1、 上海民航职业技术学院 毕业论文 飞机高高原飞行的防护与要求 专 业： 飞机结构维修 班 级： 学 号： XXXXXXXXX 姓 名： 完成日期： 指导教师 : 上海民航职业技术学院毕业设计（论文） I 摘要 复杂的地形、多变的天气和缺氧的环境使得高高原航线超限事件发生率远超一般航线，严重制约着飞行安全；同时，越来越多的 航空公司申请加入高高原机场的运营，导致高高原航线的运行风险进一步增加。航空公司运营的宗旨是安全和效益，怎样在保证安全性的条件下提高经济性是民航运输飞行研究的重点。民用飞机的起飞性能对飞行安全和运营经济性都有重大影响，是飞机性能的一个重要组成部分。在经济性方面，飞机的起飞重量受
2、飞机、机场、气象等多种因素的影响，从而限制了飞机的业载，影响运输经济性。所以研究飞机高高原飞行的防护对保证飞行安全和提高经济效益均有重大意义。 关键词 ： 飞机；高高原；防护 上海民航职业技术学院毕业设计（论文） II ABSTRACT Complex terrain, and changeable weather and anoxic environment makes the high plateau routes transfinite eents than most routes, severely restricts the flight safety; At the same ti
3、me, more and more airlines of the operation, apply to the high plateau airport routes lead to high plateau operation risk further increase. Airlines operating purpose is safety and efficiency, how to improve the economical performance is under the condition of guarantee the safety of civil aviation
4、transport flight research focus. Civil aircraft take-off performance has significant influence on flight safety and operational efficiency, is an important part of the performance of aircraft. In terms of economy, the planes take-off weight by aircraft, airport and weather and other factors, limitin
5、g the aircraft industry, influence the transport efficiency. So the aircraft flying high plateau protection to ensure flight safety and improve the economic benefit has great significance. Key Words: aircraft ; high plateau; entrench 上海民航职业技术学院毕业设计（论文） III 目录 摘要 . I 第 1 章 相关概述 . 1 1.1 高高原机场 . 1 1.2
6、高高原机场航线运行特点 . 1 1.2.1 环境复杂 . 1 1.2.2 高原运行对飞机系统和性能的要求 . 2 第 2 章 高高原对飞机性能影响 . 3 2.1 涡轮发动机的高原运行 . 3 2.2 高度对起飞性能的影响 . 4 2.2.1 场道性能影响 . 4 2.2.2 轮速限重 . 4 2.2.3 中断起飞 . 5 2.3 高度对着陆性能的影响 . 5 2.3.1 进近复飞与着陆复飞 . 5 2.3.2 着陆场道 . 6 2.3.3 刹车管理 . 7 第 3 章 飞机高高原飞行的防护要求 . 8 3.1 最大起飞重量确定 . 8 3.1.1 障碍物对最大起飞重量的限制 . 8 3.1.
