ARJ21—700飛機(jī)起飛程序研究

摘 要：起飛程序是正常操作程序的重要組成部分，一個(gè)合理的起飛程序?qū)ΡＵ巷w行安全至關(guān)重要。文章通過三種機(jī)型起飛程序的對比分析，找到了ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序存在的三個(gè)問題，并對產(chǎn)生這三個(gè)問題的原因和帶來的影響進(jìn)行了深入分析。通過對起飛階段各種自動飛行模式變化的詳細(xì)論述，設(shè)計(jì)了一種全新的起飛程序。新的起飛程序在滿足局方規(guī)章和航空公司運(yùn)行要求的前提下，有效的降低了飛行員在起飛過程中的工作量，操作方法和理念與成熟機(jī)型的起飛程序更一致，能保障ARJ21-700飛機(jī)持續(xù)安全高效的運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：起飛程序；自動飛行；ARJ21-700飛機(jī)

引言

對于民航飛機(jī)而言，起飛是整個(gè)飛行過程中比較關(guān)鍵的一個(gè)階段，起飛程序也是整個(gè)正常操作程序的重要組成部分。航空事故統(tǒng)計(jì)表明起飛的三分鐘是飛行事故的多發(fā)期，因此，一個(gè)合理的起飛程序?qū)ΡＵ巷w行安全至關(guān)重要。起飛階段兩名飛行員之間除了需要相互配合完成起飛動作和標(biāo)準(zhǔn)喊話之外，還要完成聯(lián)系A(chǔ)TC以及判斷外部條件變化對飛行操作的影響等工作，工作量大，心理壓力也比較大。因此，對于一個(gè)合理的起飛程序，在保障安全且滿足局方規(guī)章要求的前提下，應(yīng)盡量降低飛行員在起飛階段的工作量。

由于ARJ21-700飛機(jī)自動飛行模式設(shè)計(jì)方面的缺陷以及起飛過程中性能方面的一些限制，導(dǎo)致ARJ21-700飛機(jī)的起飛程序經(jīng)過多輪討論與修改，應(yīng)該說現(xiàn)行的起飛程序設(shè)計(jì)相對合理，邏輯上沒有明顯的漏洞，并能滿足局方規(guī)章和航空公司運(yùn)行的要求。但為了避免起飛過程中自動飛行模式變化帶來的影響，現(xiàn)行的起飛程序中要求：（1）起飛前不能待命自動油門（AT）；（2）起飛初始爬升階段不能跟隨飛行指引儀（FD）飛行；（3）減推高度之前不能接通自動駕駛儀（AP）。因此，對比成熟機(jī)型，ARJ21-700飛機(jī)的飛行機(jī)組在起飛階段的工作量更大，對飛行的安全造成不利影響。此外，由于起飛前不能待命AT，油門臺上也沒有設(shè)計(jì)靈活起飛推力（FLX）對應(yīng)的卡槽位，因此，一旦實(shí)施靈活溫度起飛（正常運(yùn)營后，航空公司考慮到經(jīng)濟(jì)性和發(fā)動機(jī)的使用壽命，大多數(shù)情況下都會選擇靈活溫度起飛），需要飛行員根據(jù)EICAS顯示器上的N1基準(zhǔn)值人工控制油門桿到靈活起飛推力對應(yīng)的位置，操作復(fù)雜，難度大，不易掌握。

在ARJ21-700飛機(jī)的空機(jī)驗(yàn)證階段，已有成都航的飛行員提出，希望在起飛前待命AT，以便起飛過程中利用AT控制油門桿，一方面降低起飛階段的工作量，另一方面也便于在正式運(yùn)營后實(shí)施靈活溫度起飛。

文章在對比ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序與成熟機(jī)型起飛程序的基礎(chǔ)上，通過對自動飛行模式的深入分析，旨在設(shè)計(jì)一種全新的起飛程序，在滿足局方規(guī)章和航空公司運(yùn)行要求的前提下，降低飛行員在起飛階段的工作量，保障ARJ21-700飛機(jī)持續(xù)安全高效的運(yùn)營。文章在論述過程中將涉及三個(gè)方面：（1）起飛程序?qū)Ρ确治?；?）起飛程序操作差異分析；（3）新的起飛程序設(shè)計(jì)。

