民用航空飞机减推力起飞使用方法探究

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　　摘要：本文对航空飞机减推力起飞功能进行了介绍，包括减额定减推力起飞及灵活温度减推力起飞，并对主要民用航空公司灵活温度减推力起飞的使用方法进行了对比、分析，阐述了各使用方法的优、缺点。
　　关键词：减推力起飞；减额定；灵活温度；拐点温度；油门杆；自动推力
　　1.概述
　　推力管理是根据最优指标下的推力性能模型与算法，在飞机从起飞到着陆的全过程中，实时地完成对发动机推力的控制以及对推力的管理，包括推力等级选择、推力等级限制值计算、减推力计算、自动油门、推力配平和推力指引等内容。推力管理是完善飞行管理、提高飞行性能的一种重要手段，对节省燃油、降低飞行成本也具有深远的意义，因此很多飞机采用了一个与之相适应的系统（推理管理系统）来实现对推力的管理措施。
　　发动机在起飞和爬升阶段的大推力状态下工作时，对其使用寿命影响很大。在飞机实际起飞重量小于最大起飞重量时，一般采取降低发动机推力起飞-减推力起飞。采用减推起飞可以降低排气温度，既可以节省燃油，更有益于延长发动机的使用寿命，提高发动机工作的可靠性和降低维护成本。因此，减推起飞功能是推力管理中的重要组成部分。
　　2.减推力起飞分类
　　目前民用航空公司普遍采用的减推力起飞有两种方式，即减额定减推和灵活温度减推。
　　2.1 减额定减推
　　减额定减推是将起飞推力设定成几个固定值，见图1 a）。起飞前飞行员根据当时飞机的载重情况选择合适的减推起飞等级。这种方式的优点是避免飞行员在飞机起飞时进行复杂的发动机状态设定。缺点是根据适航的要求，每一个推力等级需要进行单独的适航验证。
　　减额定起飞相当于对同一个发动机设定了几个不同的最大起飞状态，按适航要求，需对每一个设定的最大起飞状态进行考核，如环境试验（吞鸟、吞水）、风扇叶片包容试验、持久试车等，极大的增加试验任务量，对吞大鸟、风扇叶片包容性等结构完整性试验，需增加试验用发动机数量，极大的增加了试验成本。
　　2.2 灵活温度减推
　　某些发动机起飞状态与环境温度相关联，大气温度低于拐点温度时，发动机推力与大气温度无关；当大气温度超过拐点温度时，为保持排气温度不超温，发动机推力随温度升高降低发动机推力。灵活温度减推就是基于该原理，见图1 b），人为将发动机工作时的环境温度设置提高，高于拐点温度，使发动机的推力低于额定值。
　　灵活温度法的缺点是飞行员需要查表计算所需的灵活温度，与等级减推法相比较为复杂。其优点是降低系统设计难度，并且只有一套操纵和性能限制值，不需要额外的增加试验工作量。
　　采用灵活温度减推的整个飞行过程中，可以根据需要随时上推油门杆使用最大起飞推力。
　　2.3 小结
　　灵活温度减推力起飞以及减额定减推力起飞，都可以满足飞机减推力起飞的需求，两者没有明显的优劣。目前空客系列的飞机采用灵活温度减推或减额定减推起飞的方式。波音系列的飞机采用减额定减推和灵活温度减推的方式，飞行员可选择采用减额定或灵活温度减推，或在减额定基础上同时采用灵活温度减推。
　　3.空客与波音公司灵活温度减推起飞使用方法
　　空中客车（以下简称空客）与波音公司虽然都采用了灵活温度减推，但两家公司灵活温度减推方案却存在较大差异。
　　3.1 空客公司灵活温度减推方案
　　空客飞机发动机的操纵是通过驾驶舱位于中央操纵台上的油门杆手柄、控制电门以及相应的显示器来实现的。
　　起飞前机组需要在多功能控制显示组件中输入减推力起飞的灵活温度。起飞时，将油门杆前推（机组手动）到灵活温度起飞/最大连续卡位。当油门杆进入灵活温度起飞/最大连续卡位时，自动推力系统自动衔接（但并不工作），此时发动机由机组通过油门杆控制，工作在减推力起飞推力上。
