MA60高原航线航路中一台发动机失效的飘降研究

摘要：我国西部地区多高原和山区，航路最低安全高度（MSA）较高，在运营高原航线时必须考虑发动机失效后的飘降越障问题。文章依据《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》（CCAR121-R2）［1］及相关法令、法规要求，给出了分析航路中发动机失效后飘降的方法和关键步骤，并计算分析了MA60机型［2］执行广汉至兰州航线的飘降净航迹和障碍物剖面。

关键词：航路最低安全高度（MSA）；发动机失效；飘降升限；飘降净航迹

一、引言

飞机在航路中发生发动机失效，则发动机的剩余推力不足以平衡阻力和维持适当的巡航速度，因此飞机必须下降到一个适当的飞行高度，使飞机的可用推力等于所需推力，以便飞机能够平飞［3］。然而，在高原地区飞行时，受航路地形的限制，可能不允许下降到较低的高度上，这就要求运营人必须制定出飞机在最不利的时刻发生发动机失效的飘降程序，分析飘降净航迹在任意一点与障碍物之间的高度差是否满足法规的要求，并确定相应的关键点和机组操纵程序。

由于我国西部地区地形复杂，很多航线的航路最低安全高度较高，如涉及拉萨、邦达、迪庆、九寨、兰州、乌鲁木齐、西宁等机场的数十条高原航线，航路最低安全高度均超过5000米，其中最高的航段航路最低安全高度达7470米。如果飞机在这些航路中发动机失效，极有可能出现飞机飘降净升限小于航路最低安全高度，无法满足越障要求，因此在这种情况下不能用航路最低安全高度分析飘降越障问题，而必须利用地图作业的方法确定实际的障碍物剖面进行详细的飘降越障分析。

根据民航局咨询通告《航线运营应进行的性能分析》［4］的要求，目前航空公司运行都必须进行飘降性能分析并体现在实际运行中。对行学院的航线训练飞行，虽然不是按照CCAR121部运行的，但目前民航局的地区管理局要求学院的航线训练飞行也应参照CCAR121部的相关规定执行。由于西部航线流量相对来说较少，所以学院的航线训练飞行经常在西部航线上进行，而西部航线航路最低安全高度较高，因此本文以MA60机型进行广汉-兰州航线训练飞行为例，从发动机失效涉及的法令、法规入手，综合考虑运行中的各种限制因素，给出航路中发动机失效后飘降的分析方法，确保高原航线训练飞行的安全性。

二、飘降法规要求

根据CCAR25.123规定

（1）单发停车净飞行航迹数据必须为真实爬升性能数据减去一定数值的爬升梯度，所减去的爬升梯度，对于双发飞机为1.1%，对于三发飞机为1.4%，对于四发飞机为1.6%。

（2）对于三发或四发飞机，双发停车净飞行航迹数据必须为真实爬升性能数据减去一定数值的爬升梯度，所减去的爬升梯度，对于三发飞机为0.3%，对于四发飞机为0.5%。

飘降总飞行航迹是指飞机发动机失效后实际飞行的航迹，飘降净飞行航迹是指总飞行航迹减去一定的梯度损失量得到的飞行航迹，即考虑了飞行员操纵误差和飞机性能变差后的飞行航迹。

航路中一台发动机失效飘降程序必须满足CCAR121-R4中第121.191条（涡轮发动机驱动的飞机的航路限制――一台发动机不工作）对于飘降净飞行航迹的要求。

依据CCAR121-R4中第121.191条要求，根据经批准的该飞机飞行手册确定的一台发动机不工作时的航路净飞行轨迹数据应当能够符合下列两项要求之一：

第一，在预定航迹两侧各25公里（13.5海里）范围内的所有地形和障碍物上空至少300米（1000英尺）的高度上有正梯度，并且在发动机失效后飞机要着陆的机场上空450米（1500英尺）的高度上有正梯度。

第二，净飞行轨迹允许飞机由巡航高度继续飞到可以按照本规则第121.197条要求进行着陆的机场，能以至少600米（2000英尺）的余度垂直超越预定航迹两侧各25公里（13.5海里）范围内所有地形和障碍物，并且在发动机失效后飞机要着陆的机场上空450米（1500英尺）的高度上有正梯度。