7、2 航路最低安全高度对最大起飞重量的限制 . 9 3.2 起飞距离 . 9 结语 . 11 参考文献 . 12 致谢 . 13 上海民航职业技术学院毕业设计（论文） 1 第 1 章 相关概述 1.1 高高原机场 海拔高度 在 2438 米或 8000 英尺及以上的机场称之为高高原 机场。由于高高原机场运行环境比一般机场复杂得多，所以我国民航管理部门对高高原机场运行极为 严格 。世界范围内主要高高原机场主要在中国、 尼泊尔 、 秘鲁 、 玻利维亚 、厄瓜多尔 等国。由于高高原机场的运行环境相对于一般机场要复杂得多，包括天气、地形、气压和人员高原反应等多方面因素。所以中国民航局对高高原机场的运行限
8、制极为严格，运行中必 须是 具有 较好高原性能的高原型飞机并且采用双机长的机组搭配，运行时间一般限制在白天。 1.2 高高原机场航线运行特点 1.2.1 环境复杂 中国西部的机场多为高原山区机场，运行区域海拔较高。如邦达机场的标高为 4334m（ 14219ft），是迄今为止世界上最高的民用机场。 净空环境差，起飞离场和着陆下滑进近梯度大。如九寨 /黄龙机场建于一连续山腰上，海拔 3448m,50km半径内有 高山 57 座，机场东南东 7km处红星岩 5003m，东南 25km 处崛山主峰 5588m，其离场程序要求的上升梯度达到 5.7%，仪表进近下滑道达到 3.3。 气象条件复杂，低云、
9、能见度低，多雷暴、阵性风和风切变。以青藏高原为例，群山重叠，峭壁高耸，地形动力乱流十分显著；并且高原上空空气稀薄，太阳辐射强，气温变化大，热力乱流强，二者常结合在一起，形成强烈乱流。 如成都一拉萨高原航线，冬春季节的高空风速高达 300km/h，遇到严重风切变，剧烈的颠簸可以把人抛离座位。 航路最低安全高度高，通信导航信号受地形影响大，导航设 备限制使用。 如成都一拉萨高原航线，全长 1300km，起飞离开成都平原便进入了安全高度在 6334m（昌都前）和 7470m（昌都后）的地形险峻的高山区。航路两侧有多座高度在 8000m 以上的山峰。 上海民航职业技术学院毕业设计（论文） 2 1.2.
10、2 高原运行对飞机系统和性能的要求 飞机的飞行活动范围由飞机的环境包线确定。环境包线又称使用限制包线，是考虑到飞机的飞行、结构、动力装置、功能和设备特性的各种限制，确定的飞机允许使用的环境温度和气压高度范围。在包线内，飞机的飞行性能和飞机设备都符合审定的要求。 环境包线给出了飞机在正常情况下的最大起降高度。 典型飞机的最大起降高度为： A319/A320： 9200ft;B737/757： 8400ft。 在座舱高度超出环境包线的最大起降高度，继续增加到一定值之后，会导致客舱旅客氧气罩自动脱落，需要改装飞机客舱旅客氧气面罩自动脱落的新阀值。例如某空客系列飞机这一座舱高度值 14000ft，为在
11、更高高度机场运行，新审定阀值重新设定为 16000ft，从而允许飞机在超过 14000ft 以上的机场进行起降。 航路的飘降分析以飞机净航迹为基础，在最大重量和最坏天气状况下，对飞机在飘降过程中和飘降改平后的飞行进行越障检查。飘降分析结 果是确定可以安全越障的最大起飞重量，即航路安全高度限重；确定航路上发动机失效后可安全越障的临界决策点、航路备降场等。 供氧分析的结果一是确保飞机氧气系统在航路任意一点发生座舱释压后，飞机供氧量能满足法规要求；二是确定航路临界决策点、备降场、紧急下降程序。 高原机场一般常常伴随着飞行性能下降和机场净空条件差的问题，按法规要求必须确保起飞、着陆中出现一发失效情况下
12、的飞行安全。高原机场面临着一发失效后飞机上升 /复飞梯度减小，真空速增大，其结果导致飞机一发失效离场轨迹和复飞轨迹的拉长和降低，为此必须进行专门的越障分 析，确保飞行安全。 【 2】 上海民航职业技术学院毕业设计（论文） 3 第 2 章 高高原对飞机性能影响 高原地区以其不同于平原地区的特性，决定了飞机在这里飞行，必定受到很多影响和限制。高高度对飞机涡轮发动机、低速动力特性以及飞机的起降性能都有着影响。 2.1 涡轮发动机的高原运行 高原地区海拔很高，由于高度造成空气温度和密度都比平原有大幅降低。由于涡轮发动机以其优越的高亚音速经济性能、起飞推力性能和可靠性，广泛应用于大型民航机上。但外界条件
