起飞性能限制介绍

胡飞宇 · 发表于 2012-8-13 09:51:36

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起飞性能是飞机最重要的性能，尤其是对B737-300/500这样性能较复杂的机型。对于弄懂B737-300/500性能的飞行员，其他波音机型的性能自然不在话下。

飞机都有使用极限。超出极限是未经审定的，也是不安全的。最大允许起飞重量不得超出审定极限，结构极限，性能极限和使用极限中的任何值。审定极限和结构极限一般相同，性能极限要根据起飞的外界条件查表确定，使用极限则要再根据整个飞行过程来确定。超过极限范围的操作未经过测试，会造成结构性损坏，并且是被禁止的和违法的。

审定重量极限包括最大允许滑行重量(结构极限)，最大允许起飞重量(结构极限，性能极限)，最大允许着陆重量(结构极限，性能极限)，最大允许无燃油重量(结构极限)。

最大允许起飞重量必须能保证飞行员有作出走/停决策的能力，尤其是在一台发动机失效时，保证在跑道终点前停机，或者保证飞机能安全起飞，爬升和越障。

性能极限包括跑道长度限制，爬升梯度限制，越障限制，刹车能量限制，轮胎速度限制及最小操纵速度限制。所需要的外界条件包括跑道特点(长度、坡度、停止道、净空道)，大气状况(压力高度、温度、风向/风速)，飞机形态(额定发动机推力、襟翼位置、状态偏离表、最低设备清单等)，障碍物，道面状况(干、湿、污染)等。

一、跑道长度限制的起飞重量

审定条件包括全发性能，一发失效性能，并且在中断起飞时不列入反推。这样，跑道长度极限就必须保障飞行员能够安全地起飞，继续起飞或者中断起飞。全发工作时所需的跑道长度最短，飞机很容易达到35英尺高度，起飞安全速度V2及2.4%的起始爬升梯度，而在跑道头达到更高的高度及更大的爬升梯度和速度。但跑道长度最低要求与此相比，还要长15%，为一发停车时继续起飞或中断起飞作准备，这就是FAR跑道长度。V1速度时在此跑道上进行中断起飞，发动机失效后1秒钟采取减速动作，可保证飞机中止在跑道头，或者继续起飞，单发加速到抬轮速度，采取规定姿态，可保证飞机在跑道头达到规定的高度、速度和爬升率。

上述情况下，继续起飞距离与中断起飞距离相等，称为平衡跑道。在V1速度进行继续起飞或中断起飞时，平衡跑道使这种决断存在较高的技巧，因而成为模拟机训练的重要科目。但当两个距离中一个较长时，就成为不平衡跑道，此时的最大允许起飞重量由较短的一个决定，从而增加了另一种决断的安全裕度。最大起飞重量不由跑道长度决定时，也是不平衡跑道，这时的中断起飞和继续起飞的安全裕度就更高了。

波音公司提供的QRH上的速度表，是根据不同重量下的平衡跑道计算出的速度排列的，相对于跑道长度较长，可以使起飞更具有安全性。

对于较短跑道，可以使用安全道(停止道)和净空道，用来增加起飞的安全裕度。

安全道，就是一种道面，对称设置在跑道中线的延长线上，宽度不小于跑道宽度，道面强度足以支持中断起飞时飞机的重量，而不致造成结构损坏。安全道仅供中断起飞时飞机减速滑跑用。中断起飞距离不大于跑道长度与安全道长度之和。

净空道不是道面，而是一个净空面，对称设置在跑道中线的延长线上，宽度不小于500英尺，其净空面从跑道端开始，以不超过1.25%的坡度向上延伸，除在跑道前端两侧处有不大于26英寸高的跑道灯外，没有任何地形或障碍物穿越此净空面。净空道仅供飞机飞越。继续起飞距离不大于跑道长度与净空道长度之和。当发生继续起飞时，飞机离开跑道头的高度可能只有15~20英尺，在满足2.4%的最小爬升梯度的要求下，穿越净空道后，可以达到35英尺的起飞安全高度。可见，净空道是有限的，一般只有几百英尺。

由《B737-300/500使用手册》(第三册)23.10.12可以查得跑道长度限制的起飞重量，首先在图左边找到外界温度，由此出发，直线向上至机场气压高度线，再水平向右与垂直的参考线相交，分别沿倾斜的引导线向左下或右上作斜线，等待与跑道修正线相交；然后从右边底部跑道长度值出发，向上经跑道坡度修正，顺逆风修正，襟翼5 ，然后垂直向上，直到与上面的斜线相交，再从交点向右作水平线，即查得跑道长度限制的起飞重量。也可以查实际起飞重量所要求跑道长度，这里不作说明。应注意是否还需要动力管理控制关修正和组件关修正及发动机防冰开修正。

