溫度天氣事件下改進爬升起飛在一般高原機場的應用
——以B737-700大理機場起飛為例

張 序，羅鳳娥，李家南，黃宇杰，俎振洲

（1.中國國際航空股份有限公司運行控制中心西南分控中心，成都610202；2.中國民航飛行學院a.空中交通管理學院；b.航空運行專業(yè)技術及人才培養(yǎng)研究所，四川廣漢618307）

隨著夏季到來，大氣溫度逐漸升高，造成運輸類飛機性能衰減。由于運行機場的高海拔、高氣溫特征，運輸類飛機為滿足離地性能和越障要求，所需速度要求會偏大。在高原、高高原機場，海拔越高，空氣密度小，特別高溫天氣背景下，飛機起飛離地速度會增大，極易出現(xiàn)輪胎速度超限的情況。受地勢的影響，我國西部地區(qū)分布較多的一般高原機場和高高原機場[1]，因此如何做好高溫、高海拔機場飛機性能衰減背景下的飛行安全是業(yè)內學者的研究重點之一。

1 改進爬升的定義及對飛行的影響

改進爬升是指：當爬升梯度限制的最大起飛重量小于場地限制的最大起飛重量時，可以利用富余的跑道繼續(xù)增速，使運輸類飛機的離地速度比正常的離地速度大，這樣起飛初始上升速度更接近陡升速度，使運輸類飛機可以接近最大上內升角上升，在保障法規(guī)規(guī)定的最低上升梯度的情況下可以增加運輸類飛機的最大起飛重量。改進爬升并不是以增加發(fā)動機推力來加大爬升和越障性能，而是通過增加V1、V2的速度來達到的，直白的說，就是用速度來換取爬升率，用跑道長度換爬升率，而不是用發(fā)動機的推力來實現(xiàn)。

較大的起飛重量、順風起飛、高溫天氣、起飛技巧、抬頭時機、以及機場海拔高度等，這些因素在運輸類飛機起飛時會導致輪胎會超過速度限制。起飛重量越大，相對應的V1、Vr、V2速度越大，在昆明機場，不使用改進爬升和假設溫度減推力情況下，外界溫度30℃，起飛重量131 000 LB對應的速度為136 kt、136 kt和139 kt。起飛重量超過139 000 LB就得使用改進爬升，對應的V1、Vr、V2速度分別為152 kt、155 kt和158 kt，所以，針對溫度較高的高海拔機場，溫度越高，所需速度越大。同樣以昆明機場為例，起飛重量為131 900 LB，外界溫度為 27℃時，對應的 V1、Vr、V2速度分別為 137 kt、138 kt和141 kt。外界溫度為30℃時，就得使用改進爬升才能滿足飛機性能，對應的V1、Vr、V2速度達到152 kt、155 kt和158 kt。

2 本文研究標本簡介

2.1 大理機場周邊障礙物及機場跑道簡介

大理機場是民用4C級機場，機場跑道編號17/35，機場可用起飛滑跑距離、可用起飛距離、可用加速停止距離和可用著陸距離均為2 600 m。機場周邊對飛行造成影響的障礙物主要為山脊，東靠群山、西臨點倉山，東側凈空較差，南北兩端凈空稍好，位于跑道中心磁方位194°、8.6 km處的鳳山海拔高度2 340 m，對起飛影響較大，位于跑道中心磁方位035°、4.8 km處的大青山海拔高度2 603 m，對著陸影響較大，機場半徑50 km范圍內最高障礙物是海拔4 122 m的蒼山馬龍峰。

2.2 大理機場氣象特點

大理機場在每年的11月到次年4月會有較明顯的大風天氣，年平均風速在5.3 m/s，最大瞬時風速達到29 m/s，夏季（6月-9月）對飛行造成影響的天氣主要是雷雨等對流天氣或低云低能見度天氣。課題組首先梳理大理機場2007年-2015年氣象資料中月平均氣溫變化趨勢（圖1）和2020年6月24日世界協(xié)調時當天大理機場在全天溫度變化趨勢（圖2），分析得出，大理機場全年平均氣溫均偏高，不易出現(xiàn)低溫凝凍天氣，但偏高的溫度在較偏短跑道上的起飛和著陸方面飛機性能影響較大，特別是夏季日最高溫度可達到30℃左右，對運輸類飛機在該機場的起飛全重和著陸滑跑距離必定造成影響。

