空客飞机性能-起飞

起飞速度

关键发动机(Critical Engine)：

其故障会对飞机性能或者操纵品质产生最恶劣影响的发动机。

起飞中的操作速度：

 V_EF(Engine Failure Speed发动机故障速度): 

修正空速CAS,

在该速度上，假定关键发动机故障，因此：V_EF≥V_MCG。

V₁(决断速度):

修正空速CAS,

机组能够决定中断起飞的最大速度，且保证能将飞机停在跑道的限制范围内。

定义V₁时要求发动机在V_EF时故障，飞行员从识别判断故障到做出第一个动作的时间为1秒，即V_EF后1秒即为V₁，因此V₁≥V_EF 从关键发动机故障发生开始到飞行员发现识别故障并采取第一个措施期间的速度增加值。

即V₁≥V_EF≥V_MCG 

V_LOF(Lift Off Speed离地速度):

修正速度CAS,

飞机刚刚离地升空时的速度，是升力克服重力时的速度。

受空气动力学和几何外形两个限制：

空气动力学限制要求：

所有发动机工作(AEO)时V_LOF≥1.1V_MU;

一台发动机不工作(OEI)时V_LOF≥1.05V_MU.

几何外形限制要求：

飞机在地面大道最大迎角时(即机尾擦地，但主起落架还在地面上)，仍然达不到最大升力系数，此类飞机为几何外形受限的飞机。

大部分大型商用飞机属于几何外形受限飞机，对于此类飞机规定如下：

JAR:V_LOF≥1.08V_MU(AEO);V_LOF≥1.04V_MU(OEI).

FAR:V_LOF≥1.08V_MU(AEO);V_LOF≥1.05V_MU(OEI).

V_R(Rotate Speed抬前轮速度):

修正空速CAS

开始抬前轮的速度，正常抬前轮速率3º/S。

定义要求：

• V_R≥V₁且V_R≥1.05V_MCA;

• 在该速度开始台轮，飞机到达起飞表面上空35’之前达到V₂速度;

• 以最大适用的抬前轮速率可以达到V_LOF速度。

V₂(起飞爬升速度):

修正空速CAS,

发动机故障时高出起飞表面35’必须达到的最小爬升速度

定义要求：

• V_2MIN≥1.13V_S1G/1.2V_S;

• V_2MIN≥1.1V_MCA.

• V₂≥V_2MIN;

• V₂≥V_R 起飞离地到达跑道表面上空35’之前的速度增量。

起飞速度限制

V_MBE(Max Brake Energy 最大刹车能量速度):

起飞时刹车需要吸收/消耗的能量=决断点时飞机的动能，

即1/2×TOW×V₁².

附加条件：每个机轮上的剩余刹车不超过最大磨损的10%。

V_MBE≥V₁.

V_TIRE(最大轮胎速度):

地速GS,

由轮胎制造商规定，用以限制可能的损坏轮胎结构的离心力和热量上升。

V_TIRE≥V_LOF.

速度总结： 

跑道限制

起飞距离

TOD起飞距离：

TOD_N-1干=从松刹车开始到飞机高于起飞表面上空35ft所覆盖的距离，假設关键发动机的故障发生在V_EF时，在V₁时被判明。

TOD_N干=从松刹车开始到飞机高于起飞表面上空35ft所覆盖的距离，假設所有发动机都工作。

TOD_N-1湿=从松刹车开始到飞机高于起飞表面上空15ft所覆盖的距离，并能够保证飞机在起飞表面上空35ft之前达到V₂速度，假設关键发动机的故障在V_EF时发生，在V₁时被判明。

TOD_干=TOD_N-1干与1.15×TOD_N干的最大值。

TOD湿=TOD_干与TOD_N-1湿的最大值。 

TOR起飞滑跑距离：

有净空道的跑道：  

TOR_N-1干=从松刹车点到V_LOF点(离地点)与飞机到达起飞表面上空35ft点之间的等距点的距离，假設关键发动机故障在V_EF时发生，在V₁时被判断。

TOR_N干=从刹车点到VLOF点与飞机到达起飞表面上空35ft点之间的等距点的距离，假設所有发动均工作。

TOR_N-1湿=从松刹车开始到飞机高于起飞表面上空15ft所覆盖的距离，保证飞机在起飞表面上空35ft之前达到V₂速度，假設关键发动机的故障在V_EF时发生，在V₁时被判明，等于TOD_N-1湿。

