化起飞程序增大起飞重量,118,例：跑道限重13700，航道II段限重14000，则优化襟翼为4度，然后再通过其他图表确定跑道限重和航道II段限重。,119,2改进爬升,场道限制的MTOW大于爬升梯度限制的MTOW，采用改进爬升法可以增大MTOW。,改进爬升法是通过增大V1/Vr/V2，使场道限重适当减小，航道II段限重适当增加，从而提高最大起飞重量。,120,例：起飞襟翼1，场地限重63T，航道II段限重55T，改进前MTOW为55T，试确定改进爬升后的MTOW、V1/VR/V2。,MTOW=55+3.4=58.4T对应的起飞速度V1/VR/V2=150/152/156,3.4T,10/12/12,查图得W=3.4T，V1/VR/V2=10/12/12,58.4T改进爬升的V1/VR/V2=160/164/168,121,2.5.2减推力起飞（灵活推力起飞）,实际起飞重量小于最大起飞重量时，可选择减推力起飞。减推力起飞符合相关法规要求。,使用减推力起飞的意义：安全性：安全性的提高得益于发动机可靠性的提高，减推力可以减小起飞过程中发动机停车的概率，同时，也可以减小发动机空中停车率。经济性：减推力起飞可以直接减小发动机运行成本，包括减小维护成本和减小部件替换率，提高签派可靠性。,实际中，如有可能，应尽量选择减推力起飞。,122,减推力起飞（ReduceThrustTakeoff）可分为两种方法：减功率（减额定）减推力起飞-Derate假设温度法减推力起飞-AssumedTemperature,1减功率减推力起飞。-DerateMethod减功率减推力起飞的实质是将发动机看作一个较小功率的发动机，其最大功率（较减功率前小）在该次起飞中不许超越。,减功率减推力起飞在确定起飞性能时，必须使用和相应功率相对应的起飞性能图表,123,124,减功率减推力起飞没有运行限制。只要飞机性能允许，任何情况下均可使用。特定情况下可以提高跑道限重。-短道面-湿道面和污染道面,原因：减功率可以导致较小的地面最小操纵速度Vmcg,减额定跑道限重,全额定跑道限重,125,Wmax,全推力EPR,Wmax,W实际,T实际,T假设,T实际,T假设,全推力EPR,减推力EPR,2假设温度法减推力起飞。-AssumedTemperatureMethod,假设温度：把实际起飞重量看作最大起飞重量，对应的气温。,假设温度法减推力起飞：把实际起飞重量对应的温度（假设温度）来设定推力（即假设温度下的最大推力），而以实际温度起飞的方法。,126,2）减推力调定值的确定,由假设温度确定减推力调定值,把与假设温度相对应的最大起飞推力设置值作为减推力起飞的起飞推力设置值。若以假设温度起飞，使用起飞推力，则实际起飞重量恰好为最大起飞重量，符合场道和航道爬升要求。,最大假设温度和最小假设温度,性能限制的最大假设温度,最大减推力限制的最大假设温度,最小假设温度,127,3)减推力起飞的安全水平,相同EPR(N1)下，由于实际温度比假设温度低，实际温度对应的推力大,相同表速下，由于实际温度比假设温度低，实际温度的真速小,以假设温度确定起飞推力，以实际温度起飞的安全水平大于以假设温度确定起飞推力，以假设温度起飞的安全水平。,128,4)限制要求,使用假设温度法减推力起飞，减推力的最大值不得超过25%，减推力后的油门不得小于最大上升油门。,当跑道处于积水、积冰、积雪等状态，飞机处于任何非标准的起飞形态（刹车防滞系统不工作、动力管理装置不工作），不能使用减推力起飞。,使用减推力起飞的过程中，当一发失效后继续起飞时，应立即把未停车发动机油门加到当时条件的最大起飞状态。,定期对最大起飞推力状态进行检查。,129,例：飞机实际起飞重量50000KG，起飞襟翼5，计算某机场实际气温10、气压高度1500ft、无风条件下的最大假设温度和最小假设温度；若假设温度取40，试确定减推力调定值及起飞速度。,步骤：根据实际起飞重量确定性能限制的最大假设温度确定25减推力限制的最大假设温度确定最小假设温度根据选取的假设温度确定减推力调定值根据假设温度和实际起飞重量确定出V1/VR/V2，必要时检查V1MCG,130,起飞分析表的使用,波音的起飞分析表大致分为三部分，最上面是题头中间为正文最后是说明。,题头,正文,说明,131,起飞分析表题头,132,起飞分析表说明,133,起飞分析表正文,条件：B737-700飞机，关引气，成都双流机场02号跑道，温度35度，逆风10节。确定最大允许的起飞重量和相应的起飞速度。不考虑改进爬升。,134,查表步骤,A、查表得出爬升限制重量为：140500磅。B、根据温度和风分量查出起飞数据为：1480*/34-35-39，即障碍物限制起飞重量为148000磅，V1-VR-V2为134-135-139节。C、比较A和B以及B737-300飞机的结构限制最大起飞重量148000磅，选最小值140500磅为该条件下的起飞重量，V1-VR-V2为134-135-139节。,135,MTOW=55700KG,性能限制的t假设MAX=41.5,136,最大减推力限制的t假设MAX59,137,最小假设温度27,最大起飞N1值92.8,假设温度范围为：2741.5,138,N1%减小量4.6%,减推力起飞N192.8%-4.6%88.2%,139,根据起飞重量50T和假设温度40，利用起飞速度图查出起飞的V1/VR/V2=131/133/138,140,25污染道面上的起飞性能,湿跑道(WetRunway),污染跑道（Contaminatedrunway）,道面完全湿透（Pavementthoroughlysoaked）表面发亮（Shinyinappearance）积水厚度小于1/8英寸(3mm),超过25%的使用道面被厚度超过1/8英寸(3mm)的积水或融雪（slush）覆盖积雪或结冰,其中：融雪、积水、积雪跑道影响飞机的加速/减速能力结冰、压紧的雪、湿跑道只影响飞机的减速能力,1定义,141,进一步