航空器起飞性能分析

航空器起飞性能分析
【摘要】航空器的飞行活动中起飞阶段虽然只占很小一部分，但事故率缺高达16%，这是因为在起飞阶段受到的性能影响因素较多，造成了起飞阶段的复杂性。

起飞性能决定了飞机最大允许的起飞重量，直接影响到了航空器最大业载，从而影响航空器运行的经济性。

本文对航空器起飞性能及影响因素进行了分析。

【关键词】航空器；起飞性能；民航事业；起飞安全
现代民航飞速发展，随着中国民航事业由民航大国向民航强国迈进，旅客服务质量要求不断细化、提高，民航飞行的安全性和经济性兼顾发展，民用航空器的起飞性能显得十分重要。

航空器的飞行活动中起飞阶段虽然只占很小一部分，但事故率缺高达16%，这是因为在起飞阶段受到的性能影响因素较多，造成了起飞阶段的复杂性。

起飞性能决定了飞机最大允许的起飞重量，直接影响到了航空器最大业载，从而影响航空器运行的经济性。

为了保证起飞安全在起飞性能计算中要考虑多种限制，如跑道场地限制，起飞第一阶段、第二阶段及最后起飞段爬升梯度限制，轮胎速度限制，刹车能量限制，超越障碍物能力限制，地面及空中最小操纵速度限制，结构强度限制，最低离地速度限制，最大着陆重量、航路条件，跑道道面污染情况及跑道强度等；以及影响这些限制的因素，主要是三个方面的因素，即飞机方面如襟翼偏度、空调、防冰的使用和刹车工作情况，气象方面如风速风向、气压高度和温度等，机场方面如跑道长度、坡度、标高、净空条件等。

这些
都决定了起飞性能计算的复杂性。

起飞性能计算分析的目的是为了保证飞机的起飞安全和提高经济性，计算的内容主要是根据各种限制并计入有关影响因素，针对具体机型确定最大允许的起飞重量，以检查实际起飞重量，确定要求的起飞推力大小，并针对实际起飞重量求出主要的起飞速度，特别是v1起飞决断速度，vr起飞抬前轮速度，v2起飞安全速度，以保证起飞飞行安全并达到预期的起飞性能。

场地长度限制，主要有三方面的要求：它们是起飞距离、起飞滑跑距离和中断起飞距离。

一、干或湿跑道的场地长度限制的起飞距离，干跑道要求的起飞距离是一发停车继续起飞的距离和1.15倍全发起飞距离中的较长的距离；湿跑道要求的起飞距离是干跑道求出的起飞距离和一发停车继续起飞的起飞距离（起飞结束高度为15英尺），两者中较长的距离。

滑跑距离，干跑道（有净空道）要求的滑跑距离是一发停车时继续起飞的滑跑距离和1.15倍全发起飞滑跑距离中较长的距离，湿跑道（有净空道）要求的滑跑距离是一发停车继续起飞滑跑距离和1.15倍全发滑跑距离中较长的距离；干、湿跑道（无净空道）无论干、湿跑道，这时要求的滑跑距离都等于起飞距离，所以在湿跑道时，净空道不会有帮助。

中断起飞距离，干跑道要求的中断起飞距离是一发停车中断起飞距离和全发起飞中断起飞距离中较长的距离；湿跑道要求的中断起飞距离是以下三种中断起飞距离中的较长者：干跑道起飞距离，
湿跑道一发停车中断起飞距离，湿跑道上全发中断起飞距离。

场地长度限制起飞重量的计算和查取，为了符合运行中实际工作的需要，场地长度限制的起飞性能是按已知机场条件及跑道长度，及大气、飞机构形等计算出满足三种起飞情况场地限制的最大允许起飞重量；得到场地限制最大起飞重量有积分计算法，查图表方法。

场地长度限制最大重量的因素，主要有气象方面：风速风向、温度、气压高度；机场方面：跑道长度、标高、跑道坡度；飞机方面：空调、防冰的使用、刹车系统、防滞系统有无故障，以上这些因素是不可选的外界因素。

可选的影响因素有襟翼位（置偏度大小）v2和v1。

风速风向的影响，风速影响起飞时的地速，起飞距离在逆风时减小，顺风时增加，所以最好大在逆风中起飞，为了安全裕度大一些计算风速时有利的逆风风速按一半计算，不利的顺风风速则按预报风的1.5倍计算。

气压高度的影响有两方面，气压高度增高时，空气密度降低，为使飞机离地，升力等于机重要求更大的速度，使滑跑距离增长，另一方面气压高度增高，发动机推力降低，也使滑跑加速度减小，使滑跑、起飞距离增长，对已知机场则降低了场长限制的最大起飞机重。

外界温度的影响与气压高度影响相同，当温度增高时，一方面使空气密度降低，要求的离地速度增大，从而要求更长的滑跑距离，另一方面当温度高于发动机的参考温度时，温度越高，推力下降越
多。

总之，温度增高减小了场长限制的最大起飞机重。

跑道坡度的影响，起飞时跑道坡度如是上坡，则会增长起飞距离，从而减小全发和一发停车起飞的最大起飞机重，下坡则反之；但对于中断起飞，在加速段上坡不利，在减速停止段则是有利的，综合考虑还是上坡不利，下坡有利，只是影响不如全发和一发停车起飞时影响大。