TOD_N湿=从松刹车点到VLOF点与飞机到达起飞表面上空35ft点之间的等距点的距离，假設所有发动机均工作。

TOR_干=TOR_N-1干与1.15×TOR_N干的最大值。

TOR_湿=TOR_N-1湿与1.15×TOR_N湿的最大值。

没有净空道的跑道：

无论道面状况如何，TOR=TOD

净空道对湿跑道的影响

对湿跑道，一台发动机不工作的起飞滑跑距离总是等于一台发动机不工作时的起飞距离，即从松刹车到15ft。因此对于TOR更具限制力(TORA<TODA),净空道不会给湿跑道带来任何性能上的好处。

ASD加速停止距离 

ASD_N-1干=所有发动机均工作时，从松刹车开始加速到V_EF的距离 关键发动机在V_EF时故障，且飞行员在V₁时开始采取第一个中断起飞的动作，从V_EF加速到V₁的距离 飞机完全停下来的距离 以恒定的V₁运动2秒所覆盖的距离(有些审定中按照V₁后连续增速2秒计算覆盖的距离)

ASD_N干=所有发动机均工作时，从松刹车开始加速到V₁的距离 假定飞行员在V₁采取了第一个中断起飞动作，在所有发动机均工作情况下飞机完全停下来的距离 以恒定的V₁速度运动2秒所覆盖的距离。

ASD_N-1湿=跑道状态是湿的，其他定义与ASD_N-1干一致。

ASD_N干=跑道状态是湿的，其他定义与ASD_N干一致。

ASD_干=ASD_N-1干与ASD_N干的最大值。

ASD_湿=ASD_干与ASD_N-1湿以及ASD_N湿的最大值。

V₁对于ASD/TOD的影响 

对于给定的起飞重量，V₁的任何增加都将导致TOD_N-1和TOR_N-1减小，这是因为当V₁增加时，全发加速阶段要长一些，造成当发动机在V_EF故障时，以较短的距离在35ft高度上就可以达到相同的V₂.

另一方面，对于没有发动机故障，TOD_N和TOR_N与V₁无关，进而加速阶段和达到35ft所需距离就没有影响。

相反，对于给定的起飞重量，V₁的任何增加都将导致ASD_N-1和ASD_N的增加。因为当V₁增大时，从刹车到V₁的加速航段要长一些，从V₁到全全停的减速航段要长一些，而且以恒定V₁运动2秒的航段也要长一些。

在特定的V₁可以达到最小距离，这个速度被称为平衡V₁,相应的距离则被称为平衡场长。

可用起飞距离

TORA(Take-off Run Available可用起飞滑跑距离)：

由适当的当局宣布的可以用于飞机起飞滑跑的跑道长度。

TORA＝跑道长度 

TODA(Take-off Distance Available可用起飞距离)：

TODA＝跑道长度＋净空道长度=TORA CLEARWAY 

净空道：

1,与跑道处于同一中心线上，在机场当局管理范围内；

2,最低宽度500’,最大上坡坡度1.25%.

3,除低于26’的跑道入口灯以外不允许有其他凸起物。

ASDA(Accelerate-Stop Distance Available可用加速停止距离)

ASDA＝跑道长度＋停止道长度=TORA STOPWAY 

停止道：

1,与跑道处于同一中心线上，至少与跑道同宽；
2,由机场当局指定可用于飞机中断起飞时减速。

对正跑道对跑道长度的损失

FAA没有明确要求营运人考虑进跑道对正跑道时所用的距离；

JAA则要求考虑对正跑道时损失的距离。 

对于A320机型，对于90º转弯进跑道： 

机型	最大有效转弯角度	TODA修正(m)	ASDA修正(m)
A320	70.2º	10.9	23.6
A319	70.3º	11.5	22.6
A321	71.6º	12	28.9

对于A320机型，对于180º转弯进跑道：

机型	所需最小跑道宽度	TODA修正(m)	TORA修正(m)
A320	28.7	16.5	29.1
A319	31.1	15.1	26.2
A321	33.1	20.9	37.8

