民用航空飛機減推力起飛使用方法探究

張鑫 齊偉呈 魏寶鋒

摘要：本文對航空飛機減推力起飛功能進行了介紹，包括減額定減推力起飛及靈活溫度減推力起飛，并對主要民用航空公司靈活溫度減推力起飛的使用方法進行了對比、分析，闡述了各使用方法的優、缺點。

關鍵詞：減推力起飛；減額定；靈活溫度；拐點溫度；油門桿；自動推力

1.概述

推力管理是根據最優指標下的推力性能模型與算法，在飛機從起飛到著陸的全過程中，實時地完成對發動機推力的控制以及對推力的管理，包括推力等級選擇、推力等級限制值計算、減推力計算、自動油門、推力配平和推力指引等內容。推力管理是完善飛行管理、提高飛行性能的一種重要手段，對節省燃油、降低飛行成本也具有深遠的意義，因此很多飛機采用了一個與之相適應的系統（推理管理系統）來實現對推力的管理措施。

發動機在起飛和爬升階段的大推力狀態下工作時，對其使用壽命影響很大。在飛機實際起飛重量小于最大起飛重量時，一般采取降低發動機推力起飛-減推力起飛。采用減推起飛可以降低排氣溫度，既可以節省燃油，更有益于延長發動機的使用壽命，提高發動機工作的可靠性和降低維護成本。因此，減推起飛功能是推力管理中的重要組成部分。

2.減推力起飛分類

目前民用航空公司普遍采用的減推力起飛有兩種方式，即減額定減推和靈活溫度減推。

2.1 減額定減推

減額定減推是將起飛推力設定成幾個固定值，見圖1 a）。起飛前飛行員根據當時飛機的載重情況選擇合適的減推起飛等級。這種方式的優點是避免飛行員在飛機起飛時進行復雜的發動機狀態設定。缺點是根據適航的要求，每一個推力等級需要進行單獨的適航驗證。

減額定起飛相當于對同一個發動機設定了幾個不同的最大起飛狀態，按適航要求，需對每一個設定的最大起飛狀態進行考核，如環境試驗（吞鳥、吞水）、風扇葉片包容試驗、持久試車等，極大的增加試驗任務量，對吞大鳥、風扇葉片包容性等結構完整性試驗，需增加試驗用發動機數量，極大的增加了試驗成本。

2.2 靈活溫度減推

某些發動機起飛狀態與環境溫度相關聯，大氣溫度低于拐點溫度時，發動機推力與大氣溫度無關；當大氣溫度超過拐點溫度時，為保持排氣溫度不超溫，發動機推力隨溫度升高降低發動機推力。靈活溫度減推就是基于該原理，見圖1 b），人為將發動機工作時的環境溫度設置提高，高于拐點溫度，使發動機的推力低于額定值。

靈活溫度法的缺點是飛行員需要查表計算所需的靈活溫度，與等級減推法相比較為復雜。其優點是降低系統設計難度，并且只有一套操縱和性能限制值，不需要額外的增加試驗工作量。

采用靈活溫度減推的整個飛行過程中，可以根據需要隨時上推油門桿使用最大起飛推力。

2.3 小結

靈活溫度減推力起飛以及減額定減推力起飛，都可以滿足飛機減推力起飛的需求，兩者沒有明顯的優劣。目前空客系列的飛機采用靈活溫度減推或減額定減推起飛的方式。波音系列的飛機采用減額定減推和靈活溫度減推的方式，飛行員可選擇采用減額定或靈活溫度減推，或在減額定基礎上同時采用靈活溫度減推。

3.空客與波音公司靈活溫度減推起飛使用方法

空中客車（以下簡稱空客）與波音公司雖然都采用了靈活溫度減推，但兩家公司靈活溫度減推方案卻存在較大差異。

3.1 空客公司靈活溫度減推方案

空客飛機發動機的操縱是通過駕駛艙位于中央操縱臺上的油門桿手柄、控制電門以及相應的顯示器來實現的。

起飛前機組需要在多功能控制顯示組件中輸入減推力起飛的靈活溫度。起飛時，將油門桿前推（機組手動）到靈活溫度起飛/最大連續卡位。當油門桿進入靈活溫度起飛/最大連續卡位時，自動推力系統自動銜接（但并不工作），此時發動機由機組通過油門桿控制，工作在減推力起飛推力上。