圖1 大理機場月氣溫變化趨勢

圖2 大理機場日平均溫度變化趨勢（2020年6月24日世界協(xié)調時）

2.3 B737-700飛機簡介

本文研究的B737-700機型安裝的發(fā)動機型號為CFM56-7B24，客艙布局包含8個頭等艙，120個普通艙，鯊鰭小翼，飛機油箱的最大容積為20 689 kg，可用業(yè)載達到14 285 kg，不考慮性能限制重量的情況下結構限制的最大滑行重量70 306 kg，最大起飛重量70 080 kg，最大著陸重量58 604 kg，最大無油重量54 657 kg。

3 “大理-鄭州”航線簽派放行過程研究

本文研究以波音B737-700飛機在溫度天氣事件下從大理機場起飛的性能分析過程，結合2019年4月22日修訂完成的第五版《大型飛機公共航空運輸承運人運行合格審定規(guī)則》[2]（簡稱：CCAR-121-R5），以“大理-鄭州”航線為案例研究標本，依據(jù)民航局相關政策、法規(guī)[3-5]要求，展開一般高原機場起飛的性能計算和研究。

3.1 “大理-鄭州”航線數(shù)據(jù)

依據(jù)民航局“航線資料匯編”的相關數(shù)據(jù)，“大理-鄭州”的航線數(shù)據(jù)為“DAL W162 BUBSU H90 SGM W144 KAKMI G212 FJC H154 WFX W29 TOREG H142 NSH W152 UGSUT H11 SHX H20 P134 H103 P52”，航路的最低安全高均未超過4 300 m的限制，不屬于高原航線，可以不用制定專門的一發(fā)失效飄降和座艙釋壓緊急下降的相關程序[6]。

3.2 目的地鄭州機場附近可用備降場情況

研究標本的目的地機場為鄭州機場為4F級國際民用機場，地處河南省鄭州市，作為中原區(qū)域的樞紐機場，據(jù)不完全統(tǒng)計，鄭州機場周邊可作為B737-700使用的備降場（表1）接近20個。

表1 鄭州機場周邊可用備降場情況（單位：海里）

3.3 簽派放行油量局方的規(guī)章要求

從CCAR-121-R5和《航空器機場運行最低標準的制定與實施規(guī)定》[7]（以下簡稱：CCAR-97FSR1）對機場油量政策、航線規(guī)劃等……做出了明確規(guī)定，這些規(guī)章都適用于本條航線的簽派放行工作。從天氣的情況可知，目的地機場滿足采用盲降著陸的要求，制作飛行計劃的過程中準備選取天氣穩(wěn)定可靠、距離適中、無影響飛行的武漢機場和濟南機場為備降場，經(jīng)過后臺計算，可得到航班的簽派放行計劃單，詳細的飛行計劃如表2所示。

表2 “大理—鄭州”機場油量政策（單位：kg）

可以看出，航班的預計起飛燃油為10 863 kg，航班的起飛重量受航空器結構限制重量和性能限制中的共同影響，在完成航班簽派放行工作后，需要完成航班起飛性能的查閱，經(jīng)過對大理機場17號跑道和35號跑道的性能分析，得到相關數(shù)據(jù)如下。

結合大理機場的氣象資料，經(jīng)過分析可知，飛機在大理機場17號跑道起飛，起飛襟翼狀態(tài)為5°，氣象實況顯示外界溫度28℃，修正海壓1 018 hPa，風向風速為250°9 m/s，擬合為頂風1.56 kt，得到在17號跑道性能限制的最大起飛重量為56 630 kg，同理，如果采用35號跑道起飛，35號跑道性能限制的最大起飛重量為57 616 kg，均小于計算機飛行計劃里計算得出的航班起飛重量59 201 kg，由此航班需要修改簽派放行計劃。

選擇較近的目的地機場和采用改進爬升形式是常用的方式，經(jīng)過對改進爬升形式的性能計算，得到了大理機場17號和35號跑道在改進爬升條件下的性能分析（表5、表6）。