部分机型在60m宽度跑道上180º掉头还需要一个二次对正跑道中线的过程，因此还需要增加一定修正距离，具体数值可以查阅相关机型对应的手册。

TOD/TOR的调整是以主轮距离跑道头的距离进行修正；

ASD的调整是以前轮距跑道头的距离进行修正。

V₁与受跑道限制的起飞重量的关系：

对于确定的跑道，V₁的增加将导致MTOW_TOD(N-1)和MTOW_TOR(N-1)的增加，以及MTOW_ASD的减小，但对于MTOW_TOR(N)没有影响。

原理同前面V₁对于ASD/TOD的影响中的阐述。 

爬升和障碍物限制

起飞飞行航迹 

起飞航迹：

从飞机静止的一个点开始，延伸到飞机达到以下高度中较者的点：

高于起飞表面1500ft；

从起飞到入航形态转变完成且已达到最后起飞速度(即达到光洁形态，速度达到绿点速度)。

入航形态：光洁形态、推力MCT调定。

最后起飞速度：速度大于1.25V_S,被选择为绿点速度,即最佳爬升梯度速度。

起飞飞行航迹:

从起飞距离结束后高于起飞表面35ft开始计算。

计算起飞航迹/起飞飞行航迹时，均假设飞机在地面加速到VEF时关键发动机失效，且该发动机在后续飞行中均不工作，同时要求在高于起飞表面35ft之前必须达到V₂速度，并且保持不小于V₂的速度上升至高于起飞表面400ft。另外，航迹计算时均以没有地面效应的性能进行计算。

当飞机达到等于其翼展高度时，可以认为脱离地效区。 

最低改平加速高度：

对于双发飞机来说，当高度高于起飞表面400ft开始，要起飞航迹的每个点的可用爬升梯度不得小于1.2%。

因此，在高度低于起飞表面400ft时，必须至少稳定保持V₂,高于起飞表面400ft后，飞机必须满足一个最小爬升梯度，在平飞时可以转变为加速能力，所以，规定的最低改平加速高度被固定在高于起飞表面400ft。

但在加速航段，随时都必须确保越障，因此，运行中的最低加速高度≥400ft。

最高改平加速高度：

TOGA在起飞发动机故障时最多可使用10min；所又发动机工作时，最多可使用5min。

MCT的使用没有时间限制，但只能在飞机处于航线形态时使用，即飞机处于光洁形态切达到绿点速度。

因此，必须在起飞后最多10min内达到航线形态，即第三航段结束。这样就可以确定最高該平加速高度。

起飞转弯程序：

JAR要求:

起飞航迹达到等于一个半翼展的高度但不低于起飞滑跑跑道长度端头的标高50ft之前，不允许航迹变化(对于A320系列，翼展111ft10in， TORA结束后开始改变航迹的最小高度56ft)；