1 起飛程序?qū)Ρ确治?/p>

起飛程序?qū)Ρ确治鲋猩婕叭N機(jī)型，即：空客320飛機(jī)、波音737飛機(jī)、ARJ21-700飛機(jī)。為了便于對比三種機(jī)型的起飛程序，在分析過程中根據(jù)相應(yīng)機(jī)型的起飛程序繪制了典型的起飛程序剖面圖，剖面圖中涵蓋了起飛過程中主要的動作項(xiàng)。其中，操作飛機(jī)飛行員（PF）的動作項(xiàng)位于剖面圖的上方，以實(shí)線框的形式標(biāo)出；監(jiān)控飛機(jī)飛行員（PM）的動作項(xiàng)位于剖面圖的下方，以虛線框的形式標(biāo)出。空客320飛機(jī)的起飛程序剖面圖如圖1所示，波音737飛機(jī)的起飛程序剖面圖如圖2所示，ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序剖面圖如圖3所示。

對比空客320飛機(jī)和波音737飛機(jī)的起飛程序，不難看出，ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序在總體的邏輯設(shè)計(jì)上與兩者比較接近，都可分為五個(gè)部分，包括：（1）滑跑階段，待兩臺發(fā)動機(jī)的N1值穩(wěn)定在某個(gè)固定值后，設(shè)定起飛推力，并進(jìn)行推力檢查和速度檢查；（2）起飛初始爬升階段，抬輪至15°后保持固定的空速爬升；（3）飛機(jī)到達(dá)減推高度后，將起飛推力減小到爬升推力；（4）飛機(jī)到達(dá)增速高度后，使飛機(jī)增速并收起襟縫翼至光潔構(gòu)型；（5）完成所有動作后，執(zhí)行起飛后檢查單（本項(xiàng)未在起飛剖面圖中列出）。

通過以上分析可以看出，ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序在邏輯設(shè)計(jì)上相對比較合理，也能滿足局方規(guī)章和航空公司運(yùn)行的要求。但相對空客320飛機(jī)和波音737飛機(jī)的起飛程序，ARJ21-700飛機(jī)起飛過程中飛行員的工作量較大，且一些操作方法與飛行員的習(xí)慣不一致，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：（1）起飛前不能待命AT，起飛過程中油門需要人工控制；（2）起飛初始爬升階段，不能跟隨FD指引飛行，需人工保持固定的空速；（3）AP接通的時(shí)機(jī)較晚（飛機(jī)到達(dá)減推高度且AT接通后才能按需接通AP）。

這三個(gè)操作方面的差異，額外增加了飛行員的工作量，對起飛過程中的安全也造成一定程度的影響。文章在“起飛程序操作差異分析”中將對這三個(gè)差異進(jìn)行專項(xiàng)分析，說明造成這些差異的原因以及帶來的影響。

2 起飛程序操作差異分析

2.1 “起飛不能待命AT”問題分析

首先，分析第一個(gè)問題，即：起飛前不能待命AT，起飛過程中油門需要人工控制。對于ARJ21-700飛機(jī)，現(xiàn)假設(shè)在起飛前可以待命AT，根據(jù)自動飛行邏輯：起飛過程中當(dāng)兩個(gè)發(fā)動機(jī)的N1目標(biāo)值均大于40%并按壓TOGA按鈕后，AT將自動接通，并將油門桿自動前推至起飛推力位。在AT接通的情況下，如按照起飛程序在400ft以上按需接通航向模式（HDG）或橫向?qū)Ш侥Ｊ剑↙NV），自動飛行方式信號牌（FMA）的自動油門欄將由N1 TO模式變?yōu)镾PD模式，橫滾欄變?yōu)镠DG或LNV模式，俯仰欄變?yōu)镻TCH模式，F(xiàn)MA的具體變化如圖4所示。其結(jié)果是：飛機(jī)在到達(dá)減推高度之前就自動退出了起飛推力模式，即飛機(jī)提前減推，這種操作方式不能滿足航空公司的運(yùn)行要求。

