本文來源:airbus.com
我僅僅只是進行了簡單的翻譯
發動機推力管理 - 起飛時的推力設定
FCOM標準操作程序(SOP)為飛行機組人員在起飛時的推力應用提供了具體指導。
本文解釋了為什麼在起飛時推力應用需要兩步,以及為什麼在順風或明顯的側風條件下應該採取一些額外的步驟。它還提供了建議,以確保在起飛滑跑期間對飛機進行最佳橫向控制,以及如果在低速時遇到推力不對稱事件,該如何應對。
一個事件的分析
事件描述
一架安裝IAE發動機的A320飛機使用Flex Thrust進行靜態起飛。當地時間是晚上10點40分,跑道乾燥,風力可以忽略不計,外界氣溫達到33°C。當飛機在跑道上排隊時,左右推力杆的位置略有不同,導致以下發動機壓力比(EPR)和N2值:
飛行員飛行(PF)將兩個推力杆向前移動並在CLB位附近暫停約3秒,其中EPR和N2增加到以下值:
最終,PF鬆開剎車並將推力杆向前移動到FLX位。發動機2比發動機1加速更快,並且由此產生的推力不對稱導致飛機向左轉向。PF試圖通過應用右舵輸入和延遲推力杆以減少兩個發動機的推力來恢復軌跡。因此,這導致飛機向右急轉彎。PF應用差動推力與左舵踏板和舵柄輸入相結合。這導致飛機在繼續加速的同時急劇轉向左側。PF再次響應以使用完全右舵輸入並結合不對稱制動並使用最大反推力裝置以試圖阻止飛機。飛機最終停在離跑道左側300米處的跑道左側(圖1)。在此期間,地面速度不超過31節。
(圖1)從飛機軌跡的上方觀察
事件分析
這一事件的根本原因是由於在低速時推力不對稱快速增加,從而導致在初始起飛階段橫向控制飛機困難。我們將在下文中分析這種現象,並解釋飛行員如何確保推力對稱增加,以便在早期起飛滑跑中減輕飛機的橫向控制。
為什麼飛機發動機在起飛時會不對稱加速?
在所有噴氣發動機上,特別是在高旁通比發動機上,發動機加速曲線不是線性的(圖2)。它遵循發動機控制定律,該定律是以降低發動機失速風險的方式優化加速度。它還考慮了安裝在飛機上的發動機位置的影響以及由於靠近地面和周圍的飛機結構而對發動機進氣口的氣流的影響。
(圖2)典型的發動機加速曲線。
由於製造公差,每台發動機都有自己的性能水平。此外,由於磨損和老化,發動機性能隨著時間而演變。因此,即使安裝了新發動機,飛機上的加速度曲線也可能在發動機上略有不同(圖3)。
(圖3)發動機加速曲線之間的差異。
同樣,慢車推力在一個發動機與另一個發動機之間可能略有不同,在圖表上將加速度曲線向左移動(圖4)。
(圖4)發動機慢車轉推力之間的差異。
考慮到這兩個因素,如果機組人員直接從慢車推力施加起飛推力而不進行任何穩定步驟,則發動機加速性能的差異可能導致強烈的不對稱推力狀態(圖5),由於低速時方向舵的有效性有限,推力不對稱造成的飛機橫向偏轉可能很難用前輪轉彎來抵消。
(圖5) 沒有推力穩定步驟的直接起飛推力應用可能產生強烈的推力不對稱,可能難以抵消
在起飛時確保推力對稱增加
FCOM標準操作程序
為了避免這種潛在的強推力不對稱性,FCOM 的起飛SOP提供了一個程序,要求飛行員在應用起飛推力(圖6)時分兩個不同的步驟,並對某些在順風或明顯的側風條件下運行的飛機提供一些額外的指導。
(圖6)根據發動機類型,A320飛機起飛時的標準推力設定程序示例。
為什麼飛行員應該分兩步推力起飛?
穩定步驟確保所有發動機達到轉速值,發動機推力的增加將幾乎相同(圖7)。在發動機製造商的協作下,針對每種發動機類型在飛行測試活動期間定義N1 / EPR / THR穩定值。
(圖7) 使用穩定步驟,潛在的推力不對稱性在穩定之前仍然受到限制,並且兩個發動機幾乎同時從t s加速。
不對稱推力在飛機上的具體情況
在某些情況下,不對稱推力會發生在跑道上起飛的飛機上。如果飛行員在沒有首先進行發動機推力穩定步驟的情況下應用起飛功率,則由於發動機從已經非常不同的旋轉速度加速,所產生的不對稱推力條件可能很明顯。
這就是為什麼在發動機從慢車初始加速之後的推力穩定步驟是重要的,以避免在起飛滑跑的早期階段引起強烈的推力不對稱條件。
靜態起飛或滑跑起飛?