在高于起飞表面400ft之前，飞机坡度不超过15º，高于起飞表面400ft后，坡度可以超过15º，但不得超过25º；

但当获得特别批准后，使用特殊程序，在200～400ft之间，坡度可不大于20º，400ft以上，坡度不大于30º。

	标准程序	特殊批准
低于200ft	15º	15º
200～400ft	15º	20º
高于400ft	25º	30º

FAR要求：

高于起飞表面50ft之前不得转弯，且转弯最大坡度不超过15º。

越障

总飞行航迹：由飞机实际飞出的起飞飞行航迹(在起飞距离端头高于起飞表面35ft开始到起飞航迹结束)；

净飞行航迹：总起飞航迹减去一个强制的减量(双发飞机梯度损失为0.8%)。

在第一、第二和最后起飞航段中，必须考虑净航迹和总航迹间的梯度损失。 

直线离场时的越障：

应保证净起飞飞行航迹至少能够保证35ft垂直距离越过所有障碍物。

转弯时的越障：

JAR要求：

当飞机坡度大于15º时，净起飞航迹的任何部分必须以至少50ft的垂直距离越过所有障碍物。

FAR要求：

没有对转弯期间垂直余度进行额外考虑。

转弯期间的梯度损失：

飞行手册中一般要提供以15º坡度转弯时的爬升梯度减量。

对于空客电传飞机，当一台发动机不工作时，AP将坡度限制在15º，但有些EOSID要求以20º或以上坡度转弯，此时必须人工飞行。

有障碍物似的起飞飞行航迹：

一旦考虑了障碍物，必须计算松刹车似的最大起飞重量，以保证净航迹35ft(坡度大于15º时50ft)的垂直余度飞越影响最大的障碍物。

起飞净空区：

起飞净空区是指起飞航迹周围的一个区域，在此区域内，所有投影到希望使用的航迹内的障碍物必须除去。此区域的外形也称为离场扇区。

JAR要求：

应保证净起飞航迹越过所有的障碍物，水平距离至少是90m 从可用起飞距离端头或起飞距离端头(若在可用起飞距离结束前转弯)运动的距离的12.5%。

对于翼展小于60m的飞机，也可以使用半翼展 60m 从可用起飞距离端头或起飞距离端头(若在可用起飞距离结束前转弯)运动的距离的12.5%

对于A320系列，离场航段开始的半宽为78m/253ft。 

对于航迹变化不超过15º的情况，可以不考虑横侧距离超过以下值的障碍物：

保持所需导航精度通过障碍物区域时要求300m，其他所有情况要求600m。

对于航迹变化超过15º的情况，可以不考虑横侧距离超过以下值的障碍物：

保持所需导航精度通过障碍物区域时要求600m，其他所有情况要求900m。

FAA要求： 

保证能够越过所有在机场边界以内至少200ft的水平间隔，通过边界后以300ft水平间隔内的所有障碍物。

外界因素

确定最大起飞重量时应考虑以下方面：

• 不超过50%的报告的顶风分量或不小于150%的报告的顺风分量；

• 机场的气压高度；

• 机场的环境温度；

• 起飞方向的跑道坡度；

• 跑道道面状况和道面类型。

风：

起飞距离在顶风时减小，顺风时增加。

必须为干跑道建立通过验证可以安全起飞和着陆的90º的侧风风速分量，至少必须为20kts或0.2V_SO(光洁形态下基准失速速度)，选择较大的。

侧风分量不影响起飞性能，但仍需验证直至25kt侧风时起飞和着陆的安全性，经过验证的最大值必须公布在飞行手册中。

气压高度：

气压高度增加时，相应地静压和空气密度减小。

在给定的重量，当气压高度增加时，TAS必须增加以补偿空气密度的减小，进而起飞距离增加。
当气压高度增加时，可用推力减小，起飞距离变长，起飞爬升梯度减小。

当气压高度增加时，最大起飞重量减小。

温度：

当OAT增加时，空气密度江都，TAS必须增加以补偿空气密度的降低，进而起飞距离增加。

TOGA推力保持恒定，等于平台额定推力，直至OAT高于T_REF，推力开始减小。

当OAT增加时，起飞距离增加，起飞爬升梯度减小。

当OAT增加时，最大起飞重量减小。

跑道坡度：

空客飞机基本上都是按照坡度在-2%~ 2%间的跑道上起飞来进行审定的。

上坡跑道降低了飞机加速能力，增加了起飞距离，中断起飞时，停止距离减小；

下坡跑道减小起飞距离，但是增加减速停止距离。

跑道状况：

干跑道：干跑道是既不湿又未被污染的跑道，包括那些经过铺筑的跑道，专门准备有沟槽或透水孔，即使在有湿气时也能保持“有效干”的刹车效应。

潮跑道：当跑道的道面不干燥时就被认为是潮的，但道面上的湿气不可形成反光表面。FAA没有定义潮跑道，他被认为是湿的；JAR认为就起飞性能而言，潮跑道等同于干跑道。但最新研究表明，潮跑道更接近湿跑道性能，因此未来将会把潮跑道考虑为湿跑道。

湿跑道：当道面覆盖有水或相当的物质(深度≤3mm)，或道面上有足够的湿气引起反光时但又没有显著积水区，跑道即被认为湿跑道。即只要有反光表面，但又没有因道面的一部分积水而产生滑水的风险时，该跑道被认为是湿的，水的深度被假定小于3mm。