　　3.2 波音公司灵活温度减推方案
　　波音公司发动机操纵部件包括油门杆、油门杆解算器、发动机启动手柄和电门、推力杆连锁电磁活门。机组通过油门杆控制发动机状态。
　　波音公司发动机油门杆未设计卡槽，正推杆的最下端为正推慢车位置、最前端为最大起飞/复飞位置，油门杆既可以人工移动，也可以由自动油门伺服马达（由自动飞控负责）推动。
　　在起飞时，机组将油门杆推至最大起飞/复飞位置；在起飞结束后，机组将油门杆拉至爬升状态对应的油门杆角度位置；空中巡航时，在正推慢车和爬升之间按需调节。自动驾驶时，上述操作由油门伺服马达驱动油门杆进行，机组通过按压油门杆上的按钮脱开自动油门系统，转为人工控制。
　　因减推起飞需自动飞控控制油门杆角度，所以只有在自动驾驶时可以使用。
　　起飞前机组需要在多功能控制显示组件中输入减推力起飞的灵活温度。在得到允许起飞的指令后，机组按压油门杆上的最大起飞/复飞电门，油门杆将自动前推到相应减推力位置。此时，虽然油门杆未达到最大起飞/复飞位置，但在发动机显示器上推力方式显示最大起飞/复飞。
　　3.3 空客与波音的对比分析
　　灵活温度减推起飞基于发动机设计中的拐点温度，但空客、波音两家公司采用了不同的灵活温度减推起飞方案，差异在于两家公司自动驾驶系统，或者可以理解为油门杆设计的理念不同。
　　空客公司在油门杆设置了卡槽，卡槽与发动机状态一一对应，按顺序依次为“最大反推-最小反推-最小正推-最大爬升-最大连续/减推起飞-最大起飞”。手动驾驶模式下，机组可以快速、准确的将油门杆调整至预定位置。自动驾驶模式下，油门杆不能自动移动，起飞状态转为爬升状态时仍需机组手动调整油门杆位置，巡航状态解除自动驾驶时，需要先将油门杆位置调整至与当前实际状态一致。
　　该方法的优点是避免在起飞、爬升时，由于油门杆驱动装置故障，造成推力减少的情况，缺点是增加了机组的工作量。“最大连续/减推起飞”一个卡槽对应两个状态，两个状态的触发出现故障，同样会造成推力异常。
　　“减推起飞”卡槽位于“爬升”和“起飞/复飞”之间，虽然与常规理解一致，即减推起飞只是减少了一部分推力进行起飞，同时，爬升阶段推力比起飞阶段需求小。但是，如果只设定了减推起飞，没有设定减推爬升的情况下，存在实际减推起飞推力小于爬升推力，此时，在起飞结束后，会出现拉杆反而推力增加的情况。
　　波音公司的發动机油门杆未设置卡槽，只有最大、最小两个位置。手动模式下，机组调整发动机至除慢车、最大起飞的特定状态较难。自动驾驶模式下，油门杆由专门的伺服马达驱动，无需人工参与，机组可以随时按压按钮解除自动驾驶。
　　“减推起飞”采用的减少起飞时油门杆角度，实现发动机达到减推起飞的发动机状态，不影响油门杆角度-发动机推力的单调线性关系。较明显的缺点是增加了作动机构，同时就增加了故障风险，因此，在起飞阶段，需对伺服马达进行锁定。如果作动机构出现故障，会出现推力异常情况。
　　4.结论
　　本文对飞机减推力起飞功能进行了阐述，针对其中的灵活温度减推力起飞，通过对比研究空客与波音公司的使用方法，分析了各自存在的优缺点。两种方法均能有效实施灵活温度减推力起飞功能，且都具有非常成熟的使用经验。目前我国正在积极开展大型客机的研制，考虑到减推力起飞的收益，可以参考空客及波音公司的使用方法，并根据实际使用需求，开展减推力起飞相关设计。
　　参考文献
　　[1] 钱峰.使用减推力起飞的必要性.滨州学院学报，2016.
　　[2] 孙鹏.大型飞机推力管理功能研究.民用飞机设计与研究，2012.
　　（作者单位：中国航发沈阳发动机研究所）
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