FCOM描述了靜態起飛的程序,但也允許滑跑起飛。
在靜態起飛期間, 一旦所有發動機達到穩定轉速值,剎車在ts (圖7)處釋放,因此,飛機不受在t 0和t s之間可能發生的任何潛在推力不對稱的影響。
如果進行滑跑起飛,機組人員還必須遵守穩定步驟。當飛機正在滑跑以抵消在t 0和ts之間的穩定階段期間經歷的任何推力不對稱時,飛行員使用相反的方向舵踏板輸入。在當發動機轉速較低時,潛在的推力不對稱性仍然限制在發動機穩定階躍值以內。
為什麼在順風或明顯的側風條件下需要額外的推力設置?
在順風和明顯的側風條件下,進入發動機的氣流被改變(圖8)。一些擾動可能出現在發動機入口的前緣的下游,並且如果擾動的氣流進入發動機的核心機,則可能導致發動機失速。
(圖8)影響風扇和發動機核心機的典型氣流以及相關的氣流擾動。
在順風或明顯側風的情況下,FCOM推力設定程序分為兩步:
提示
對於安裝Rolls Royce TRENT發動機的A330和A380,FCOM程序不要求飛行員在順風或明顯側風的情況下在發動機穩定步驟和起飛推力之間應用漸進推力設置。發動機控制邏輯在這些飛機的起飛滑跑期間自動管理髮動機推力。
配備ROLLS ROYCE和IAE發動機的飛機的特殊性
在配備Rolls Royce或IAE發動機的飛機上,當在低於一定速度的地面上時,「禁區」可防止發動機在特定的N1 / EPR範圍內穩定運行(圖9),以防止風扇不穩定。在穩定步驟之後逐步施加起飛推力期間,飛行機組應確保推力杆連續且同時前進。如果一個推力杆在另一個之前移出禁區,則推力杆的移動速度太慢可能導致發動機加速不對稱。
(圖9)配備IAE發動機的A320飛機上的禁區示例
如果在起飛滑跑期間低速發生不對稱推力怎麼辦?
在起飛時出現非對稱推力事件的情況下,如果使用前輪轉向無法抵消轉向力矩,則機組人員應拒絕起飛。
應採用FCTM「低速發動機故障」中描述的技術:
飛行員飛行與飛行員監控之間的溝通
在起飛滑跑期間,PM的關鍵作用是監控發動機推力。PM必須監測低於80節的N1 / EPR,並在所有發動機達到起飛推力時宣布「THRUST SET」。如果觀察到任何推力不對稱,PM必須立即通知PF,並且可以視情發出中斷起飛指令。
飛行中的其他建議
本文開頭描述的事件也是想藉此機會,向飛行機組人員提供一些便於橫向控制飛機的建議。
在起飛滑跑的早期階段側杆輸入
(A380除外) - FCOM還要求飛行員應用半前進側杆輸入,或者如果有順風或明顯側風,則進行全向前輸入,高達80kt IAS以對抗推力應用的機頭效應然後釋放逐漸輸入到達100kt的側杆中立位置。這將增加前輪上的負載,以幫助對飛機進行方向控制。
座椅位置和踏板調節
在起飛滑跑道的低速部分期間,由於飛行機組人員只能依靠前輪轉彎和最後延伸的差速制動以保持對準跑道中心線,因此他們必須確保它們(座椅位置和踏板)正確就位。一旦開始中斷起飛時,飛行員應該能夠將方向舵踏板移動到其最大偏轉位置並同時施加最大人工剎車制動。
不正確的踏板調節可能使飛行員在需要時難以應用差速制動。如果踏板離飛行員太遠,它甚至可能導致相反的差速制動。
有關調整以獲得最佳飛行員座椅位置的更多信息,請參閱FCTM和2018年1月發布的「你是否正確就座」文章。
為了確保飛機的發動機在起飛滑跑的早期階段同時加速,飛行機組必須等待所有發動機達到穩定步驟,然後才能推進推力杆以指揮起飛推力。如果飛行員在沒有觀察到穩定步驟的情況下直接從慢車施加起飛推力,則發動機可能以不同的速率加速,這將導致不對稱的推力情況,這可能難以抵消並且可能導致橫向偏出跑道事件。
在順風或明顯的側風的情況下,從穩定步驟到起飛推力的發動機推力的逐漸增加,將允許飛機的逐漸加速以抵消發動機入口處的扭曲氣流的影響並且避免內部的氣流擾動。可能導致發動機停轉的發動機。
在尾風或明顯的側風情況下,從穩定轉速到起飛推力的發動機推力的逐漸增加將允許飛機逐漸加速,以抵消發動機進口氣流扭曲的影響,避免發動機內部的氣流擾動可能導致的發動機失速。
如果在起飛滑跑期間遭遇以低速非對稱推力狀況,並且機組人員無法通過方向舵踏板輸入來抵消它,則必須使用所有反推力裝置來中斷起飛,並且可能需要應用差速制動以使飛機安全停下。
我是尾巴
雖然是一篇空客官方的文章,但是波音飛機同樣適用。
以737NG飛機為例,起飛的穩定N1為40%:
後面將分享一起實際案例。