民用飞机假设温度减推力起飞研究与仿真

华振

【摘 要】本文基于涡轮发动机通用特性的原理分析了假设温度减推力起飞的理论依据，阐述了假设温度减推力起飞方法的本质，设计了民机假设温度减推力起飞的参数调定及计算方法，并以某民用运输机为例，对其减推力起飞和正常起飞过程进行仿真研究和对比，证明了减推力起飞方案的安全性、可行性和经济性，可为起飞策略的优化提供参考。

【关键词】涡轮发动机通用特性；假设温度 减推力起飞；仿真研究

0 前言

减推力起飞也称灵活推力起飞，是指在一定的起飞条件和飞行环境中，在满足飞机起飞安全性能的前提下，以相对于发动机正常起飞推力较低推力的起飞方式。假设温度减推力起飞也称灵活温度起飞，是目前大型、重型民航飞机最常见的减推力起飞方式。在飞行安全条件允许情况下，采用减推力起飞可降低运行成本、延长发动机使用寿命、降低发动机空中停车率，进而提高安全管理水平。

1 假设温度减推力起飞的原理

1.1 高涵道比民用涡扇发动机的温度特性

高涵道比发动机在使用时为了防止热端部件的超温，常在高温条件下对发动机起飞推力加以限制。某型高涵道比民用涡扇发动机的海平面温度特性如图1所示。

由此看见，当OAT≤T ，涡扇发动机在海平面机场可保持发动机起飞推力为Thrust，此温度即为发动机在对应的大气压力下的推力平台温度。T是相同大气压力（机场）下可保持发动机起飞推力的最高大气温度。平台温度越高，说明该发动机的推力储备越大，推力性能越好。

1.2 环境温度OAT对起飞距离的影响

以某型民用运输机为例，OAT的变化对不同起飞重量的飞机全推力起飞距离TOD的影响关系如图2所示。起飞重量和环境温度的增加都会增加起飞距离，因此如要保持起飞距离不变，在起飞重量与环境温度中的任何一项增大时，必须控制另一项数值减小。此类图线也是确定假设温度的重要依据，由场长和起飞重量决定的最大允许的环境温度T是实施减推力起飞时最高理论假设温度。

1.3 假设温度减推力起飞的本质

假设温度T是一个向发动机控制系统输入的温度参考，并非发动机实际工作的温度。假设温度减推力起飞的本质是，控制系统按照输入的假设温度T查询推力管理计划表，获得该温度下发动机正常起飞推力的目标转速相似值，在温度相对较低的真实环境中，通过降低实际转速来达到与高温度下同样的效果，将相似转速调整到与假设温度下一致的水平，这样也就限制了发动机实际推力。

2 起飞推力参数调定

2.1 假设温度的确定

实施减推力起飞需要确定的最重要的参数是假设温度的值。其选择可参考以下方法。

T为推荐选择的假设温度；T为发动机平台温度；K为动态系数，由飞机、发动机性能衰减情况、飞机附加重量的变化等情况确定，建议在0.4～0.8之间选择；此外，应检查T 选择不可使发动机灵活起飞推力低于正常起飞推力的75%。

2.2 发动机的起飞工作参数计算

实施减推力起飞时，发动机实际工作参数可通过相似换算获得。

3 仿真验证

以某型民用涡扇飞机为例，利用数值仿真的方法对减推力起飞策略进行验证。

起飞条件：无风海平面；标准大气压力；起飞场温度OAT为20℃；起飞重量为295（1000kg），TODA=TORA=3000 （m），由图2可知，该条件下的允许起飞最大限制温度为T=40℃。选择K=0.8，可确定假设温度T=36℃。图3显示了数值仿真的结果，以该假设温度实施减推力起飞的过程中，各主要参数的时间历程，并与OAT=20℃的正常起飞的情况进行了对比。

根据以上仿真验证可知，按以上方案实施减推力起飞，起飞距离、起飞速度、离地姿态、爬升梯度等各项性能均满足适航规定，并且减推力值未超过25%，因此该方案是安全的。虽然减推力起飞会使飞机加速性能减弱，使用跑道长度增加，但同时也使发动机物理转速均明显降低、涡轮前温度显著减小，因而对于提高民机发动机使用和维护的经济性是有益的。

4 结论

本文分析了假设温度减推力起飞的原理和起飞推力参数调定的方法，并以某型民用大涵道比涡扇飞机为例，通过数值仿真验证了该减推力起飞方案是可行和有益的，为民用飞机起飞策略的优化研究提供了参考。

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[责任编辑：杨玉洁]