表3 大理機場17跑道起飛性能分析

表4 大理機場35跑道起飛性能分析

表5 大理機場17跑道采用改進爬升形式起飛性能分析

表6 大理機場35跑道采用改進爬升形式起飛性能分析

在同樣的氣象條件下，采用改進爬升的形式17號跑道最大起飛全重為57 735 kg，35號跑道最大起飛全重為59 490 kg，可以建議機組采用35號跑道改進爬升形式起飛。

表7 調整后“大理—鄭州”機場油量政策（單位：kg）

4 運行控制建議和飛行操作建議

4.1 運行控制建議

如果在簽派放行工作涉及一般高原機場在高溫事件下的性能衰減，簽派員在運行控制過程中可以通過選擇較近的目的地機場備降場來減少燃油加注量，減少起飛全重，或者采用改進爬升等形式增加飛機的起飛全重，達到安全飛行的目的。

飛機性能的計算是運輸類飛機在一般高原機場運行控制的關鍵步驟之一[8-9]，由于相關規(guī)定可知，在航班預計起飛前150 min需要完成領航計劃報的拍發(fā)，如果航班在下午15點前執(zhí)行，應重點關注氣溫升高的趨勢，建議通過相關氣象報文預測航班起飛時間段內的溫度趨勢，通過性能計算做好起飛全重裕度的控制，避免因溫度的升高而減載，臨時完成減少貨物等工作而造成航班延誤。放行簽派員應該在起飛前結合實況溫度再次確認之前簽派放行確定的裕度是否滿足安全的要求，做好最后一道安全防線的設置。

如果因飛機性能的限制對簽派放行工作造成部分限制，應在提供給機組的放行資料中做好清晰的標注，并對執(zhí)行該航班任務的飛行機組做出詳細的放行講解，達到放行簽派員和飛行員對該風險點心中有數(shù)的目的，提高一般高原機場在溫度天氣事件下安全飛行的裕度。

4.2 飛行操作建議

高原偏短跑道機場的飛行過程要求駕駛員做好細致的飛行前準備，嚴格按照飛行計劃完成燃油的加注，避免起飛全重過大，對降水等造成的污染跑道和大風造成的跑道選擇要重點關注，如運輸類飛機同時還存在故障保留單（如防滯不工作），放行簽派員和飛行員都必須要仔細查閱MEL的影響，這些都對運輸類飛機起飛性能的影響較大。如果同時涉及偏短跑道運行時，飛行員應充分認識到跑道情況對運行安全的潛在威脅，同時能夠意識到在具體操作中采取何種正確而有效的方法，當正確的認識加上合理的技術以及科學的決策，那么我們就能確保偏短跑道起降的安全。

5 結論與展望

本文以飛機性能計算和分析為基礎，選取B737-300機型在大理機場起飛的相關數(shù)據(jù)作為研究的標本數(shù)據(jù)，通過對性能衰減的分析，展開對運輸類飛機在一般高原機場運行控制的措施研究，證明了溫度事件對飛機性能的影響，完成了相關工作措施的梳理，可對類似的一般高原機場的安全運行提供參考和幫助。由于駕駛員的主觀因素，實際的航班飛行裕度與理論值會存在一定差異，因此對于這方面的研究還有待進一步深入。

隨著“十三五”在2020年收官，脫貧攻堅取得了階段性的勝利，為鞏固成果，發(fā)展當?shù)亟?jīng)濟，在“十四五”規(guī)劃中，相信中國民航會繼續(xù)優(yōu)化中國區(qū)域（特別是中西部區(qū)域）內的航線布局，因此區(qū)域內高高原機場和一般高原機場的發(fā)展必將進入快車道，做好大理機場運行控制的研究，對類似機場的安全飛行提供研究經(jīng)驗和可參考的經(jīng)驗。另一方面，隨著RNP、GPS局域增強技術以及電傳飛控、污染跑道起降性能技術等的應用，未來在一般高原機場和高高原機場，運輸類飛機將會具備更好的操縱性和更靈活的運行條件，航班運行的安全性逐步提升，如何做好在新的運行模式下一般高原機場和高高原機場的安全運行是課題組下一階段研究的方向。