跑道长度的影响，跑道分跑道、净空道、安全道。

跑道越长显然对三种起飞情况都有利，必然增大场长限制的最大起飞重量。

净空道会改善全发和一发停车的起飞，但只有有效的净空道长度才有用，而且受滑跑距离的限制，安全道只对中断起飞有利，所以净空道、安全道是否一定增大最大起飞重量要看三种起飞情况而定。

机场标高的影响体现在机场的气压高度上。

防冰、空调的使用使发动机可用的起飞推力减小，会减小最大起飞机重。

刹车、防滞系统这两种系统对中断起飞至关重要。

显然，如果防滞系统不工作，必将增长中断起飞距离，有的机型起落架不只一套刹车组件，可以允许在一套刹车组件不工作时仍可起飞，但也会增长中断起飞距离。

至于是否会减小最大起飞重量，则要看在该具体情况下，是否是受中断起飞情况的限制。

襟翼位置影响，在相同迎角下，襟翼偏度越大，翼型的弯度增大，升力系数增大，所以起飞时襟翼偏度越大，升力系数越大，要求的离地速度减小，从而缩短了起飞滑跑距离。

对于规定的跑道长度，也就增大了最大起飞机重。

襟翼偏度增大，使升力系数增大的
同时也增大了阻力系数，这是对起飞不利的，但在一定的襟翼偏度范围内（厂家规定的几种起飞襟翼位置），襟翼偏度越大，最大起飞机重越大。

刹车能量限制重量，飞机在中断起飞时要使用包括刹车在内的减速措施。

刹车系统通过吸收飞机的动能，使飞机减速，但是必须通过用磨损范围不超过10%的刹车进行试验中断起飞，并得出允许的最大吸收能力，在刹车使用过程中不能被超过，否则会损坏刹车，也直接影响到飞机的起飞性能和安全，所以需要对刹车能量限制要求进行检查。

轮速限制重量，飞机在起飞滑跑中，机轮高速转动，如转动过快，离心力过大，轮胎会因张力过大而破坏。

为防止轮胎高速转动时发生破坏，对轮胎规定了使用的地面限制速度，一般民用喷气机每种机型都有两种或以上不同限制速度的轮胎可选用。

起飞飞行航迹和有关的限制，起飞中有一台关键发动机停车时，为保证起飞飞行安全，规定从起飞结束到开始航路爬升间的过渡阶段的飞行方法，称作起飞飞行航迹，在这一段飞行中要检查一些限制；主要有第一二及最后爬升段爬升梯度限制和超越航路上的障碍物的限制。

越障限制。

为了保证飞行安全，应考虑最不利的起飞飞行情况，即一台关键发动机停车情况下，飞机能安全越过起飞净空区的所有障碍物，安全越过的具体要求是起飞飞行净航迹要至少高出障碍物10.7米（35英尺）。

障碍物位置和高度不同会影响到起飞飞行航迹各段的长短和高度，近距离的障碍物通常在第二爬升段越过，则第二爬升段要有足够的梯度，对中等距离的障碍物在平飞加速段越过，则决定了该段的高度，该高度应在400英尺与最大改平高度之间选定，对于远距障碍物则需要在最后爬升段越过。

当中距离障碍物的高度超过了飞机的最大改平高度时，可以采用延长的第二爬升段越过。

最大改平高度是按照规定的起飞推力允许使用时间内（5或10分钟）刚好完成平飞加速段可能达到的该段高度。

总之，越障计算必须计算出飞机的起飞飞行净航迹，对障碍物进行检查，如果不能安全越过，有三种方法可以考虑，即采用较小的襟翼偏度、改进爬升方法和减小起飞机重。

飞机在污染道面上的起飞性能，污染道面是指湿滑道面或跑道上有积水、积雪、积冰以及其他沉积物的跑道。

污染跑到会引起轮胎与道面间的摩擦系数下降，刹车效率降低，同时给滑跑中的方向控制带来困难，以及产生滑水现象。

起飞性能的优化，及改进爬升爬升的应用；当爬升限制的起飞重量小于场地长度限制的起飞重量和结构限制的起飞重量时，可以用改进爬升法爬升以增大爬升限制的起飞重量。

如此时，又受到障碍物限制，也可用改进爬升法改善爬升能力。

起飞重量由第二爬升段梯度和（或）障碍物限制时，表明可用起飞跑道长度没有被完全利用，第二段爬升限制的起飞重量以v2爬升，并按far-25规定的梯度值确定的。

v2速度并非最大爬升速度对应的速度。

如能增大爬
升速度，还可以增大爬升梯度，或者保持原爬升速度，则可增大起飞重量。

前者可用于改善越障能力，后者用于不受障碍物限制时（如受第二爬升段梯度限制）增大起飞重量，增加业载改善经济性。

爬升速度增大，相应的v1和vr都要增大，从而使起飞距离增长，起飞速度增大，爬升限制的最大起飞重量增大，爬升限制的最大起飞重量增大，而场地长度限制的起飞重量减小，直到飞机在可用跑到端头正好完成起飞止。

此外，增大的起飞重量不应超过结构限制的起飞重量。

所以航空器起飞性能受场长、越障、爬升梯度等等多方限制，而这些限制又被多重复杂的因素影响；在现代民航飞速发展的当今，民用航空器的安全运营，飞行员必需全方位思考，对飞机的起飞性能做出准确判断。