温度天气事件下改进爬升起飞在一般高原机场的应用——以B737-700大理机场起飞为例

张 序，罗凤娥，李家南，黄宇杰，俎振洲

（1.中国国际航空股份有限公司运行控制中心西南分控中心，成都610202；2.中国民航飞行学院a.空中交通管理学院；b.航空运行专业技术及人才培养研究所，四川广汉618307）

随着夏季到来，大气温度逐渐升高，造成运输类飞机性能衰减。由于运行机场的高海拔、高气温特征，运输类飞机为满足离地性能和越障要求，所需速度要求会偏大。在高原、高高原机场，海拔越高，空气密度小，特别高温天气背景下，飞机起飞离地速度会增大，极易出现轮胎速度超限的情况。受地势的影响，我国西部地区分布较多的一般高原机场和高高原机场[1]，因此如何做好高温、高海拔机场飞机性能衰减背景下的飞行安全是业内学者的研究重点之一。

1 改进爬升的定义及对飞行的影响

改进爬升是指：当爬升梯度限制的最大起飞重量小于场地限制的最大起飞重量时，可以利用富余的跑道继续增速，使运输类飞机的离地速度比正常的离地速度大，这样起飞初始上升速度更接近陡升速度，使运输类飞机可以接近最大上内升角上升，在保障法规规定的最低上升梯度的情况下可以增加运输类飞机的最大起飞重量。改进爬升并不是以增加发动机推力来加大爬升和越障性能，而是通过增加V1、V2的速度来达到的，直白的说，就是用速度来换取爬升率，用跑道长度换爬升率，而不是用发动机的推力来实现。

较大的起飞重量、顺风起飞、高温天气、起飞技巧、抬头时机、以及机场海拔高度等，这些因素在运输类飞机起飞时会导致轮胎会超过速度限制。起飞重量越大，相对应的V1、Vr、V2速度越大，在昆明机场，不使用改进爬升和假设温度减推力情况下，外界温度30℃，起飞重量131 000 LB对应的速度为136 kt、136 kt和139 kt。起飞重量超过139 000 LB就得使用改进爬升，对应的V1、Vr、V2速度分别为152 kt、155 kt和158 kt，所以，针对温度较高的高海拔机场，温度越高，所需速度越大。同样以昆明机场为例，起飞重量为131 900 LB，外界温度为 27℃时，对应的 V1、Vr、V2速度分别为 137 kt、138 kt和141 kt。外界温度为30℃时，就得使用改进爬升才能满足飞机性能，对应的V1、Vr、V2速度达到152 kt、155 kt和158 kt。

2 本文研究标本简介

2.1 大理机场周边障碍物及机场跑道简介

大理机场是民用4C级机场，机场跑道编号17/35，机场可用起飞滑跑距离、可用起飞距离、可用加速停止距离和可用着陆距离均为2 600 m。机场周边对飞行造成影响的障碍物主要为山脊，东靠群山、西临点仓山，东侧净空较差，南北两端净空稍好，位于跑道中心磁方位194°、8.6 km处的凤山海拔高度2 340 m，对起飞影响较大，位于跑道中心磁方位035°、4.8 km处的大青山海拔高度2 603 m，对着陆影响较大，机场半径50 km范围内最高障碍物是海拔4 122 m的苍山马龙峰。

2.2 大理机场气象特点

大理机场在每年的11月到次年4月会有较明显的大风天气，年平均风速在5.3 m/s，最大瞬时风速达到29 m/s，夏季（6月-9月）对飞行造成影响的天气主要是雷雨等对流天气或低云低能见度天气。课题组首先梳理大理机场2007年-2015年气象资料中月平均气温变化趋势（图1）和2020年6月24日世界协调时当天大理机场在全天温度变化趋势（图2），分析得出，大理机场全年平均气温均偏高，不易出现低温凝冻天气，但偏高的温度在较偏短跑道上的起飞和着陆方面飞机性能影响较大，特别是夏季日最高温度可达到30℃左右，对运输类飞机在该机场的起飞全重和着陆滑跑距离必定造成影响。

图1 大理机场月气温变化趋势

图2 大理机场日平均温度变化趋势（2020年6月24日世界协调时）

2.3 B737-700飞机简介

本文研究的B737-700机型安装的发动机型号为CFM56-7B24，客舱布局包含8个头等舱，120个普通舱，鲨鳍小翼，飞机油箱的最大容积为20 689 kg，可用业载达到14 285 kg，不考虑性能限制重量的情况下结构限制的最大滑行重量70 306 kg，最大起飞重量70 080 kg，最大着陆重量58 604 kg，最大无油重量54 657 kg。

3 “大理-郑州”航线签派放行过程研究

本文研究以波音B737-700飞机在温度天气事件下从大理机场起飞的性能分析过程，结合2019年4月22日修订完成的第五版《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》[2]（简称：CCAR-121-R5），以“大理-郑州”航线为案例研究标本，依据民航局相关政策、法规[3-5]要求，展开一般高原机场起飞的性能计算和研究。

3.1 “大理-郑州”航线数据

依据民航局“航线资料汇编”的相关数据，“大理-郑州”的航线数据为“DAL W162 BUBSU H90 SGM W144 KAKMI G212 FJC H154 WFX W29 TOREG H142 NSH W152 UGSUT H11 SHX H20 P134 H103 P52”，航路的最低安全高均未超过4 300 m的限制，不属于高原航线，可以不用制定专门的一发失效飘降和座舱释压紧急下降的相关程序[6]。

3.2 目的地郑州机场附近可用备降场情况

研究标本的目的地机场为郑州机场为4F级国际民用机场，地处河南省郑州市，作为中原区域的枢纽机场，据不完全统计，郑州机场周边可作为B737-700使用的备降场（表1）接近20个。