為了解決起飛過程中AT接通情況下提前減推的問題，現(xiàn)行起飛程序的修正措施是：起飛前不待命AT，起飛過程中人工將油門桿推至起飛推力位并保持，飛機(jī)到達(dá)減推高度后再接通高度層改變模式（FLC）和AT來達(dá)到減推的目的。這樣操作方法當(dāng)然可以滿足在減推高度前不減推的要求，但是由于需要人工控制油門，到達(dá)減推高度后又需要接通FLC模式和AT，額外增加了飛行員在起飛階段的工作量。此外，如前文所述，一旦實(shí)施靈活溫度起飛，需要飛行員根據(jù)EICAS顯示器上的N1基準(zhǔn)值人工控制油門桿到靈活起飛推力對應(yīng)的位置，操作復(fù)雜，難度大，不易掌握。

2.2 “起飛不能跟隨FD”問題分析

其次，分析第二個(gè)問題，即：起飛初始爬升階段，不能跟隨FD指引飛行，需人工保持固定的空速。對于ARJ21-700飛機(jī)，在起飛過程中需按壓起飛復(fù)飛（TOGA）按鈕激活起飛模式，此時(shí)，F(xiàn)MA的橫滾欄將由ROLL模式變?yōu)門O模式，俯仰欄將由PTCH模式變?yōu)門O模式，F(xiàn)MA的具體變化如圖5所示。其中，橫滾欄TO模式的邏輯是：保持機(jī)翼水平；俯仰欄TO模式的邏輯是：保持固定的俯仰角，雙發(fā)時(shí)為15°，單發(fā)時(shí)為12°。

基于俯仰欄TO模式的邏輯，F(xiàn)D水平指令桿將引導(dǎo)飛機(jī)保持固定的角度，而不是固定的空速，在某些特殊情況下，無法滿足越障的要求。對于空客320飛機(jī)或波音737飛機(jī)，在起飛初始爬升階段，抬輪過程中FD指引保持15°，一旦飛機(jī)離地并獲得足夠的爬升率后，F(xiàn)D的指引即保持固定的空速（雙發(fā)情況下，空客320飛機(jī)保持V2+10節(jié)的空速，波音737飛機(jī)保持V2+20節(jié)的空速）。在局方的咨詢通告FAR-AC25-1329-1B（自動駕駛儀系統(tǒng)的批準(zhǔn)）中有如下要求：起飛系統(tǒng)應(yīng)該提供指令，使飛機(jī)能平穩(wěn)地捕獲某個(gè)俯仰姿態(tài)，在該姿態(tài)下能捕獲并追蹤全部發(fā)動機(jī)工作時(shí)的起飛爬升速度，即V2（起飛安全速度）+X。X是全部發(fā)動機(jī)工作時(shí)的速度增量，該值來源于飛機(jī)飛行手冊（AFM）（通常為10節(jié)或更大值）。

通過以上分析可以看出，ARJ21-700飛機(jī)的FD水平指令桿在俯仰方向上的指引存在嚴(yán)重問題，不能滿足局方咨詢通告的要求，與成熟機(jī)型的FD指引也存在較大差異，對飛行安全造成重大影響。

為了解決起飛初始爬升階段FD水平指令桿指引有誤的問題，現(xiàn)行起飛程序的修正措施是：在起飛過程中，初始跟隨FD指引離地，飛機(jī)離地后，人工保持V2+10節(jié)的空速飛行，飛機(jī)姿態(tài)穩(wěn)定后按壓駕駛盤上的同步按鈕把FD指引同步到飛機(jī)當(dāng)前狀態(tài)。這種操作方法從原則上講能滿足局方規(guī)章和航空公司運(yùn)行的要求，同成熟機(jī)型的起飛程序在理念上基本保持一致。但帶來的問題也顯而易見：（1）起飛初始爬升階段無法跟隨FD指引飛行，需要飛行員根據(jù)速度帶的空速指示人工保持V2+10節(jié)的空速，姿態(tài)穩(wěn)定后又要按壓同步按鈕，額外增加了飛行員的工作量；（2）就飛行員的習(xí)慣而言，一旦提供FD指引，需按照FD的指引飛行。但由于ARJ21-700飛機(jī)初始爬升階段FD指引存在問題，飛行員為保持V2+10節(jié)的空速，需根據(jù)空速指示來飛行，反過來通過同步按鈕將FD指引同步到飛機(jī)當(dāng)前姿態(tài)，這種操作方法與飛行員的習(xí)慣正好相關(guān)，對飛行安全造成較大影響。

