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——国航飞行技术管理部 顾凯 通常来说，关于起飞性能的各种算法都隐藏在起飞性能图表、PEP 或者Flysmart+ 软件的后面。飞行机组需要掌握和使用的是在正常和非正常情况下如何查询起飞、着陆性能， 并按照相关标准流程执行以安全地完成飞行实施。但在航班生产运行中，一些关于起飞性能分析的问题总是困扰着我们， 比如：为什么起飞重量明明只变化了一点，但起飞的速度却发生了较大的变化？为什么在某些起飞重量下，起飞速度会很小？ 本文将围绕以上问题，针对起飞性能分析中空客公司推荐、运营人实际使用的标准和改进两类方案进行介绍说明。  以上图表内容是空客对一些常用速度定义进行的描述，同时，根据《运输类飞.机适航标准》（CCAR-25）25.107条款中的要求，包括但不限于： （一）Vr≥V1≥Vmcg （二）Vr不得小于下列任一速度： i.V1； ii.105%Vmca； iii.使飞机在高于起飞表面10.7米（35英尺）以前速度能达到V2的某一速度； iiii.某一速度，如果飞机在该速度以实际可行的最大抬头率抬头，得到的Vlof将不小于全发工作Vmu的110%，且不小于按单发停车推重比确定的Vmu的105%。 （三）V2需满足所需的爬升梯度，且不得小于： i.V2min(≥1.13Vs1g、大于等于1.10Vmca）； ii.Vr加上在达到高于起飞表面10.7米（50英尺）高度时所获得的速度增量。 从上面的几个定义可以看出，V1/Vr/V2并非一个确定的值，而是满足一系列要求的，比如：越障、刹车能量、可用刹车距离等因素，可选速度范围。 对于V1，主要考虑爬升越障和加速刹车距离等因素（如图一）。如果选择较大的V1除了可以将“更多可能发生的故障留在地面处理”以外，飞机可以获得更大的越障能力；如果选择较小的V1值，则更加有利于在安全距离内刹住飞机。  对于V2，主要受二阶段爬升越障的因素限制，根据《运输类飞机适航标准》（CCAR-25）25.121（d）条款的要求，双发飞机定常爬升梯度不得小于2.1%，且爬升速度不得大于1.4Vsr（基准失速速度）。  那么假定在发动机推力一致的情况下，V2的选择会在大致1.13Vs1g和1.41Vsr之间变动。而在主要受二阶段爬升越障和可用起飞距离因素的约束限制下，V2的选择会因为随之带来的剩余推力的变化，给飞机带来不同的爬升越障能力。 上升梯度的公式： 上升梯度=（T-D）/W * 100% （T为发动机推力、D为阻力、W为飞机重量） 从公式可以看出，在飞机重量和发动机推力一定的情况下，阻力越小爬升梯度越大，也代表着越障能力的增加，这也是在起飞性能计算中的关键考虑因素。（如图三）  空客公司在给各运营人的服务信息里也阐明了以下的几点起飞性能计算过程基本逻辑，且适用于PEP以及Flysmart+： i.起飞性能数据计算是在符合各类规章及满足性能要求的前提下的一个优化过程； ii.空客的性能计算围绕V1/Vr和V2/Vs1g这两个数值展开，以确定基于性能的最大起飞重量MTOW（perf）; iii.在以上两个软件里，性能计算使用一个命名为OCTOPUS的系统，这个系统对于优化的V2/Vs1g、选定的V1/Vr以及一个给定的TOW，依据以下的流程进行计算： （a）一个给定的TOW确定一个Vs1g； （b）一个给定的V2/Vs1g确定一个V2； （c）一个给定的V2确定一个给定Vr； （d）一个给定的V1/Vr确定一个给定的V1。 iv.OCTOPUS系统使用两套提供给运营人的算法进行性能计算，分别为标准算法（standard algorithm）和改进算法（improved algorithm）。 标准算法是公司现在性能计算选用的算法，这套算法总会选择范围内最小的V2/Vs1g值。同时，在确定Vr后会以{0.84、1}的系数范围来确定V1min和V1max值，因为V1速度不能大于VR，且V1速度小于0.84*Vr时会导致起飞距离过长，因此在起飞性能图表上，使用V1average（V1average=（V1min+V1max）/2）来确定V1值（如图四）。 标准算法的这个总是选择范围内最小V2/Vs1g值的特点，就是直接导致文章开头所述问题的根本原因，接下来会在第六点进行详细介绍。  为了计算实际起飞重量下的ATOW的最佳速度，改进算法总是计算给定条件下的基于性能的最大起飞重量MTOW（perf）。这就意味着，这套算法不会如标准算法一样产生一个范围来取最小的V2/Vs1g值和V1average，而是计算出确定的V1、V2值。根据第三点的内容，在改进算法中，V2/Vs1g值会更加靠近1.4的值从而获取较大的爬升梯度、V1/Vr值也会更加靠近1。（如图五）  完成了以上内容的介绍，那么最初提到的两个问题：“为什么起飞重量明明只变化了一点，但起飞的速度却发生了较大的变化？为什么在某些起飞重量下，起飞速度会很小？”是什么原因导致的呢？ 我们把外界温度（OAT）和公司采用的标准算法这两个因素叠加进起飞重量(TOW)图表(如图六）：  在标准算法图表中，因为算法逻辑总是选择范围内最小V2/Vs1g值，因此随着灵活温度FLEX选择变化，可能在某一重量速度出现较大的跳变。比如，在FLEX60曲线上，随着TOW的增加，在V2/Vs1g值达到1.26时达到最大起飞重量。之后随着TOW进一步增加，FLEX60曲线不能满足时，那么此时的V2/Vs1g值会落在FLEX58曲线上，且会因为标准算法的逻辑，而跳变至更接近1.13Vs的较小的V2/Vs1g值处。根据OCTOPUS的系统的计算流程，较小的V2导致较小的Vr，因此在这种情况下也选定了较小的V1average。 而通过改进算法的逻辑（上图右侧），因为它总是选择基于性能的最大起飞重量MTOW（perf）处的V2/Vs1g值，从而导致在ATOW增加时，不会出现较大的V1、V2值的跳变。 图七、图八是Flysmart+软件基于标准、改进两种算法，在相同气象和外界条件下，分别选取起飞重量60.3T和60.4T的起飞性能数据对比。这也能证明通过PEP软件的计算的，即使在如此微小重量变化情况下的，数据出现跳变的原因。   前文提到的两种算法都是遵守规章及性能要求的，无论是通过PEP软件计算亦或是使用Flysmart+软件都能得到保证安全的起飞性能数据。 短期来看，可能更多的运营人依然会使用标准算法和基于此的V1、V2选择；从中、长期来看，空客将会逐步撤出FCOM和MMEL中的性能数据，在可选的Flysmart+软件使用中，更多的运营人会逐步完成起飞性能数据从标准算法到改进算法的转变。 ——本文源自《飞行员》杂志2022年第4期 总第114期 |
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