在较短跑道上起飞，可以采用关闭空调引气的方法，增加起飞重量。不推荐采用增大起飞襟翼设定，虽然这可以降低起飞速度和缩短滑跑距离。

二、爬升梯度限制的起飞重量

起飞爬升极限必须能保证继续起飞的安全。起飞爬升极限表现为爬升梯度和爬升率。爬升梯度为单位时间上升的高度与飞过的水平距离之比，或者是剩余推力(推力减阻力)与飞机重量之比，2.4%是FAR规定的双发飞机最低要求。实际飞行中的垂直速度表反映的爬升率则是单位时间飞机上升高度，一般使用英尺/分。2.4%爬升梯度对应的典型爬升率是在V2=150kt时的364英尺/分。

《B737-300/500使用手册》(第三册)23.10.14的起飞性能爬升限制图上，根据外界温度，机场气压高度，襟翼5可直接查得爬升限制重量，其数值比跑道长度限制要小，主要原因在于B737-300/500的发动机剩余推力较小。这里也应注意是否还需要动力管理控制关修正和组件关修正及发动机防冰开修正。

爬升梯度限制可通过增加剩余推力来增大，即关闭空调引气。出于安全的原因，为防止擦尾，公司不推荐采用减小起飞襟翼设定，尽管这能减小起飞阻力，增大剩余推力，而且，襟翼设定太小，也会增加滑跑距离。增大爬升梯度限制重量的另一个方法是采用改进爬升。

波音系列的飞机，当起飞的跑道长度限制重量大于爬升梯度限制重量时，表示在爬升限制下，跑道长度仍有剩余，可以在跑道头达到较大的爬升梯度，也可以在增大起飞重量的情况下在跑道头达到不小于规定的爬升梯度(双发飞机为2.4%),这时的起飞重量大于爬升限制值，称为改进爬升。

根据《B737-300/500使用手册》(第三册)23.10.20，进行改进爬升步骤如下：

1、由跑道长度限制重量减爬升梯度限制重量(这里不使用轮胎速度限制重量，因为B737-300/500轮速限制重量很大)，使用这个差值，查得爬升重量的改进值，加上爬升梯度限制重量，再与实际起飞重量相比较，如果还小，说明飞机要减载到最大改进爬升重量，并依此改进重量值查起飞速度增量。如果改进后大于实际起飞重量，则只取实际起飞重量与爬升限制的差值作为改进值，并查对应的起飞速度增量。

2、查起飞速度表得实际起飞重量的V1，VR，V2值，加上速度增量，为改进爬升后的V1，VR，V2。

改进的爬升极限重量总是小于跑道长度限制重量，以确保中断起飞时能在跑道终点前停机或继续起飞时在跑道终点前达到35英尺的高度。改进爬升的速度则较大，以确保至少获得最低的爬升梯度和越过所有障碍物的能力。

三、越障极限重量

越障极限重量必须保证继续起飞的安全和越过起飞航道下的所有障碍物。先引入几个梯度概念。总梯度，即实际梯度，由飞机性能得来；净梯度，即最小总梯度，双发飞机由总梯度减去0.8%得到。FAA要求飞机的净梯度必须超越航道下所有障碍物35英尺。

按襟翼5起飞，使用《B737-300/500使用手册》(第三册)23.10.16，根据障碍物到松刹车点的距离和高于跑道最低点的高度，可查出越障限制重量。

四、轮胎速度限制

轮胎速度限制重量必须保证飞机能够在地面上安全高速滑跑，直至取得所要求的离地速度。对B737-300/500飞机，使用225MPH轮胎，表示其最大地面速度不能超过225英里/小时或193海里/小时。使用《B737-300/500使用手册》(第三册)23.10.16，可以根据外界温度和机场气压高度，查得轮胎速度限制起飞重量。

五、刹车能量限制

刹车能量限制的起飞重量必须保证中断起飞的安全，即地面减速滑跑的安全。中断起飞时，大约50%的动能被刹车吸收，转换成热能。由于刹车吸收热能有限，如果超过刹车最大热容量，刹车会烧坏失效，飞机可能冲出跑道。刹车吸收热能达到极限值的地面滑跑速度所对应的起飞重量就是刹车能量限制重量。

使用《B737-300/500使用手册》(第三册)23.10.19，只有当起飞重量和机场气压高度组合落在阴影区时，才需要检查刹车能量限制。

以上的五个限制中，一般只有跑道长度限制和爬升梯度限制起作用，并且可以通过改进爬升增大起飞重量。越障限制只在个别机场要检查。轮胎速度限制和刹车能量限制几乎不起作用。通常还要考虑着陆结构重量限制。在某些特殊情况下需要检查着陆跑道长度限制和复飞爬升梯度限制。参看《B737-300/ 500使用手册》(第三册)23.10.19和《B737-300/500使用手册》(第三册)23.10.19。