2.3 “AP的接通時(shí)機(jī)較晚”問題分析

最后，分析第三個(gè)問題，即：AP的接通時(shí)機(jī)較晚。ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序中規(guī)定600ft以上按需接通AP，在實(shí)際執(zhí)行過程中，從邏輯上分析，建議飛行員在接通FLC模式和AT之后按需接通AP。起飛階段，從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上來說，接通AP的最低高度為600ft?，F(xiàn)假設(shè)飛機(jī)到達(dá)600ft后立即接通AP，F(xiàn)MA的具體變化如圖6所示。從圖中可以看出，由于俯仰欄為PTCH模式，AP在俯仰方向上將保持固定的角度，而此時(shí)油門桿保持在起飛推力位，因此，AP或油門都沒有保持V2+10節(jié)的空速，也就不滿足局方咨詢通告FAR-AC25-1329-1B中有關(guān)起飛初始爬升階段須保持固定空速的要求。

由此可見，接通AP應(yīng)延遲到接通FLC模式和AT之后進(jìn)行，這樣操作能滿足局方規(guī)章要求，從邏輯上分析也更合理。但從另外一個(gè)角度上來看，延遲接通AP在一定程度上增加了飛行員在起飛階段的工作量。

2.4 小結(jié)

綜合以上分析， ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序與成熟機(jī)型起飛程序的三個(gè)差異（即：起飛前不待命AT，起飛初始爬升階段不跟隨FD飛行，延遲接通AP）都會額外增加飛行員的工作量，且部分操作方法與飛行員的習(xí)慣不一致，對起飛過程中的飛行安全造成較大影響。

3 新的起飛程序設(shè)計(jì)

為了解決ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序的問題，需要重新設(shè)計(jì)一個(gè)起飛程序，在滿足局方規(guī)章和航空公司運(yùn)行要求的前提下，應(yīng)盡可能的提前使用自動化設(shè)備（AT、FD和AP），降低飛行機(jī)組在起飛過程中的工作量，從而有效的保證飛行安全。

3.1 起飛階段自動飛行模式分析

為了達(dá)到盡早使用自動化設(shè)備的目的，首先需要在起飛前待命AT（同波音737飛機(jī)的起飛程序一樣），但是正如前文的分析，一旦提前使用AT，在400ft以上改變橫滾方式的過程中，會造成提前減推的情況。為此，需要調(diào)整起飛過程中接通各種自動飛行模式的時(shí)機(jī)，并對自動飛行模式的變化進(jìn)行詳細(xì)分析。

現(xiàn)假設(shè)起飛前待命AT，且FCP板選擇的空速為V2+20節(jié)（160節(jié)，V2假設(shè)為140節(jié)），分四種情況來分析起飛滑跑階段和起飛初始爬升階段自動飛行模式的變化，分別是：（1）400ft以上，接通HDG模式，F(xiàn)MA變化如圖7所示；（2）400ft以上，接通FLC模式，F(xiàn)MA變化如圖8所示；（3）400ft以下，接通HDG模式，F(xiàn)MA變化如圖9所示；（4）400ft以下，接通FLC模式，F(xiàn)MA變化如圖10所示。

分析以上四種不同情況下FMA的變化，可以看出ARJ21-700飛機(jī)的自動飛行邏輯具有以下特點(diǎn)：（1）滑跑過程中空速超過一定值后，油門欄會變?yōu)镹1 HOLD模式，此時(shí)，AT保持起飛推力直至400ft，在此期間無論如何轉(zhuǎn)換自動飛行模式，N1 HOLD模式保持不變，即飛機(jī)不會減推；（2）一旦飛機(jī)高度超過400ft，除非400ft以下激活FLC模式（即圖10所示方式），其它情況下，飛機(jī)都會自動減推。