13、对涡轮发动机的性能影响较大。 涡轮发动机的主要使用限制是其排气温度 EGT （ Exhaust Gas Temperature） .涡轮发动机所设计的几个推力通常有：起飞复飞推力（ TOGA，最大连续推力 (MCT）及爬升推力（ CL）。 TOGA 指起飞复飞的最大可用推力。其取证的最大时间：在起飞发生发动机故障时为 10min，所有发动机都工作时为 5min。MCT 是可以在空中无限使用的最大推力，在发动机故障时必须选择，因为受到时间限制 TOGA 不再可用。 CL 表示从爬升阶段至达到巡航高度层间最低可用推力。这里，最大爬升推力大于巡航阶段的最大可用巡航推力。 对于给定的发动机型号，最大起
14、飞推力受到气压高度和环境温度 的影响。气压高度和环境温度的影响是通过影响大气密度的方式进行的。在对流层，空气密度总的是随高度的增加而减小的。由于这种特性，相同的涡轮发动机，压缩相同体积空气，随高度增高而产生的推力减小；或者要产生同样的推力，则须使用更大的功率。而随着起降机场高度的增加，起飞最大推力也在减小。 发动机限制的主要原因是排气温度（ EGT）的限制。在给定的气压高度上，当温度低于所谓的基准温度（ TREF）或平推力温度时，它对发动机的起飞推力没有影响。高于基准温度，发动机的推力受到排气温度（ EGT）的限制。结果可用推力随排气温度上升 而减小。 【 3】 上海民航职业技术学院毕业设计（
15、论文） 4 2.2 高度对起飞性能的影响 起飞的整个过程是从静止状态到爬升至 1500ft，或到完成从起飞构形到航路构形的过渡并达到最后爬升速度的航迹点阶段。这期间分为两个阶段：起飞场 道阶段和起飞航道阶段，两者以爬升高度 35ft 为分界线的。高原高度对两阶段均有不同影响。此外，高原起飞还存在轮速限重和中断起飞等问题。 2.2.1 场道性能影响 空气密度随着海拔升高而降低，一方面，为使飞机离地，达到相同升力所需更大速度（真速），表现在需更长的滑跑距离；另一方面，发动机推力降低，起飞滑跑加速度减小，滑跑，起 飞距离增加。制动时，空气密度降低，真空速大，飞机动能大，飞机停止下来需要更长距离。这些
16、都增加了飞机起飞距离，滑跑距离和中断起飞距离。 表 2.1 B737-700 机场高度对应 TOD 和 ASD PA（ ft） V1（ kt） TOD 全发（ ft） TOD 一发（ ft） ASD（ ft） 0 118.4 3806 4029 4029 3000 119.8 4479 4682 4682 6000 121.9 5391 5564 5564 9000 124.8 6751 6853 6853 12000 128.2 8819 8785 8785 表 2.1 给出对于 B737-700/CFM56-7B24 发动机，相同起飞重量和襟翼档位，国际标准大气下，起飞距离和起飞滑跑距离随
17、海拔高的变化，由表中数据可以看出，海拔的升高对飞机的起飞距离和起飞滑跑距离都有极大影响，随着海拔的升高，这两个距离都大幅增加，如拉萨贡嘎机场（机场标高 3569m），起飞距离和起飞滑跑距离均为海平面机场的 2 倍还多。 【 4】 2.2.2 轮速限重 飞机起飞滑跑，机轮高速转动，如转动过快，离心力过大，轮胎会因张力过大而破坏。为防止这种事情的发生，对轮胎规定了使用 的地面限制速度，即最大轮胎速度 V 轮 !。 飞机在地面滑跑阶段，轮胎的最大转速出现在离地瞬间的离地速度 VLOF 它略大于抬轮速度 VR 飞机的升力等于重量。高原运行时，真速增大，可能达到飞机的最大轮胎速度限制。 上海民航职业技术
