飞机持续进近阶段燃油消耗及排放物的研究

魏娜 朱芳

一、引言

传统的航空器进近方式是从巡航高度阶梯式下降到地面，在每一阶段，飞行员都要调整发动机的推力以拉平飞行器。持续进近技术使飞行员以最佳的怠速在较长航行距离上缓缓落地，而不是下降、保持高度、加大马力、再下降、再保持高度……直至接触地面。通常一般的持续进近程序在大约7000英尺高度就开始以3度开始进近，使用更加平滑的下降曲线到达跑道上，这样削减了阶梯的步骤，也就减少了相应的燃油消耗和污染物的排放量。

飞机在进行持续进近飞行程序时，在开始进近后去除了传统阶梯式进近的水平拉直阶段使得发动机可以处于低推力的状态，并且飞机燃油消耗量得到降低，同时也降低了飞机发出的噪音。因为飞机在进近时要拉平，所以飞行员必须要控制飞机减速，使飞机抬头，那么相应的飞机发动机的推力也就必然增大。如果发动机的推力增大了，那么燃油的消耗量就会升高，同时飞机排放物也会增加，并且会使得发动机产生的噪音增加。

由于飞机持续进近在整个进近的过程中没有水平飞行阶段，所以持续进近飞行程序其实与传统阶梯式进近有部分相同。我们研究持续进近程序的目的是使飞机的推力尽可能的低，飞机实施持续进近飞行程序在开始进近后去除了传统阶梯式进近的水平拉直阶段，这使得发动机可以处于低推力状态，并且减少飞机的燃油消耗量，降低飞机发出的噪音。一个理想的持续进近飞行程序是让飞机发动机在整个进近过程中尽量大部分时间处于慢车推力状态。

二、燃油消耗比较

应用2019年某国际机场所测量的关于持续进近和传统进近的燃油消耗数据和排放量数据，建立计算模型做出分析。如图1所示的數据是飞机向跑道降落时在最后180海里所消耗的燃油量。波音757-200型飞机在执行持续进近程序时消耗的燃油量大约为2316英镑，而波音757-200型飞机在执行传统进近程序时所消耗的燃油大约为2431英镑，两者相比较，同样都是波音757-200飞机，在执行持续进近飞行程序平均所消耗的燃油比执行传统进近飞行程序的飞机少了115磅。波音767-300型飞机在执行持续进近飞行程序时消耗的燃油量大约为2941英镑，而执行传统进近飞行程序的波音767-300型飞机平均所消耗的燃油大约为3306英镑，两者相比较，同样是波音767-300飞机，在执行持续进近飞行程序所消耗的燃油量比执行传统进近飞行程序的飞机小号的燃油量少了365磅。飞机在执行传统进近飞行程序消耗更多的燃油是由于为维持飞行高度的需求，飞机发动机需要提供更大的推力以及多出的航段行程增加了飞机的燃油消耗。

三、排放物比较

飞机在飞行中消耗燃油的同时也会产生大量的排放物，民用航空发动机污染排放物有很多，其中最主要污染物有四种：气态的氮氧化物（NOx）、未燃碳氢（UHC）、一氧化碳（CO）和固态颗粒状的烟（Smoke）。飞机在飞行过程中排放物分析的重点是在进近和着陆期间边界层所产生的排放物。通常情况下是在 3000英尺的机场高空，在这个区域确定排放物是因为产生的排放物高出地平面3000英尺对当地的空气质量有重要影响。所有着陆和起飞周期计算对应的国际民航组织排放标准就是混合层延伸从地面到3000英尺地面以上的水平。因此，在这一区域比较持续进近飞行程序和传统进近飞行程序所产生的排放物是可行的。为此，飞行记录器中波音757-200和波音767-300飞机持续进近和传统进近案例中的可用数据用于估算氮氧化物，一氧化碳排放量的比较。在整个飞行过程中从更新率为每秒一次的飞行数据记录器提取燃油流量和飞行状况数据，所提取的参数为时间、压力的高度、校准的空气速度、静态空气温度和燃油流量。

1.氮氧化物排放量的比较

波音757-200和波音767-300飞机执行传统进近飞行程序和持续进近飞行程序所产生的氮氧化物如图2和图3分别按飞行时间和燃油量的消耗进行分析，图中还将PW和RR两家飞机发动机的排放物做了统计。通过分析可以看出，即便是不同类型的飞机或者飞机发动机，只要在相同的条件下，飞机执行持续进近飞行程序所用的飞行时间都比执行传统进近飞行程序所用的时间少，而且飞机执行持续进近所消耗的燃油也比执行传统进近所消耗的燃油少，所以执行持续进近所产生的排放物要比执行传统进近所产生的氮氧化物少。如图4所示，波音757-200产生的氮氧化物平均减少了34.0 %，从1502克减少到991克。波音767-300产生的氮氧化物平均减少了37.8 %，从2812克减少到了1750克。氮氧化物的排放量大幅度减少并不奇怪，因为是相应的燃油消耗量减少了，所以产生的排放物自然也就相应地减少了。

2.一氧化碳排放量的比较

波音757 - 200和波音767 - 300飞机在执行传统进近飞行程序和持续进近飞行程序时所产生的排放物中的一氧化碳如图5、图6分别按飞行时间和燃油量消耗进行分析，图中还将PW和RR两家发动机的排放物做了统计。通过分析可以看出，即便是不同类型的飞机或者飞机发动机，只要在相同的条件下，飞机执行持续进近飞行程序所用的飞行时间都比执行传统进近飞行程序所用的时间少，而且飞机执行持续进近所消耗的燃油也比执行传统进近所消耗的燃油少，所以执行持续进近所产生的排放物要比执行传统进近所产生的氮氧化物少。

图7所示，波音757-200产生一氧化碳平均减少了42.6%，从1100克减少到631克。由波音767-300产生一氧化碳平均减少了27.1% ，由1401克减少到了1021克。氮氧化物的排放量大幅度减少并不奇怪。因为燃油消耗量减少，所产生的排放物自然就相应地减少。

四、结语

持续进近方式因其可以节省燃油、降低排放、减少噪音等优点受到各航空公司的重视，但在普及应用这一技术的同时需要机场、空管、制造商、运营商、监管当局等多方面的协助，也需要与传统阶梯进近技术进行对比分析，在各种可能情景下验证技术，对持续进近技术需要进行深入系统的理解，为更好地推广该技术，改进空中交通管理，改善航空公司经济性，保护环境，降低噪音提供技术依据。

参考文献：

[1]陈兰英，韩熹路，于善祥.民用航空器燃油排放和燃油采样设备[P].中国专利：CN205981796U，

[2]魏志强，张文秀，韩博.考虑飞机排放因素的飞机巡航性能参数优化方法[J].航空学报，2016（11）.

[3]陈林.我国航空运输LTO阶段和巡航阶段排放量测算与预测[J].北京交通大学学报（社会科学版），2013（04）.

[基金项目：1.广东省高等职业技术教育研究会一般课题“基于职业能力的民航高职机务专业双语教学探索与实践研究”（项目编号：GDGZ17Y035），朱芳主持;2.广州民航职业技术学院校级课题“民航高职院校机务专业双语教学问题研究”（项目编号：17X0115），朱芳主持。]

责任编辑何丽华