发动机双发失效空滑策略研究

2019-01-19SUYi

民用飞机设计与研究 2018年4期

苏翼 / SU Yi

(中国商飞试飞中心，上海 201323)

0 引言

发动机双发失效是最严重、最危险的飞机特情之一，对于部分风险试飞科目，如发动机空中起动包线拓展试飞、负加速度试飞等，由于其特有的试飞操作，大大增加了飞机发生双发失效的概率。一旦飞机出现双发失效特情，飞机的电源系统、液压系统、飞控系统、气源系统、压调系统等关键系统将出现不同程度的降级，同时由于失去动力，飞机将无法保持高度、速度，飞行员需要操纵飞机以有利速度下滑，在有限的时间内尽快寻找合适的机场或开阔场地降落。本文旨在从下滑的剖面和航迹两方面分析飞机失去动力后的返场策略，以期降低双发失效的危险程度。

1 双发失效返场策略

当飞机发生双发失效应急情况时，飞行员需要进行两方面的工作：一是尝试重新起动发动机；二是操纵飞机返场或寻找合适的备降/迫降场地。飞机由于失去动力，将不断损失能量，因此供飞行员反应和思考的时间十分有限。此时，提前做好应急预案，对降低双发失效的风险十分有帮助。

要尽可能避免发生双发失效时飞行员在空中临时计算是否可以空滑至机场或寻找迫降场地，因此提前规划好空滑的策略至关重要。在以往的试验准备中，通常根据飞机的理论计算得到飞机在不同重量、构型下的空滑比，以此作为空滑距离的计算依据，确保飞机能在双发失效的情况下完成返场着陆。本文在此基础上，进行了进一步细化，不仅考虑了垂直剖面的空滑比，也制定了航迹上的标准返场路径，减轻双发失效时飞行员因临时计算和决策带来的额外工作负荷。

飞机大都具备飞行管理系统，并以全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，简称GNSS)为导航源进行导航。飞机若在空中发生双发失效的情况，可参考机场公布的进近程序中的定位点，选择其中的中间进近定位点(Intermediate Fix，简称IF)和最终进近定位点(Final Approach Fix，简称FAF)作为空滑返场的定位点。一旦飞机发生双发失效，则在空域中调整航向直飞IF点，并对正跑道，在IF点到FAF点之间调整飞机构型，在FAF点前后完成构型调整至着陆构型。本文将以临沂机场19号跑道为例，进行空滑策略分析，列出空滑需要考虑的各项要素，包括空滑比、构型调整、定位点高度、空域范围等。

1.1 空滑比

根据不同飞机的设计特点计算得到飞机在不同重量、不同构型下的空滑比，即每个构型下推荐的速度，和在该速度下每损失1 000 ft(1 ft≈0.3m)高度可滑行的地面距离，表1为假定的某型飞机在某个重量下的空滑比和有利速度。

表1 某型飞机在某重量下的空滑比和有利速度

1.2 构型调整

在正常进近的过程中，飞机在FAF点前将完成着陆构型的调整，对正跑道开始建立稳定下滑。飞机在双发失效的特情下返场时，推荐按照同样的思路进行构型调整，这样能够让飞行员尽快对正跑道建立一个稳定的空滑状态，避免在无动力情况下，在低高度频繁操纵飞机。

根据这一思路，参考临沂机场航图19号跑道IF点LY803进行计算，LY803距离跑道端头18.6 km(10 nm)，距离FAF点LY802为8.7 km(4.7 nm)，FAF点LY802距离跑道端头9.9 km(5.3 nm)。在双发失效时，大多数飞机将出现襟缝翼半速甚至1/4速率的情况，故需要根据型号的设计特点，按照双发失效情况下襟缝翼收放到着陆构型的时间进行计算。假设完成襟缝翼收放需要90 s，参考表1此时飞机的进近速度为140 kn，则所需的地面距离约为3.5 nm，故按照该假设可在IF点至FAF点之间完成构型调整。若由于双发失效导致襟缝翼调整时间过长，则可在IF点前开始构型调整，原则上应让飞机在FAF点前完成最终着陆构型的调整。

1.3 定位点高度

除了构型调整以外，还需考虑通过两个定位点IF点和FAF点的高度，以确保通过两个定位点时飞机具备足够的能量返场着陆。依然以临沂机场19号跑道为例，IF点LY803距离FAF点LY802为8.7 km(4.7 nm)，FAF点LY802距离跑道端头9.9 km(5.3 nm)。通过近似处理，将IF点至FAF点的距离均分为数段作为不同的构型调整期，并根据不同构型的空滑比得到构型调整期间的高度损失。

以表1数据为例，在IF点至FAF点期间构型将依次从光洁构型调整到起飞构型、进近构型和着陆构型，故将IF点至FAF点距离均分为3段，每段1.6 nm，并按照下一个构型的空滑比进行计算(更加保守)得到构型调整期间的高度损失如表2所示。

表2 构型调整期间的高度损失

以上计算为近似计算，若构型调整所需时间远小于或者大于飞机在IF点至FAF的用时，则需要考虑延迟或者提前构型调整时机，确保在FAF点完成构型调整又不至于过早完成构型调整而影响空滑距离。

在FAF点以后，飞机已经调整至着陆构型，以表1数据为例，FAF点距离跑道端头5.3 nm，则这段距离需要损失高度3 533 ft。故为了保障飞机能够空滑回机场，过IF点的所需高度为800 ft+941 ft + 1 066 ft + 3 533 ft = 6 340 ft，过FAF点的所需高度为3 533 ft。

1.4 空域范围

发动机空中起动除了需要保持在划设的空域范围内以外，还要受到空滑范围的限制，需要同时满足这两者的要求。按照表1数据，某型飞机在某重量下光洁构型的空滑比是1 000 ft / 2.5 nm，速度185 kn，对于速度比185 kn小的试验点，则需要考虑势能转换为动能，对于速度比185 kn大的试验点，则可以根据势能转化为动能，增加空滑范围。下面以高度21 500 ft，速度320 kn的试验点举例。

此外飞机发生双发失效时，飞行员需要一定的时间反应，才能做出正确的判断和操作，故考虑增加1 000 ft(大约30 s)的额外高度作为反应时间余量。飞机发生双发失效时，还需要调整航向朝着机场飞行，故还需要考虑飞机以特定的坡度进行180°转弯时的高度损失，假定某型飞机以30°坡度进行180°转弯时的高度损失为1 000 ft。

此时可以空滑距离为[16 247 ft(原有势能)-1 000 ft(飞行员反应时间)-1 000 ft(180°转弯)]/1 000×2.5(空滑比)=35.6 nm。得到此时在以IF点为圆心、35.6 nm为半径的范围内，可以满足空滑的范围。应用同样的方法，可以得到不同速度、不同高度条件下的空滑范围。这样在每个试验点执行前，飞行员可根据空滑覆盖范围进行空域调整，此时试验可飞空域则是空滑覆盖范围和试验空域的交联部分。综上，各个试验点可满足飞机空滑回机场的覆盖范围是以IF点LY803为圆心，不同距离为半径的圆形，如图1所示。