18、学院毕业设计（论文） 5 因此，高原机场不同于海平面机场的最小操纵速度限制问题，而是轮速限制问题。 2.2.3 中断起飞 中断起飞距离是一发失效中断起飞和全发中断起飞距离中的较大者，一般由飞机制造商依据适航管理当局对飞机的型号审定要求进行修订。由统计数据来看，引起中断起飞的原因，只有大约 25%是有发动机失效引起的。 当以场长限重起飞时，随高度增加， V1 减小，执行中断起飞制动时的剩余跑道长度有所缩短。使用中断起飞技术，制动距离将比正常着陆使用最大自动刹车挡位短，不可以用正常着陆制动距离经验来判断中断起飞制动距离。 飞机在中断起飞时使用包括刹车在内的减速措施，刹车系统吸收了飞机的动能转变成自
19、身的热能。这一过程中刹车系统吸收了飞机总动能的一半以上，是主要的减速力量。与此相关的一个速度为最大刹车能量速度 VMBE，指在该速度中断起飞，刹车吸收热能达到其极限值。 FAR 规定， V1 VMBE。利用波音 STAS 软件，以B737-700 机型为例，采用 CFM56-7B24 发动机，在同样的起飞重量 （ 120k1b），得起飞各速度及 VMBE 的变化如表 2.2 所示。 由表中数据可以看出，以表速表示的 VMRE是随高度增加而减小的。 【 7】 表 2.2 B737-700 中断起匕参数随海拔变化 机场压力高度（ ft） V1（ kt） VR（ kt） V2（ kt） VMCG（
20、kt） VMBE（ kt） 0 118.4 121.0 131.0 110.2 194.5 3000 119.8 122.3 130.8 106.7 183.9 6000 121.9 124.3 131.4 103.1 174.1 9000 124.8 126.8 132.1 99.4 165.0 12000 128.2 129.6 133.0 95.1 156.6 2.3 高度对着陆性能的影响 2.3.1 进近复飞与着陆复飞 复飞，就是一个在降落过程中的爬升阶段。复飞爬升分为两种情况：进近爬升和着陆爬升。进近爬升要考虑关键发动机的失效，而着陆爬升则不需要 考虑。 上海民航职业技术学院毕业设计
21、（论文） 6 飞机最终的复飞爬升限重是进近爬升限重和着陆爬升限重中的较小者。由于进近爬升考虑一发失效的情况，而着陆爬升不考虑一发失效，所以，一般而言，对于双发飞机，复飞爬升限重为进近爬升限重，面对于四发飞机，复飞爬升限重为着陆爬升限重。 以下给出 B737-700 高原算例，襟翼进近 15，着陆 30，在同一着陆重量不同高度下的性能参数，如表 2.3 所示。 可见，不管在进近还是着陆阶段，飞机的爬升梯度均随机场压力高度增加而减小。 【 6】 表 2.3 高度对进近和着陆复飞影响 进近爬升 着陆爬升 PA（ ft） 总梯度（ %） 低压涡轮转速（ %） 总梯度（ %） 低压涡轮转速（ %） 0
22、6.95 94.5 12.80 94.6 3000 5.95 95.5 11.13 95.5 6000 4.89 96.6 9.46 96.6 9000 3.85 98.1 7.25 98.1 12000 2.74 98.8 5.85 98.8 2.3.2 着陆场道 现代大型飞机在地面制动段的主要减速措施有刹车、地面扰流板和反推三种。干道面所需着陆距离为飞机沿 3下滑线下滑，从高于着陆表面 50ft、速度不小于 UREF 的一点开始，到完全停 止所经过的水平距离的 1.67 倍。制动使用最大刹车，不使用反推。而湿跑道着陆距离是干道面的 1.15 倍。 随着气压高度增高，一方面使发动机推力及着陆时反推力减小，另一方面真空速增大，飞机接地动能大。这些都使着陆距离增长，或者着陆场长限制的最大着陆重量减小。 襟翼方面，小的襟翼角度使着陆距离增长，刹车热能增加，但复飞爬升梯度增加；反之，大的襟翼角度使着陆距离减小，刹车热能减小，但复飞爬升梯度减小。 跑道坡度影响方面，上坡缩短着陆距离，下坡则相反；飞行技术方面，着陆参数偏差也极大影响着陆距离。 进场速度（ 50ft 处 速度）大及进场高度（标准进场高度为 50ft）高，都会使着陆距离增长，空中飘飞距离增长。
