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[70-80发动机CFM56-7] 发动机推力管理 - 起飞时的推力使用

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东航中国民航大学在线王实名认证人气写手荣誉顾问解疑达人

发表于 2019-7-11 12:25:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
分享即成长。大家好,欢迎关注阮工频道

本文来源:airbus.com
我仅仅只是进行了简单的翻译

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发动机推力管理 - 起飞时的推力设定

FCOM标准操作程序(SOP)为飞行机组人员在起飞时的推力应用提供了具体指导。
本文解释了为什么在起飞时推力应用需要两步,以及为什么在顺风或明显的侧风条件下应该采取一些额外的步骤。它还提供了建议,以确保在起飞滑跑期间对飞机进行最佳横向控制,以及如果在低速时遇到推力不对称事件,该如何应对。


一个事件的分析

事件描述

一架安装IAE发动机的A320飞机使用Flex Thrust进行静态起飞。当地时间是晚上10点40分,跑道干燥,风力可以忽略不计,外界气温达到33°C。当飞机在跑道上排队时,左右推力杆的位置略有不同,导致以下发动机压力比(EPR)和N2值:
  • ENG 1:1.01 EPR 61%N2
  • ENG 2:1.03 EPR 75%N2


飞行员飞行(PF)将两个推力杆向前移动并在CLB位附近暂停约3秒,其中EPR和N2增加到以下值:
  • ENG 1:1.03 EPR 78%N2
  • ENG 2:1.24 EPR 91%N2


最终,PF松开刹车并将推力杆向前移动到FLX位。发动机2比发动机1加速更快,并且由此产生的推力不对称导致飞机向左转向。PF试图通过应用右舵输入和延迟推力杆以减少两个发动机的推力来恢复轨迹。因此,这导致飞机向右急转弯。PF应用差动推力与左舵踏板和舵柄输入相结合。这导致飞机在继续加速的同时急剧转向左侧。PF再次响应以使用完全右舵输入并结合不对称制动并使用最大反推力装置以试图阻止飞机。飞机最终停在离跑道左侧300米处的跑道左侧(图1)。在此期间,地面速度不超过31节。

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(图1)从飞机轨迹的上方观察

事件分析
这一事件的根本原因是由于在低速时推力不对称快速增加,从而导致在初始起飞阶段横向控制飞机困难。我们将在下文中分析这种现象,并解释飞行员如何确保推力对称增加,以便在早期起飞滑跑中减轻飞机的横向控制。

为什么飞机发动机在起飞时会不对称加速?
在所有喷气发动机上,特别是在高旁通比发动机上,发动机加速曲线不是线性的(图2)。它遵循发动机控制定律,该定律是以降低发动机失速风险的方式优化加速度。它还考虑了安装在飞机上的发动机位置的影响以及由于靠近地面和周围的飞机结构而对发动机进气口的气流的影响。

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(图2)典型的发动机加速曲线。

由于制造公差,每台发动机都有自己的性能水平。此外,由于磨损和老化,发动机性能随着时间而演变。因此,即使安装了新发动机,飞机上的加速度曲线也可能在发动机上略有不同(图3)

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(图3)发动机加速曲线之间的差异。

同样,慢车推力在一个发动机与另一个发动机之间可能略有不同,在图表上将加速度曲线向左移动(图4)

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(图4)发动机慢车转推力之间的差异。

考虑到这两个因素,如果机组人员直接从慢车推力施加起飞推力而不进行任何稳定步骤,则发动机加速性能的差异可能导致强烈的不对称推力状态(图5),由于低速时方向舵的有效性有限,推力不对称造成的飞机横向偏转可能很难用前轮转弯来抵消。

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(图5)  没有推力稳定步骤的直接起飞推力应用可能产生强烈的推力不对称,可能难以抵消




在起飞时确保推力对称增加

FCOM标准操作程序
为了避免这种潜在的强推力不对称性,FCOM 的起飞SOP提供了一个程序,要求飞行员在应用起飞推力(图6)时分两个不同的步骤,并对某些在顺风或明显的侧风条件下运行的飞机提供一些额外的指导。

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(图6)根据发动机类型,A320飞机起飞时的标准推力设定程序示例。

为什么飞行员应该分两步推力起飞?
稳定步骤确保所有发动机达到转速值,发动机推力的增加将几乎相同(图7)。在发动机制造商的协作下,针对每种发动机类型在飞行测试活动期间定义N1 / EPR / THR稳定值。

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(图7)  使用稳定步骤,潜在的推力不对称性在稳定之前仍然受到限制,并且两个发动机几乎同时从t s加速。

不对称推力在飞机上的具体情况
在某些情况下,不对称推力会发生在跑道上起飞的飞机上。如果飞行员在没有首先进行发动机推力稳定步骤的情况下应用起飞功率,则由于发动机从已经非常不同的旋转速度加速,所产生的不对称推力条件可能很明显。
这就是为什么在发动机从慢车初始加速之后的推力稳定步骤是重要的,以避免在起飞滑跑的早期阶段引起强烈的推力不对称条件。

静态起飞或滑跑起飞?
FCOM描述了静态起飞的程序,但也允许滑跑起飞。
在静态起飞期间, 一旦所有发动机达到稳定转速值,刹车在ts (图7)处释放,因此,飞机不受在t 0t s之间可能发生的任何潜在推力不对称的影响。 t0
如果进行滑跑起飞,机组人员还必须遵守稳定步骤。当飞机正在滑跑以抵消在t 0ts之间的稳定阶段期间经历的任何推力不对称时,飞行员使用相反的方向舵踏板输入。在当发动机转速较低时,潜在的推力不对称性仍然限制在发动机稳定阶跃值以内。

