关于Derated/Reduced Take-off Thrust的讨论

减推力起飞的意义

发动机额定推力是发动机厂家保证其在特定环境下工作可以产生的推力。是在静止、海平面以及标准大气条件下通过试验验证获得的值,并且发动机在达到该额定值时,不会超出已给出使用限制。

发动机额定推力主要用于飞机的起飞操作,所以也叫最大起飞推力,一般使用时间不超过5分钟,但是部分机型(如空客330)在一台发动机不工作的情况下,使用限制时间可以从5分钟延长至10分钟。

由于发动机在起飞时候的推力最大,所以期间对于发动机零部件的磨损以及工作在热区(hot section)部件的影响是最大的。因此出于减少发动机损耗、延长发动机寿命以及降低维护成本的目的考虑,最大起飞推力的使用时间越短越好。于是,减推力起飞的技术方式被正式提上了研究课题,并且FAA在80年代发布了相应的AC对此给出了具体的指导意见。

使用减推力技术手段进行起飞操作的意义可以总结为以下两方面:

1)减少发动机的维护成本。通过使用减推力起飞可以降低发动机性能衰减的速度,降低发动机返厂执行性能恢复的频率,从而延长发动机的在翼使用时间。因此,减推力起飞对于维护成本的控制有着重要意义。(下图为使用减推力起飞与发动机维护成本之间的关系,循环小时比越大的飞机使用减推力起飞对维护成本的影响越明显)

2)提高发动机可靠性。通过使用减推力起飞可以增加发动机性能裕度,长期处于全推力起飞状态下的发动机,会加剧发动机零部件的磨损以及热区部件工作状态恶化。安装在部分737NG长期处于全推力起飞状态下的CFM56-7B26和CFM56-7B27型号发动机在全球范围内就发生过多起高压涡轮叶片断裂事件。

Derated/Reduced Take-off Thrust

在选择减推力起飞时,通常使用Derated Take-off Thrust和Reduced Take-off Thrust这两种技术手段来进行起飞阶段的减推力操作。接下来我们来分析这两种技术有段的差异性。

使用Reduced Take-off Thrust进行的减推力起飞通常被称为灵活温度减推力起飞(Flexible Take-off)或者假设温度减推力起飞(Assumed Temperature Method)。

使用Derated Take-off Thrust进行的减推力起飞被称为减额定值起飞(Derated Take-off)。这里补充一下为什么翻译成减额定值起飞。这是因为,发动机的额定功率主要针对的是涡轴和涡桨发动机,而额定推力则主要针对的是涡喷和涡扇发动机。也就是说,减推力起飞对于涡轴和涡桨发动机而言是减少额定功率(Derated Take-off Power),而对于涡喷和涡扇发动机则是减少额定推力(Derated Take-off Thrust)。

灵活/假设温度减推力起飞

我们都知道,发动机的审定推力对应的是最大审定起飞重量MTOW。因此当飞机的实际起飞重量小于性能限制的最大起飞重量时,才可以考虑使用减推力起飞。并且在对应的计划起飞重量以及减少后的起飞推力条件下,飞机需要满足包括V1、VR、V2以及Vmcg等相应的起飞性能要求。下面我们对灵活/假设温度减推力起飞的使用原理进行说明。

灵活/假设温度减推力起飞的本质是基于对完整的飞机性能数据下对应的推力所进行调整的一种方式。为了说明白这一点,我们先要清楚发动机推力和环境温度之间的关系。

发动机的额定推力是发动机在审定阶段处于规定温度范围内所对应的最大推力值。如上图,当外部环境温度OAT高于审定温度时,为了保证发动机排气温度不超出EGT的限制,最大起飞推力会随着温度的升高而降低。

灵活/假设温度减推力起飞方式正是利用了推力和OAT之间的特性曲线关系。通过在MCDU中输入一个比实际OAT高的温度,并通过EEC控制来达到减推力的目的。理论上说,输入的假设温度越高,发动机实际起飞推力就越小,从而降低发动机的损耗并提高性能裕度的效果也就越明显。但是,这个假设温度不能使推力减少量超过正常起飞推力的1/4。

注意事项

1)当飞机出现的故障(如防滞系统、自动扰流板功能等)影响到减推力起飞时,飞机必须使用全推力起飞。下图MMEL列出了空客330机型在EEC正常模式失效情况下禁止使用减推力起飞的限制。

空客330机型MMEL

2)如下图,与灵活/假设温度减推力起飞相反的是,减额定值起飞方式下的减推力起飞所对应的性能参数都是通过审定且均可以在AFM内获得。

3)使用灵活/假设温度减推力起飞,在起飞机过程中,飞行员可以随时取消减推力起飞,将发动机推力增加到全推力。相反,对于减额定值起飞,通常不允许在起飞过程中取消减推力起飞。

4)如上图,由于飞机性能原因,在污染跑道上只能使用全推力起飞或者减额定值起飞,而不能使用灵活/假设温度减推力起飞。

最后留给读者一个思考题,减推力起飞的技术能否应用在公务机上?为什么?欢迎有兴趣的读者给我们后台留言讨论。

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