三、飘降运行程序和限制

根据MA60飞行机组操纵手册（FCOM）的规定，MA60推荐的飘降程序如下。

1.存在障碍物问题时的程序

为了维持可能的最高飞行高度，应该使用下述飘降程序：

（1）工作发动机设置到最大连续功率位置。

（2）对返航临界点作出决断。

（3）平飞减速到飘降速度，然后保持该速度。在正常条件下，飘降速度为1.25VS（襟翼0°）。在结冰条件下，飘降速度为V2（襟翼15°）（当空速低于VFE时，放襟翼至15°）。

（4）选择小坡度飞行。

（5）达到飘降升限时，如果障碍物问题仍然存在，继续执行飘降程序，飞机将缓慢爬升巡航。如果可能，建议巡航高度为7000～8000 ft（2134～2438 m），以获得最佳巡航速度。

2.不存在障碍物时的程序

（1）工作发动机设置到最大连续功率位置。

（2）维持实际速度下降。

飘降净升限是指一台发动机失效后能够平飞的最大高度。飘降净升限通常受飞机重量、外界温度、防冰系统等的限制。

①飞机重量。飞机重量对飘降净升限有很大的影响，飞机的重量越重，飞机飘降净升限越低，越障能力越差。因此保守考虑时选择较重的重量进行分析。

为清楚说明发动机失效时重量对飘降净升限的影响，下面给出了MA60在不同重量条件下发动机失效后飘降净升限，如表1所示。

②外界大气温度。温度对飘降净升限（几何高度）的影响比较大。由于外界温度越高，发动机推力越小，则飘降净升限越低。因此相同气压高度的条件下，温度越高对应的几何高度越高。地形（障碍物）的高度是几何高度，虽然飞机飞行手册或使用手册中给出的飘降轨迹的高度是气压高度，但是飞机能否越障是用气压高度对应的几何高度与地形（障碍物）的高度来比较确定的。因此在航路中考虑相对保守的外界大气温度，通常选择ISA+10。如表2所示。

③防冰系统的影响。通常净飞行航迹考虑了运行区域的主要气象条件（风和温度），但在改航高度层上预计有结冰条件时，则必须在净飞行航迹上考虑防冰系统的影响。如果防冰系统打开，将使发动机推力减小，从而使飘降净升限降低。MA60在有结冰的条件下运行对飞行性能影响很大，比如在结构限重（48060lb），ISA温度条件下，无结冰时的飘降净升限为11143ft，而在结冰条件下的飘降净升限为3612ft。

风虽然对飘降的净升限没有影响，但由于顺风使下降角减小对飘降越障有利，因此保守考虑就不计顺风，而逆风对飘降越障不利，所以在分析中要考虑逆风的影响。

四、飘降分析方法

通常对于地形复杂、航路最低安全高度较高的航线，需要进行发动机失效后的飘降越障分析，并制定出飘降程序。然而，对于大多数航线我们可以采用基于保守假设的简单分析方法，即使用飘降净升限检查航路最低安全高度［5］，判断能否安全越障，如果能够安全越障就不需要进行详细分析。但对于有些高原航线，用航路最低安全高度数据检查飘降净航迹不能够满足越障要求，此时必须通过地图作业的方法分段确定最高障碍物，绘出障碍物剖面，检查飘降净航迹能否满足越障要求。具体的分析方法可以分为三步：

（1）根据具体机型在所研究航线预计可能的最大起飞重量，考虑保守的外界大气温度（ISA+10）确定净改平高度，检查净改平高度能否大于航路最低安全高度，若大于则不需要做进一步分析；若小于则需进行第2步分析。

（2）根据具体机型在所研究航线上到达爬升顶点的重量（可近似取最大起飞重量的98%），保守的外界大气温度确定净改平高度，检查净改平高度能否大于航路最低安全高度，若大于则不需要做进一步分析；若小于则需进行第3步分析。

（3）使用1∶100万地图作业分段确定最高障碍物，绘出障碍物剖面。然后确定具体机型在具体航路中出现发动机失效的关键点（又称决断点）位置。关键点是我们假设的发动机失效点，该点的飞机重量为最不利气象条件下预计可能的最大重量。

关键点有两种类型，关键点A是这样一个点，假设发动机在该点失效，飞机只能返航，才能保证飘降净航迹满足越障要求；关键点B是这样一个点，假设发动机在该点失效，飞机只能继续飞往目的地机场，才能保证飘降净航迹满足越障要求。最后确定出A点和B点的关系通常有如下两种情况。

