民用飛機假設溫度減推力起飛研究與仿真

華振

【摘 要】本文基于渦輪發動機通用特性的原理分析了假設溫度減推力起飛的理論依據，闡述了假設溫度減推力起飛方法的本質，設計了民機假設溫度減推力起飛的參數調定及計算方法，并以某民用運輸機為例，對其減推力起飛和正常起飛過程進行仿真研究和對比，證明了減推力起飛方案的安全性、可行性和經濟性，可為起飛策略的優化提供參考。

【關鍵詞】渦輪發動機通用特性；假設溫度 減推力起飛；仿真研究

0 前言

減推力起飛也稱靈活推力起飛，是指在一定的起飛條件和飛行環境中，在滿足飛機起飛安全性能的前提下，以相對于發動機正常起飛推力較低推力的起飛方式。假設溫度減推力起飛也稱靈活溫度起飛，是目前大型、重型民航飛機最常見的減推力起飛方式。在飛行安全條件允許情況下，采用減推力起飛可降低運行成本、延長發動機使用壽命、降低發動機空中停車率，進而提高安全管理水平。

1 假設溫度減推力起飛的原理

1.1 高涵道比民用渦扇發動機的溫度特性

高涵道比發動機在使用時為了防止熱端部件的超溫，常在高溫條件下對發動機起飛推力加以限制。某型高涵道比民用渦扇發動機的海平面溫度特性如圖1所示。

由此看見，當OAT≤T ，渦扇發動機在海平面機場可保持發動機起飛推力為Thrust，此溫度即為發動機在對應的大氣壓力下的推力平臺溫度。T是相同大氣壓力（機場）下可保持發動機起飛推力的最高大氣溫度。平臺溫度越高，說明該發動機的推力儲備越大，推力性能越好。

1.2 環境溫度OAT對起飛距離的影響

以某型民用運輸機為例，OAT的變化對不同起飛重量的飛機全推力起飛距離TOD的影響關系如圖2所示。起飛重量和環境溫度的增加都會增加起飛距離，因此如要保持起飛距離不變，在起飛重量與環境溫度中的任何一項增大時，必須控制另一項數值減小。此類圖線也是確定假設溫度的重要依據，由場長和起飛重量決定的最大允許的環境溫度T是實施減推力起飛時最高理論假設溫度。

1.3 假設溫度減推力起飛的本質

假設溫度T是一個向發動機控制系統輸入的溫度參考，并非發動機實際工作的溫度。假設溫度減推力起飛的本質是，控制系統按照輸入的假設溫度T查詢推力管理計劃表，獲得該溫度下發動機正常起飛推力的目標轉速相似值，在溫度相對較低的真實環境中，通過降低實際轉速來達到與高溫度下同樣的效果，將相似轉速調整到與假設溫度下一致的水平，這樣也就限制了發動機實際推力。

2 起飛推力參數調定

2.1 假設溫度的確定

實施減推力起飛需要確定的最重要的參數是假設溫度的值。其選擇可參考以下方法。

T為推薦選擇的假設溫度；T為發動機平臺溫度；K為動態系數，由飛機、發動機性能衰減情況、飛機附加重量的變化等情況確定，建議在0.4～0.8之間選擇；此外，應檢查T 選擇不可使發動機靈活起飛推力低于正常起飛推力的75%。

2.2 發動機的起飛工作參數計算

實施減推力起飛時，發動機實際工作參數可通過相似換算獲得。

3 仿真驗證

以某型民用渦扇飛機為例，利用數值仿真的方法對減推力起飛策略進行驗證。

起飛條件：無風海平面；標準大氣壓力；起飛場溫度OAT為20℃；起飛重量為295（1000kg），TODA=TORA=3000 （m），由圖2可知，該條件下的允許起飛最大限制溫度為T=40℃。選擇K=0.8，可確定假設溫度T=36℃。圖3顯示了數值仿真的結果，以該假設溫度實施減推力起飛的過程中，各主要參數的時間歷程，并與OAT=20℃的正常起飛的情況進行了對比。

根據以上仿真驗證可知，按以上方案實施減推力起飛，起飛距離、起飛速度、離地姿態、爬升梯度等各項性能均滿足適航規定，并且減推力值未超過25%，因此該方案是安全的。雖然減推力起飛會使飛機加速性能減弱，使用跑道長度增加，但同時也使發動機物理轉速均明顯降低、渦輪前溫度顯著減小，因而對于提高民機發動機使用和維護的經濟性是有益的。

4 結論

本文分析了假設溫度減推力起飛的原理和起飛推力參數調定的方法，并以某型民用大涵道比渦扇飛機為例，通過數值仿真驗證了該減推力起飛方案是可行和有益的，為民用飛機起飛策略的優化研究提供了參考。

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[責任編輯：楊玉潔]