表1 郑州机场周边可用备降场情况（单位：海里）

3.3 签派放行油量局方的规章要求

从CCAR-121-R5和《航空器机场运行最低标准的制定与实施规定》[7]（以下简称：CCAR-97FSR1）对机场油量政策、航线规划等……做出了明确规定，这些规章都适用于本条航线的签派放行工作。从天气的情况可知，目的地机场满足采用盲降着陆的要求，制作飞行计划的过程中准备选取天气稳定可靠、距离适中、无影响飞行的武汉机场和济南机场为备降场，经过后台计算，可得到航班的签派放行计划单，详细的飞行计划如表2所示。

表2 “大理—郑州”机场油量政策（单位：kg）

可以看出，航班的预计起飞燃油为10 863 kg，航班的起飞重量受航空器结构限制重量和性能限制中的共同影响，在完成航班签派放行工作后，需要完成航班起飞性能的查阅，经过对大理机场17号跑道和35号跑道的性能分析，得到相关数据如下。

结合大理机场的气象资料，经过分析可知，飞机在大理机场17号跑道起飞，起飞襟翼状态为5°，气象实况显示外界温度28℃，修正海压1 018 hPa，风向风速为250°9 m/s，拟合为顶风1.56 kt，得到在17号跑道性能限制的最大起飞重量为56 630 kg，同理，如果采用35号跑道起飞，35号跑道性能限制的最大起飞重量为57 616 kg，均小于计算机飞行计划里计算得出的航班起飞重量59 201 kg，由此航班需要修改签派放行计划。

选择较近的目的地机场和采用改进爬升形式是常用的方式，经过对改进爬升形式的性能计算，得到了大理机场17号和35号跑道在改进爬升条件下的性能分析（表5、表6）。

表3 大理机场17跑道起飞性能分析

表4 大理机场35跑道起飞性能分析

表5 大理机场17跑道采用改进爬升形式起飞性能分析

表6 大理机场35跑道采用改进爬升形式起飞性能分析

在同样的气象条件下，采用改进爬升的形式17号跑道最大起飞全重为57 735 kg，35号跑道最大起飞全重为59 490 kg，可以建议机组采用35号跑道改进爬升形式起飞。

表7 调整后“大理—郑州”机场油量政策（单位：kg）

4 运行控制建议和飞行操作建议

4.1 运行控制建议

如果在签派放行工作涉及一般高原机场在高温事件下的性能衰减，签派员在运行控制过程中可以通过选择较近的目的地机场备降场来减少燃油加注量，减少起飞全重，或者采用改进爬升等形式增加飞机的起飞全重，达到安全飞行的目的。

飞机性能的计算是运输类飞机在一般高原机场运行控制的关键步骤之一[8-9]，由于相关规定可知，在航班预计起飞前150 min需要完成领航计划报的拍发，如果航班在下午15点前执行，应重点关注气温升高的趋势，建议通过相关气象报文预测航班起飞时间段内的温度趋势，通过性能计算做好起飞全重裕度的控制，避免因温度的升高而减载，临时完成减少货物等工作而造成航班延误。放行签派员应该在起飞前结合实况温度再次确认之前签派放行确定的裕度是否满足安全的要求，做好最后一道安全防线的设置。

如果因飞机性能的限制对签派放行工作造成部分限制，应在提供给机组的放行资料中做好清晰的标注，并对执行该航班任务的飞行机组做出详细的放行讲解，达到放行签派员和飞行员对该风险点心中有数的目的，提高一般高原机场在温度天气事件下安全飞行的裕度。

4.2 飞行操作建议

高原偏短跑道机场的飞行过程要求驾驶员做好细致的飞行前准备，严格按照飞行计划完成燃油的加注，避免起飞全重过大，对降水等造成的污染跑道和大风造成的跑道选择要重点关注，如运输类飞机同时还存在故障保留单（如防滞不工作），放行签派员和飞行员都必须要仔细查阅MEL的影响，这些都对运输类飞机起飞性能的影响较大。如果同时涉及偏短跑道运行时，飞行员应充分认识到跑道情况对运行安全的潜在威胁，同时能够意识到在具体操作中采取何种正确而有效的方法，当正确的认识加上合理的技术以及科学的决策，那么我们就能确保偏短跑道起降的安全。

5 结论与展望

本文以飞机性能计算和分析为基础，选取B737-300机型在大理机场起飞的相关数据作为研究的标本数据，通过对性能衰减的分析，展开对运输类飞机在一般高原机场运行控制的措施研究，证明了温度事件对飞机性能的影响，完成了相关工作措施的梳理，可对类似的一般高原机场的安全运行提供参考和帮助。由于驾驶员的主观因素，实际的航班飞行裕度与理论值会存在一定差异，因此对于这方面的研究还有待进一步深入。

随着“十三五”在2020年收官，脱贫攻坚取得了阶段性的胜利，为巩固成果，发展当地经济，在“十四五”规划中，相信中国民航会继续优化中国区域（特别是中西部区域）内的航线布局，因此区域内高高原机场和一般高原机场的发展必将进入快车道，做好大理机场运行控制的研究，对类似机场的安全飞行提供研究经验和可参考的经验。另一方面，随着RNP、GPS局域增强技术以及电传飞控、污染跑道起降性能技术等的应用，未来在一般高原机场和高高原机场，运输类飞机将会具备更好的操纵性和更灵活的运行条件，航班运行的安全性逐步提升，如何做好在新的运行模式下一般高原机场和高高原机场的安全运行是课题组下一阶段研究的方向。