第一种情况如图1所示，关键点A在B之后，那么飞机在B点之前发动机失效只能返航，飞机在A点之后发动机失效只能继续飞往目的地机场，飞机在A点和B点之间发动机失效既可以返航飞往起飞机场方向也可以继续飞往目的地机场方向。为方便机组操作，对此种情况通常确定A、B之间的某一点作为实际的决断点。

第二种情况如图2所示，关键点A点在B点之前，那么飞机在A点之前发动机失效只能返航，飞机在B点之后发动机失效只能继续飞往目的地机场，飞机在A点和B点之间发动机失效，可考虑飞往航路备降场，但需确保备降航路障碍物的越障余度，或者考虑减小起飞重量或调整航路走向，通常不希望出现此种情况。

五、MA60飘降计算实例

以MA60执行广汉―兰州的航线训练飞行为例来进行相关计算。根据MA60飞机的飞机飞行手册可知，飞机结构强度限制的最大起飞重量为48061 lb，最大着陆重量为46738 lb，最大零燃油重量为42990 lb，制造空机重量31284lb，最大燃油重量8851lb。广汉－兰州的航路最低安全高度为5230米（17154ft）。计算的条件和相关假设如下：

依据CCAR121-R4第121.673条（C）规定，任何飞机按照仪表飞行规则运行时，在距预定航路中心线两侧各25公里水平距离范围内，在平原地区不得在距最高障碍物400米的高度以下飞行，在丘陵和山区不得在距最高障碍物600米的高度以下飞行。

飞机一台发动机失效后的飘降分析可以使用公布的航路最低安全高度数据，也可以使用地形图依据本规则确定航路障碍物数据。本例使用1∶100万地图，依据上面规则确定的航路障碍物数据进行了MA60机型发动机失效后的飘降分析。广汉-兰州的航线上主要需要考虑的障碍物如表3所示：

通常为了安全性考虑，假设外界大气温度ISA+10，从发动机失效点飞往兰州机场航路高空风逆风20kt。根据实际运行要求假设巡航高度为21600ft，空调开，防冰关。

下面以MA60机型执行广汉－兰州航线为例进行航路中一台发动机失效飘降性能分析。

（1）首先检查结构限制的最大起飞重量的飘降净升限与航路最低安全高度之间的关系，结构限制的最大起飞重量（MTOW）48061lb在ISA+10的条件下对应的飘降净升限为9122ft，远比航路最低安全高度17154ft低，飘降不能满足越障要求，因此需要进行详细分析。

（2）通过反复计算发现，如果以结构限制的最大起飞重量起飞，在航路上无法满足飘降越障的要求。因此MA60的最大起飞重量将受到航路最低安全高度的限制。因此进行广汉-兰州的航线飞行，考虑航路上一台发动机失效后的飘降越障问题，必须进行减重。

（3）通过不断减重的迭代计算，飞机受航路最低安全高度限制的最大起飞重量为42108lb。在起飞重量为42108lb，温度为ISA+10，航路逆风20kt的条件下，计算MA60从广汉-兰州的航路中一台发动机失效后飘降净航迹和总航迹如图3所示。

通过分析可知用MA60进行广汉-兰州航线飞行时，以42108lb起飞重量在航路中出现一台发动机失效后，飞机飘降能满足越障要求，取决断点P距广汉160海里，在P点之前一台发动机失效，飞机返回广汉，在P点之后一台发动机失效，飞机继续飞往兰州。

六、结论

本文根据高原航线性能分析的要求，从法规入手，深入分析了高原航线航路中发动机失效后飘降的影响因素，给出了分析高原航线飘降问题的常用方法和相关步骤，并以MA60机型执行广汉-兰州航线训练飞行为例，结合飞行实际，计算了广汉－兰州航线航路中一台发动机失效后的飘降净航迹和总航迹，从而确保了一台发动机失效后飞机的安全运行。

参考文献：

［1］ 中国民航总局.大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》［Z］.中国民航总局，2005.

［2］ 波音公司.B757-200机型性能工程师手册，2000.

［3］ Airbus.Getting to Grips With Aircraft Performance［Z］.2002.

［4］ 中国民航总局飞标司.飞机航线运营应进行的飞机性能分析［Z］.2001.

［5］ 吴劲松.浅析高原机场及航线的飞机性能管理［J］.中国民航学院学报，2005，（10）.