掌握寒冷天气运行

导读

朋友分享了空客官方关于寒冷天气运行的一份文档:Getting to Grips with Cold Weather Operations,2015年版。(应该是最新版了吧?读者如果有遇到更新的版本,期待来交流,感谢感谢!)整个文档有136页,目前没有中文译本。笔者整理和翻译了第5-9页《EXECUTIVE SUMMARY》这部分,帮助读者快速了解文档的主要内容。这部分是整个文档的摘要,为求准确和避免歧义,一些地方附上了原始的英文,也附上原文图片供读者参考。翻译过程得到了几位飞行员和教员朋友的帮助,一并感谢!
需要说明的是,这份文档涉及的飞行操作和系统知识较多,可能并不适合非专业读者、初入门的专业读者或英文基础较弱的读者。有条件的情况下,建议先熟悉任一空客机型的FCTM的“程序-正常操作-补充程序-补充程序-恶劣天气(ADVERSE WEATHER)”部分,以此作为先导读物。

1. 空中的污染

·大气物理和气象学告诉我们:结冰条件(icing condition)通常发生在略微高于0℃(slightly positive)到-40℃之间,最可能发生在高度层FL100左右。
然而,在-12℃以下很少发生严重的结冰(icing),而略微高于0℃的外界温度(OAT)也不能防止积状云(cumulonimbus)的结冰。结冰条件在任何高度层都可能遇到。较高的积冰强度(ice accretion rate)与积状云没有必然的联系(systematically associated);层状云(stratiform cloud)也可能会有较高的积冰率。
·结冰条件远比实际发生积冰要频繁得多,结冰条件并不必然导致实际积冰。
·如果飞行员在空中遇到结冰条件,空客有以下一些建议:
-除按照程序使用NAI(发动机防冰)和WAI(大翼防冰)外,还应密切关注结冰过程、积冰强度、云的类型。
-当层状云出现快速结冰时,高度的适当变化将大大降低积冰强度。空管有义务接受高度变更请求。
-如果进近通道以结冰条件为主(prevail on the approach),尽量保持速度,尽量延迟襟翼的伸出,着陆后不要收回襟翼。
·地面降水(precipitation)或过夜造成的冰雪,起飞前应完全清除,无论厚度如何。否则,该飞机就不能飞行。
·空客飞机上的结冰探测系统是咨询系统(advisory system,意指它只提供建议性质的信息——译注),不能取代AFM程序。

2. 地面阶段的除冰/防冰

·飞机污染危及起飞安全,必须避免。飞机必须是清洁的(cleaned)。
·为了确保飞机在清洁的状态下起飞,必须进行外部检查,同时要记住,透明冰(clear-ice)等现象是无法肉眼检测到的。需要严格的程序和检查。此外,接收航空器状态的责任也有明确的规定。
·如果飞机起飞前不清洁,必须除冰。除冰程序确保从飞机表面去除所有污染物。
·如果起飞前外部条件可能导致污染沉积物的累积(an accumulation of precipitation),飞机必须防冰。防冰程序在有限的时间范围内防止污染物的累积,此时间称为保持时间(holdover time)。
·防冰程序最重要的方面是保持时间。它表示飞机受保护的时间长度。保持时间取决于天气状况(降水和外界温度)以及用于防冰的液体类型。
·可以使用不同类型的流体(类型I、II、III和IV)。它们的化学成分、粘度(粘附于飞机蒙皮的能力)和厚度(吸收大量污染物的能力)不同,从而提供了不同的保持时间。
·任何公布的保持时间表都只能作为指导,因为许多参数可能会影响其效力——如恶劣的天气条件、高风速、喷射气流(jet blast)等等——会显著缩短保护时间。

