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飞机爬升性能详解:陡升速度与快升速度的对比分析

创作时间:
作者:
@小白创作中心

飞机爬升性能详解:陡升速度与快升速度的对比分析

引用
1
来源
1.
https://acgsir.com/?p=5851

飞机的爬升性能是航空领域的重要研究课题,它关系到飞行的安全性和经济性。本文将为您详细讲解飞机爬升性能的相关知识,包括陡升速度(VX)、快升速度(VY)等概念,并重点介绍A320系列飞机的爬升方式和相关参数。

基本概念

讲解爬升性能,首先了解以下飞机是如何爬升的。
从飞机起飞结束(1500英尺)到达规定的巡航速度和
高度的过程,称航线爬升。民航运输机典型航线上升程序为:在中低空保持等表速上升,在高空保持等M数上升。

根据飞机的爬升性能,需要明确两个参数,分别对应两个概念

1、陡升速度(VX)
上升梯度:飞机上升高度与前进的水平距离之
比,等于上升角的正切值。上升梯度(上升角)大,说明通过同样的水平距离,飞机上升的高度高,飞机的越障能力强。我们把能获得最大上升角和最大上升梯度的速度称为陡升速度(VX)。

2、快升速度(VY)
上升率:飞机上升中单位时间所上升的高度。
飞机的上升率越大,说明飞机上升到同一高度的时间最短,飞机的上升性能好。我们把能获得最大上升率的速度称为快升速度(VY)。

典型的上升刨面

  • A段:飞机的起飞及起飞场道和航道阶段,这一阶段属于起飞阶段。
  • B段:从1500ft上升到10000ft,表速保持250海里/小时。
  • C段:在10000ft高度平飞加速到上升速度290。
  • D段:以选定的上升速度,按选定的上升方式,以等表速或等M数上升到上升顶点即初始巡航高度这一段实际上就是不同爬升方式的主要区别所在。
  • E段:在初始巡航高度上加速到巡航速度,爬升过程到此结束。
  • F段:巡航段。

A320系列运行涉及到的速度

陡升速度(最大爬升梯度速度):绿点速度

陡升方式爬升,飞机CL推力用于爬升,仅在能够维持安全速度的前提,其余能量用于爬升。速度尽量小,对于320系列飞机就是就是绿点速度。

快升速度(最佳爬升率速度):经验法则颠簸速度

快升方式爬升,用这种上升方式上升,航班占用航道的时间也最短,有利于提高航道的利用率,减缓空中交通拥挤现象;当然也在一定程度节省了燃料消耗。飞机是如何省油的呢——简化模型,我们假设爬升过程中都是CL推力,燃油消耗率恒定,那么最佳爬升率速度也就意味着飞机最快到达巡航高度,单位耗油率恒定,那么时间最短也就意味着用油最少。CI为0时就考虑了最多燃油成本最少的时间成本,这时候的管理速度就是最佳爬升率速度

考虑到大多航空公司CI>0,所以最佳爬升率速度在FCOM 正常程序中提到在绿点与经济速度之间;FCTM中指出介于经济爬升速度和绿点之间,由于 PFD 上无该速度的指示,- 条好的经验法则就是使用颠簸速度以达到最大爬升率。相对来说 270/300/.76 并不精确 可能空客更倾向于机组使用管理的经济速度 空客官方性能文件中指出:

但目前成本指数无机组修正程序,那么如何计算 CI=0 时的管理速度呢?对于亚音速客机,
一个普遍粗略计算公式即:

最大爬升率速度= 最大爬升梯度速度×1.3 =绿点速度x1.3

管理速度(经济速度)

FMGS 计算的管理爬升速度提供最经济的爬升剖面,因为它考虑了重量、实际和预测风、ISA 偏差及成本指数(CI)。管理爬升速度也考虑了所有速度强制,例如:默认速度限制为 250 kt,直至 10000 ft。由于考虑了燃油成本和时间成本,所以更符合公司运行更加经济。

减功率爬升:V/S方式

一般319、320NEO系列飞机还是比较常用的,由于涵道比更大,低空有更好的性能进近区域内飞机较多选择一个稍微偏小的V/S爬升减少触发TCAS风险。还为了降低发动机涡轮温度,从而降低发动机疲劳载荷、延长发动机寿命,减小发动机维护费用。

加速爬升

目标爬升速度变为绿点速度(本质是减速度爬升),类似逆时针拧一 把速度,消失动能转换
为势能,这仅适用于短时策略情况,即越障或与目标高度相差不大时选择。

同时也存在一定风险:

  1. 当使用 THR CLB/OPEN CLB. 减小速度会增加上升率。当与目标高度过近且上升率较大时,易有 ALT*末截获风险;
  2. 当减速爬升获得大上升率,并截获高度时,FMA 变更为 SPEED /ALT* ,此时优先垂直轨迹即高度截获,导致维持较大上升率而速度可能衰减明显,进入VLS.

风险建议与总结

风险

  1. 与目标高度问隔较小时,不推荐减速 OPEN CLB;
  2. 大上升率将要高度截获 ALT*时不建议选择 VS 控制上升率,易在截获高度后误选择 VS 导致突破高度

使用快升速度与减速度爬升的临界点应当是:

(快升上升率-小速度上升率)x爬升至目标高度分钟数>(减速爬升上升率-快升上升率)x減速所用分钟

即:快升速度在时间上的累计优势高于减速度爬升累计优势

小结

陡升速度爬升:优点越障性能好
缺点爬升时间长,增加了飞行时间,高高度容易进入VLS

快升速度爬升:颠簸速度orCI=0的管理速度or1.3x绿点速度
优点爬升率大
缺点颠簸时可能大于点播速度

经济速度爬升:优点综合环境飞机参数,更经济环保
缺点颠簸时可能大于颠簸速度,易造成超速风险

加速爬升:减速的OP CLB
优点爬升率大
缺点需要一直减速,过大爬升率截获高度易产生突破高度风险

不忘飞行初心 牢记安全使命

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