被污染的跑道：当被使用的跑道所要求的长度和宽度内的25%的道面区域被以下物质覆盖时，该跑道被认为是被污染的跑道：

• 积水：深度超过3mm；

• 融雪：被雪饱和的水，温度约5ºC时会出现，密度大约0.85kg/L。

• 湿雪：用手挤压，雪将粘在一起，趋于形成雪球，密度约0.4kg/L。

• 干雪：在松散时可以被吹跑，用手挤压，一旦松开，就会再次分开，密度约为0.2kg/L。

• 积压雪：被压缩的雪。

• 冰：摩擦系数≤0.05。

对性能的影响：

污染物可以分为硬质和液体两类：

硬质污染物：积压雪和冰，会减小摩擦系数；

液体污染物：水、融雪和干雪，减小摩擦系数，并且会引起降水阻力和滑水。

降水阻力包括排水阻力和飞溅撞击阻力。

排水阻力：因污染液体相对轮胎轨迹发生位移而产生；

飞溅撞击阻力：因机轮(主要为前起落架)将污染液体抛向机身而产生。

这些阻力在中断时是正面影响(提高减速率);但是对起飞产生负面影响(降低加速率)。

对减速率的副影响导致了要将液体污染物的深度限制在一个最大值；但是对于硬质污染物覆盖的跑道表面，只有摩擦系数受影响，污染物的深度对起飞性能没有影响。

滑水现象： 

跑道上有水会在轮胎和跑道之间形成一层水膜，导致干燥区域的减少，在高速时，这个现象变得更加严重，因为不能将水从轮胎和跑道中间挤出去，滑水就是这样的一个情况，在此情况下，摩擦力下降到几乎可以忽略的值，机轮刹车和用于方向控制的前轮转弯实际上就失效了。

滑水速度取决于轮胎的压力以及污染物的比重(即污染物密度的大小)。

滑水速度时摩擦力严重减小的门限速度。

在湿和被污染跑道上的起飞性能：

加速停止距离：

在污染跑道上定义ASD于湿跑道上是一样的，在计算ASD时，只要道面不是干的，就可以考虑反推的作用，距离也可以通过计算或试飞获得。

起飞距离和起飞滑跑距离：

污染跑道上定义TOD和TOR于在湿跑道上相似，均可以通过计算或试飞得出。

起飞飞行航迹：

净航迹必须以35ft的垂直距离越过所有相关障碍物。

起飞飞行航迹是从起飞距离端头起飞表面以上35ft处开始计算的。

在湿跑道或污染跑道上，TOD结束时的高度(屏障高度)为15ft。

净起飞航迹从TOD端头上方35ft开始，这样当净飞行航迹从TOD端头上方35ft处开始，总飞行航迹从15ft开始。

即从湿跑道或污染跑道上起飞时，若在V1时发生发动机故障，这就意味着在初始爬升阶段飞机可以低于净起飞航迹20ft，仅以15ft的高度越过近距离的障碍物。

起飞重量：

对于湿跑道或污染跑道，屏障高度是在15ft测量的，而不是从干跑道的35ft；同时在确定湿跑道和污染跑道的ASD时，允许使用反推，但是在干跑道上确定ASD时，禁止考虑反推。这样就造成与干跑道相比，在相同条件下，在湿跑道或污染跑道上可能获得更短的TOD/ASD，以及更大的起飞重量。

因此法规特别规定，在相同条件下，在湿跑道或污染跑道上的起飞重量不得超过干跑道的允许值。

灵活起飞

当实际起飞重量小于从RTOW表中查处的最大许可起飞重量时，可以确定一个温度，所需推力就是这个温度小的最大起飞推力，这个温度被称为灵活温度T_FLEX或假设温度。

减小推力设定的要求： 

• 基于一个经过批准的起飞推力额定值，完整的飞机性能数据是对应他提供的；

• 在起飞航迹上的任意点上施加起飞推力，能够符合飞机操纵性的要求；

• 至少是当时环境条件下最大起飞推力的75%。

推力的减小不得超过最大起飞推力的25%，这样就引出了最大灵活温度的概念。

只有在满足以下条件时，才能进行灵活起飞：

T_FLEX>T_REF

T_FLEX>OAT

T_FLEX≤T_{FLEX MAX}

在污染跑道上不允许减推力起飞；

除非在性能方面对湿跑道上ASD进行适当修正，否则也不允许在湿跑道上进行减推力起飞。

对于空客飞机来说，在RTOW/FCOM上为湿跑道进行灵活起飞提供了相关数据，因此，可以在湿跑道上进行灵活起飞，但是禁止在污染跑道上进行灵活起飞。

在起飞阶段的任何时候，TOGA推力都是可用的，但若在V₁之后发生发动机故障，则不要求选择它。