3. 在受污染跑道上的性能

飞机的制动方式
·三个系统用于飞机减速:
主要是通过机轮刹车。机轮刹车的制动性能取决于施加在机轮上的载荷和滑移率。刹车的效率可以通过增加机轮上的载荷和保持最佳的滑移率(防滞系统)来提高。
其次,地面扰流板通过增加阻力来减速飞机,最重要的是,通过增加机轮载荷来提高刹车效率。
第三,反推装置通过制造一个与飞机运动方向相反的力来减速飞机,这与跑道的状况无关。但是在受污染的跑道上,使用反推装置是必不可少的。
制动性能
·跑道上的污染物通过以下方式影响性能:
-减少轮胎和跑道表面之间的摩擦力(μ),
-由于污染物喷射撞击、污染物位移和压缩而产生的额外阻力。
-滑水(打滑)现象。
·松散(流体)污染物和硬污染物的影响有明显区别:
-坚硬的污染物(压实的雪和冰)减少摩擦力。
-流体(松散的)污染物(水、泥浆和松散的雪)减少摩擦力,产生额外的阻力并可能导致滑水。
报告μ与制动性能的相关性
·机场报告了从测量车辆得到的摩擦系数。这个摩擦系数称为“报告μ”。被称为“有效μ”的实际摩擦系数,是轮胎与跑道相互作用的结果,取决于轮胎压力、轮胎磨损、飞机速度、飞机重量和防滞系统的效率。
到目前为止,没有办法在“报告μ”和“有效μ”之间建立明确的相关性。
甚至在不同测量车辆的“报告μ”之间也没有很好的相关性。因此,很难将公布的污染跑道上性能与“报告μ”单独联系起来。
·跑道表面液体(松散的)污染物(水、泥浆和松散的雪)的存在降低了摩擦系数,可能导致滑水(也称为打滑),并造成额外的阻力。
·这种额外的阻力是由于污染物在起落架和机身上的沉积,以及轮胎路径上的液体排空造成的。因此,制动和加速性能受到影响。对加速性能的影响导致需要限制起飞时的污染物厚度(depth)。
硬污染物(压实的雪和冰)只会通过降低摩擦系数来影响飞机的制动性能。
·空客根据污染物的类型和液体污染物的厚度,发布起飞和降落性能用于签派放行目的(for dispatch)。
飞机方向控制
·当机轮偏转时,出现侧摩擦力。总摩擦力被分为制动力(与飞机运动方向相反的分量)和转弯力(侧摩擦)。
当制动力为零时,得到最大的转弯力(即方向控制),而最大制动力则表示不转弯。
·转弯和刹车之间的关联取决于滑移率,也就是取决于防滞系统。
·在干燥的跑道上,转弯能力通常不是问题,但当总摩擦力因跑道上的污染物显著减少时,在侧风情况下,飞行员可能不得不在刹车或控制飞机之间做出选择。
侧风
·空客为干、湿跑道提供最大的示例侧风(demonstrated crosswind)。但是这个值不是一个操作限制(limitation)。它显示了飞机实际着陆时在飞行测试运动(test campaign)中获得的最大侧风。运营商只能使用这些信息来确定自己的操作限制。
·自动着陆的最大侧风是一个操作限制。
·空客也提供了一些关于受污染跑道的最大侧风的指导。这些保守的数值是根据计算和操作经验确定的。
性能优化和确定
·跑道上的污染物会导致加速-停止距离(accelerate-stop distance)增加,以及加速-前进距离(accelerate-go distance)增加(由于降水阻力)。这将导致较低的起飞重量,当跑道较短时,相对于干燥或潮湿的情况,起飞重量会受到显著影响。
·为了使损失最小化,应优化襟翼设置和起飞速度。增加襟翼和缝翼的伸出量可以获得更好的跑道性能。加速-停止和加速-前进的距离都缩短了。短而受污染的跑道自然需要高襟翼设置(high flap setting)。然而,如果在起飞路径上出现障碍,仍然要求一个较低的襟翼设置,因为它提供了更好的爬升性能。应确定最佳方案。最佳方案通常是通过人工快速比较不同的起飞图表来找到的。而FlySmart with Airbus Takeoff 这个应用程序,能实现最佳襟翼的自动计算和选择。
·起飞速度,即V1、VR、V2对起飞性能也有显著影响。高速产生良好的爬升性能。高速度的代价是需要跑道上更多的加速距离。因此,起飞距离增加,跑道性能下降。因此,污染的跑道需要降低速度。同样地,障碍物的存在可能限制减速,必须找到正确的平衡。用于生成起飞图表的空客性能程序,或FlySmart with Airbus,利用了所谓的“速度优化”,该方法将始终提供最佳速度。在跑道被污染的情况下,优化意味着尽可能低的速度。
·当跑道被污染时,不允许使用灵活推力原则(FLEXIBLE THRUST principle),该原则通过将推力降低到必要的程度来节约发动机使用寿命。此时,操作者可以使用减功率推力(DERATED THRUST)。灵活推力与减功率推力的主要区别在于,灵活推力允许恢复最大推力(TOGA),而减功率推力在低速时不允许恢复最大推力。
·此外,如果发动机失效,减少推力使飞机更容易控制(扭矩较小)。换句话说,当发动机减功率时,相关的VMC(最小控制速度)降低了。这种VMC的减少允许更低的运行速度(V1、VR和V2),因而允许更短的起飞距离。在性能受限于VMC的情况下,通过发动机减功率可以获得更高的起飞重量。
·空客公司提出了不同的方法来确定受污染跑道上的性能。这些方法的媒介(纸质或电子)、所提供的稳健性(conservatism)或最优化水平有所不同。
最后进近、接地和着陆的管理
·由于建议15%安全边际的原则(rationale),最后进近、接地和减速的管理,看来是降落在受污染的跑道上时需要特别注意的关键因素。下面的建议值得记住:
- 当出现影响着陆性能的故障,特别是反推或防滞系统故障,或出现的故障导致进近速度大幅增加时,考虑改降(diversion)到未污染跑道
- 使用FULL襟翼(CONF FULL)着陆,不增加不必要的速度,但情况要求(required by the conditions)并且已考虑了适当的空中着陆性能评估时除外
- 使用SOP推荐的自动制动模式(auto-brake mode)
- 监测最后的风变化(late wind changes),如果出现预期之外的顺风情况,则复飞(应避免在受污染的跑道上顺风降落)
- 执行正常而果断的(normal and firm )接地(不要由于机轮没有立即旋转起来和/或由于起落架近地电门的“空地转换”有所延迟,而冒险延迟伸出地面扰流板、起用刹车、伸出反推)
- 尽快减速:空气动力阻力和反推力在高速时最有效,只有能够保证在跑道上安全停车后,才可以在低滑行速度时减少刹车。
- 不要延迟将前轮放低到跑道上(这样可以减少有刹车的机轮上的重量,改善方向控制,对于激活一些飞机系统比如自动刹车来说可能是必要的)
- 油门应按照通常程序要求的速度从最大反推改变为慢车反推;随时准备好更久地保持最大反推的时间,长于正常情况,以防跑过头的风险(overrun risk)。
- 不要尝试以可能导致侧向控制困难的速度快速脱离跑道(机场滑行道状况评估可能不如跑道状况评估准确)。