3.2 起飛程序操作步驟優(yōu)化

通過上一節(jié)的分析不難看出，只要在起飛過程中400ft以下接通FLC模式（即圖10所示方式），既能保證起飛前待命AT，又能保證起飛后飛機(jī)不會自動減推，可謂一舉兩得。提前接通FLC模式的另外兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：（1）起飛前FCP板選擇的空速為V2+20節(jié)，在400ft以下一旦選擇FLC模式，F(xiàn)D的水平指令桿將保持該空速，從而給出正確的指引，由此起飛初始爬升階段PF可跟隨FD飛行，有效的解決了ARJ21-700飛機(jī)初始爬升階段不能跟隨FD飛行這一棘手問題；（2）由于AT在起飛前已待命，并在起飛過程中自動接通，F(xiàn)D也可給出正確的指引，因此，在AP的最低接通高度即600ft，可按需接通AP，從而達(dá)到了提前接通AP的目的。

通過以上的分析，可設(shè)計(jì)一個(gè)新的起飛程序來解決現(xiàn)行起飛程序中存在的三個(gè)問題，新程序的剖面圖如圖11所示。與ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序相比，操作方面的主要變化如下：（1）起飛前通過FCP板選擇V2+20節(jié)的目標(biāo)速度，這一操作可結(jié)合在起動前程序中執(zhí)行；（2）起飛前待命AT，這一操作可結(jié)合在起動后程序中執(zhí)行；（3）起飛程序中，飛機(jī)離地后，在400ft以下（建議200ft左右）提前接通FLC模式。通過這三個(gè)操作方面的變化，新的起飛程序可保證：（1）在整個(gè)起飛過程中油門均由AT控制；（2）起飛初始爬升階段FD給出正確的指引，PF可跟隨FD飛行；（3）600ft以上即可按需接通AP。

3.3 小結(jié)

通過對起飛階段自動飛行模式變化的分析，找到了解決起飛過程中AT接通情況下提前減推問題的方法，由此通過三個(gè)操作方面的變化，設(shè)計(jì)出了一個(gè)全新的起飛程序。對比ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序（操作方法如圖3所示），新的起飛程序在滿足局方規(guī)章和航空公司運(yùn)行要求的前提下，能保證盡早的使用自動化設(shè)備（AT、FD和AP），有效的降低了飛行機(jī)組在起飛過程中的工作量，從而保障飛行的安全。對比波音737飛機(jī)的起飛程序（操作步驟如圖2所示），除增加了“在200ft以下接通FLC模式”的操作之外，其它操作方法和理念完全一致，可見新的起飛程序在邏輯設(shè)計(jì)上更為合理，也更符合飛行員的操作習(xí)慣。

4 結(jié)束語

文章通過三種機(jī)型起飛程序的對比分析，找到了ARJ21-700飛機(jī)現(xiàn)行起飛程序存在的三個(gè)問題，并對產(chǎn)生這三個(gè)問題的原因和帶來的影響進(jìn)行了深入分析。為了解決這三個(gè)問題，對起飛階段各種自動飛行模式的變化進(jìn)行了詳細(xì)論述，并找到了一種行之有效的方法，設(shè)計(jì)了一種全新的起飛程序。

新的起飛程序在滿足局方規(guī)章和航空公司運(yùn)行要求的前提下，可以保證在起飛過程中盡早的使用自動化設(shè)備，有效的降低了飛行員在起飛過程中的工作量，操作方法和理念與成熟機(jī)型的起飛程序更一致，能保障ARJ21-700飛機(jī)持續(xù)安全高效的運(yùn)行。當(dāng)然，目前該程序還在論證過程中，僅部分飛行員和飛行理論教員在全動模擬機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證與體驗(yàn)，離真正的推廣使用還有相當(dāng)長的距離。在后續(xù)的工作中，還需要組織飛行員、設(shè)計(jì)人員、飛行工程師、手冊編寫人員以及飛行理論教員等對新的起飛程序進(jìn)行專項(xiàng)論證，論證完成后，還需要批量組織飛行員進(jìn)行全動模擬機(jī)驗(yàn)證和實(shí)際試飛驗(yàn)證，驗(yàn)證完成并確認(rèn)可行后方能實(shí)施。

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