为什么在顺风或明显的侧风条件下需要额外的推力设置?
在顺风和明显的侧风条件下,进入发动机的气流被改变(图8)。一些扰动可能出现在发动机入口的前缘的下游,并且如果扰动的气流进入发动机的核心机,则可能导致发动机失速。

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(图8)影响风扇和发动机核心机的典型气流以及相关的气流扰动。

在顺风或明显侧风的情况下,FCOM推力设定程序分为两步:
  • 第一步是通过使用稳定步骤确保发动机对称地增加其推力。
  • 第二步是飞机的加速,飞行员从稳定转速逐渐增加推力以达到起飞推力。飞机加速前进动量产生的相对风,抵消了侧风或顺风引起的气流扰动,从而降低了发动机失速的风险和相关推力不对称的风险。






提示

对于安装Rolls Royce TRENT发动机的A330和A380,FCOM程序不要求飞行员在顺风或明显侧风的情况下在发动机稳定步骤和起飞推力之间应用渐进推力设置。发动机控制逻辑在这些飞机的起飞滑跑期间自动管理发动机推力。



配备ROLLS ROYCE和IAE发动机的飞机的特殊性

在配备Rolls Royce或IAE发动机的飞机上,当在低于一定速度的地面上时,“禁区”可防止发动机在特定的N1 / EPR范围内稳定运行(图9),以防止风扇不稳定。在稳定步骤之后逐步施加起飞推力期间,飞行机组应确保推力杆连续且同时前进。如果一个推力杆在另一个之前移出禁区,则推力杆的移动速度太慢可能导致发动机加速不对称。

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[color=rgb(0, 0, 0) !important](图9)配备IAE发动机的A320飞机上的禁区示例

如果在起飞滑跑期间低速发生不对称推力怎么办?
在起飞时出现非对称推力事件的情况下,如果使用前轮转向无法抵消转向力矩,则机组人员应拒绝起飞。
应采用FCTM“低速发动机故障”中描述的技术:
  • 立即将所有推力杆减少到IDLE
  • 选择所有反推
  • 使用方向舵踏板进行方向控制,并在需要时辅以对称或差动刹车


飞行员飞行与飞行员监控之间的沟通
在起飞滑跑期间,PM的关键作用是监控发动机推力。PM必须监测低于80节的N1 / EPR,并在所有发动机达到起飞推力时宣布“THRUST SET”。如果观察到任何推力不对称,PM必须立即通知PF,并且可以视情发出中断起飞指令。



飞行中的其他建议
本文开头描述的事件也是想借此机会,向飞行机组人员提供一些便于横向控制飞机的建议。

在起飞滑跑的早期阶段输入侧杆
(A380除外) - FCOM还要求飞行员应用半前进侧杆输入,或者如果有顺风或明显侧风,则进行全向前输入,高达80kt IAS以对抗推力应用的机头效应然后释放逐渐输入到达100kt的侧杆中立位置。这将增加前轮上的负载,以帮助对飞机进行方向控制。

座椅位置和踏板调节
在起飞滑跑道的低速部分期间,由于飞行机组人员只能依靠前轮转弯和最后延伸的差速制动以保持对准跑道中心线,因此他们必须确保它们(座椅位置和踏板)正确就位。一旦开始中断起飞时,飞行员应该能够将方向舵踏板移动到其最大偏转位置并同时施加最大人工刹车制动。
不正确的踏板调节可能使飞行员在需要时难以应用差速制动。如果踏板离飞行员太远,它甚至可能导致相反的差速制动。
有关调整以获得最佳飞行员座椅位置的更多信息,请参阅FCTM和2018年1月发布的“你是否正确就座”文章。



[color=rgb(102, 102, 102) !important]为了确保飞机的发动机在起飞滑跑的早期阶段同时加速,飞行机组必须等待所有发动机达到稳定步骤,然后才能推进推力杆以指挥起飞推力。如果飞行员在没有观察到稳定步骤的情况下直接从慢车施加起飞推力,则发动机可能以不同的速率加速,这将导致不对称的推力情况,这可能难以抵消并且可能导致横向偏出跑道事件。
[color=rgb(102, 102, 102) !important]在顺风或明显的侧风的情况下,从稳定步骤到起飞推力的发动机推力的逐渐增加,将允许飞机的逐渐加速以抵消发动机入口处的扭曲气流的影响并且避免内部的气流扰动。可能导致发动机停转的发动机。
[color=rgb(102, 102, 102) !important]在尾风或明显的侧风情况下,从稳定转速到起飞推力的发动机推力的逐渐增加将允许飞机逐渐加速,以抵消发动机进口气流扭曲的影响,避免发动机内部的气流扰动可能导致的发动机失速。
[color=rgb(102, 102, 102) !important]如果在起飞滑跑期间遭遇以低速非对称推力状况,并且机组人员无法通过方向舵踏板输入来抵消它,则必须使用所有反推力装置来中断起飞,并且可能需要应用差速制动以使飞机安全停下。

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我是尾巴
虽然是一篇空客官方的文章,但是波音飞机同样适用。
以737NG飞机为例,起飞的稳定N1为40%:
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后面将分享一起实际案例。

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