4. 燃油冻结限制

·允许的最低燃油温度可能受限于以下二者之一:
-防止燃油管路和过滤器被蜡质化燃油(waxy fuel)堵塞的燃油凝固点(fuel freezing point),此温度随所使用的燃油而变化,或
-发动机燃油热管理系统的固定温度,以防止燃油中的冰晶阻塞燃油过滤器。后者通常在飞行包线之外,因此对于飞行员来说是不可见的。
·正如FCOM中提到的,可以使用凝固点可变的不同燃油类型。当使用的燃油的实际凝固点是未知的,限制由最小燃油规格数值(minimum fuel specification values)给出。此外,有时还需要为发动机留出余量。在某些温度条件下,特别是在使用JET A时(最高凝固点-40℃),由此产生的限制可能是不利的。在这种情况下,了解所使用燃油的实际凝固点通常会带来很大的操作效益,已有调查显示会有很大的获益。
·尽管不应故意超过燃油凝固限制,但应该知道它确保了一个显著的安全裕度。
·在混合燃油类型时,操作者应该根据最终的凝固点来制定自己的规则,它实际上是不可能预测的。
当JET A/JETA1的混合燃油中JET A的含量低于10%时,将整个燃油视为JETA1。当关系到燃油传输时,需要考虑凝固点数值,这就是一个实用的做法。
·空客设计了一款燃油温度预测(FTP)软件,可以在飞行之前预测飞行中可能遇到的冷燃油问题。

5. 低温对测高的影响

·当温度低于国际标准大气(ISA)时(即低于当前大气压对应的标准温度——译注),飞机的真实高度低于指示高度。
·温度极低可能:
-产生潜在的地形危险
-是高度/位置错误的起因
·必须对高于高度表设置源标高的高度进行修正,方法如下:
-增加障碍的高度,或
-降低飞机指示高度/高。
·当OAT低于起飞图上显示的最低温度时,必须增加最小加速度高度/高。
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