3.2 波音公司靈活溫度減推方案

波音公司發動機操縱部件包括油門桿、油門桿解算器、發動機啟動手柄和電門、推力桿連鎖電磁活門。機組通過油門桿控制發動機狀態。

波音公司發動機油門桿未設計卡槽，正推桿的最下端為正推慢車位置、最前端為最大起飛/復飛位置，油門桿既可以人工移動，也可以由自動油門伺服馬達（由自動飛控負責）推動。

在起飛時，機組將油門桿推至最大起飛/復飛位置；在起飛結束后，機組將油門桿拉至爬升狀態對應的油門桿角度位置；空中巡航時，在正推慢車和爬升之間按需調節。自動駕駛時，上述操作由油門伺服馬達驅動油門桿進行，機組通過按壓油門桿上的按鈕脫開自動油門系統，轉為人工控制。

因減推起飛需自動飛控控制油門桿角度，所以只有在自動駕駛時可以使用。

起飛前機組需要在多功能控制顯示組件中輸入減推力起飛的靈活溫度。在得到允許起飛的指令后，機組按壓油門桿上的最大起飛/復飛電門，油門桿將自動前推到相應減推力位置。此時，雖然油門桿未達到最大起飛/復飛位置，但在發動機顯示器上推力方式顯示最大起飛/復飛。

3.3 空客與波音的對比分析

靈活溫度減推起飛基于發動機設計中的拐點溫度，但空客、波音兩家公司采用了不同的靈活溫度減推起飛方案，差異在于兩家公司自動駕駛系統，或者可以理解為油門桿設計的理念不同。

空客公司在油門桿設置了卡槽，卡槽與發動機狀態一一對應，按順序依次為“最大反推-最小反推-最小正推-最大爬升-最大連續/減推起飛-最大起飛”。手動駕駛模式下，機組可以快速、準確的將油門桿調整至預定位置。自動駕駛模式下，油門桿不能自動移動，起飛狀態轉為爬升狀態時仍需機組手動調整油門桿位置，巡航狀態解除自動駕駛時，需要先將油門桿位置調整至與當前實際狀態一致。

該方法的優點是避免在起飛、爬升時，由于油門桿驅動裝置故障，造成推力減少的情況，缺點是增加了機組的工作量。“最大連續/減推起飛”一個卡槽對應兩個狀態，兩個狀態的觸發出現故障，同樣會造成推力異常。

“減推起飛”卡槽位于“爬升”和“起飛/復飛”之間，雖然與常規理解一致，即減推起飛只是減少了一部分推力進行起飛，同時，爬升階段推力比起飛階段需求小。但是，如果只設定了減推起飛，沒有設定減推爬升的情況下，存在實際減推起飛推力小于爬升推力，此時，在起飛結束后，會出現拉桿反而推力增加的情況。

波音公司的發動機油門桿未設置卡槽，只有最大、最小兩個位置。手動模式下，機組調整發動機至除慢車、最大起飛的特定狀態較難。自動駕駛模式下，油門桿由專門的伺服馬達驅動，無需人工參與，機組可以隨時按壓按鈕解除自動駕駛。

“減推起飛”采用的減少起飛時油門桿角度，實現發動機達到減推起飛的發動機狀態，不影響油門桿角度-發動機推力的單調線性關系。較明顯的缺點是增加了作動機構，同時就增加了故障風險，因此，在起飛階段，需對伺服馬達進行鎖定。如果作動機構出現故障，會出現推力異常情況。

4.結論

本文對飛機減推力起飛功能進行了闡述，針對其中的靈活溫度減推力起飛，通過對比研究空客與波音公司的使用方法，分析了各自存在的優缺點。兩種方法均能有效實施靈活溫度減推力起飛功能，且都具有非常成熟的使用經驗。目前我國正在積極開展大型客機的研制，考慮到減推力起飛的收益，可以參考空客及波音公司的使用方法，并根據實際使用需求，開展減推力起飛相關設計。

參考文獻

[1] 錢峰.使用減推力起飛的必要性.濱州學院學報，2016.

[2] 孫鵬.大型飛機推力管理功能研究.民用飛機設計與研究，2012.

（作者單位：中國航發沈陽發動機研究所）