高原机场对飞机刹车性能及快速过站的影响

来源：SCI期刊网 分类：电子论文 时间：2021-08-05 08:19 热度：

摘 要：由于高高原机场地形和气候的特殊性会对飞机刹车性能产生一定影响，基于局方通告和AMM手册对飞机在高高原机场的刹车性能进行分析，通过对热熔塞的分析，从而能够对大多数飞机在

　　由于高高原机场地形和气候的特殊性会对飞机刹车性能产生一定影响，基于局方通告和AMM手册对飞机在高高原机场的刹车性能进行分析，通过对热熔塞的分析，从而能够对大多数飞机在高原机场的刹车性能进行一定的判断，进行快速过站检查，使其能快速再次起飞，增加机场运营效率，提高飞机的安全性和准点率，减少延误，提高飞机在高原运行可靠性。

　　如今，为使高原交通网络更加方便快捷，促进高原地区经济和旅游业的迅速发展，降低陆运途中的风险高和时效差等弊端，伴随着高原机场的建设和发展，高原航空运输也迎来了更大的机遇。

　　通过局方咨询通告AC-121-FS-2015-21R1《高原机场运行》获悉，海拔高度在1524m(5000ft)及以上的机场即为高原机场，同时高原机场以海拔高度为界，分为一般高原机场和高高原机场。这些机场普遍存在地形复杂，气候条件多变，飞行难度高，机场设施不完善，通讯和导航受限等特点，飞机在这些高原机场起降也受到规避地形障碍，性能衰减等诸多挑战。为保证飞机的安全运行，我们须对飞机在高原机场面对的诸多困难进行研究和解决。

　　其中在高高原机场的着陆性能就是一个相当棘手问题，着陆性能作为安全着陆的主要条件，如何能在保证安全性的前提下使大型民航飞机在高高原机场安全着陆并快速过站，增加飞机的起降频率，提高航班的运营效率就是亟需探究的问题。

　　着陆性能受高高原机场的影响

　　飞机在高高原机场着陆时速度高达150节以上，要使如此大重量大体积的民航飞机安全着陆，需要很多因素共同作行业曲线linkappraisementindustryDOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2021.15.007可替代度影响力可实现度行业关联度真实度用：襟缝翼，跑道材料选择，速度控制，反推，扰流板，气动阻力，机轮滚动阻力缺一不可。

　　而高高原机场其最显著的特征就是海拔高度极其高。伴随着高高原环境下海波高度的攀升，飞机发动机的推力会降低，从而爬升性能也随之减弱，同时导致飞机起飞和着陆真空速变大。空气密度、压力和温度都会随高度有一些变化。高度增加，空气密度会减小。

　　首先，空气密度显著降低会使得单位体积空气中氧气含量减少，在相同油门设置时发动机的反推力会相应减少，就会造成飞机在地面滑跑时的减速能力大打折扣，其次，对于给定的表速条件，诸如：VS、VMCG、VMCA、V1、VR、VLOF、V2、VFTO、VREF等空气密度降低会使其对应的真速增大，为了达到给定的表速，造成飞机在地面滑跑减速过程中就需要更长的滑跑距离，因此在高高原机场的着陆性能中对刹车装置的性能提出更高要求。

　　由公式可见，飞机在刹车时吸收的能量与着陆的速度为平方关系，当着陆速度变大，刹车吸收的动能随之增大，但该刹车装置也存在温度极限，当温度超过额定限度时，刹车结构可能受损，刹车性能将下降。

　　更为重要的是，当存在飞机顺风着陆时，飞机由于着陆时对地速度提高，造成飞机动能增大。以高高原常使用的机型A319的参数为例，当飞机出现顺风5m/s时，在高高原机场着陆动能将增大约12%。忽略刹车耗能所占耗能的比例变化，那么刹车吸收能量也将最大增加约12%。

　　另外，因为飞机在高高原着陆时需要更长的滑跑距离，持续时间较久，所以在滑跑减速过程中，机组容易对滑跑距离产生误判，就会采用更大压力的人工刹车工作模式，同时还存在其他减速力不足的情况，在这些情况共同作用下，刹车吸收的能量可能会显著提高，转化成的热能随之增长，从而造成刹车装置过热。

　　快速过站时间限制及刹车冷却问题飞机在高高原机场着陆时，由于气压高度高，飞机需要以更大的飞行速度着陆，一旦再叠加上风和人为因素的影响就进一步增加了飞机处于高能量的减速停止状态的可能，这将造成飞机着陆所需距离远大于平原机场，也会对刹车系统带来更多的热能，严重时产生过热。因此如何快速检查大多数飞机在高原机场的刹车性能，使其能快速再次起飞，增加机场运营效率是关键。

　　刹车热熔塞工作机制及影响因素

　　刹车能量主要由飞机的着陆重量，速率，场压，场温，刹车快慢和反推使用情况多重方面共同作用所致，也受到前段残余热量，风速，坡度作用。由于刹车是通过摩擦将飞机动能转为热能的能量转化，因此在高速下飞机轮胎的耐久性能对飞机的平安起落起到十分关键的作用。刹车能量等级由热能多少划分，分为警告级别和热熔塞熔化级别，其中被安装于飞机机轮上的机轮热熔塞或保险塞作为检测是否超温一种安全装置，分布在内轮半部的四个热保险丝塞可防止热制动器过热导致轮胎爆炸。热熔塞熔化在大约380F(192C)下释放胎压，并且如果热熔塞熔化，必须进行更换。

　　当飞机在高高原机场实际运行着陆时，因为压力，高度，温度均很高，着陆时飞机的真空速也会很高。如果机组在着陆过程中出现超速，机轮在此间吸收的热能将大于在一般平原着陆的情况，这些热能足以造成热熔塞熔断。更为重要的是：从刹车生效到热熔塞熔断的时间延迟不会像人们预期的那么短暂，在这期间足够发生：到达的旅客下飞机、出发的旅客登上飞机以及开始推出滑行准备再次起飞。因此对于许多航空公司来说，安排半个h的地面停留时间是极为正常的，如果是在高原高温机场运行，这一时间还需要进一步延长，使得航班的过站时间大大增加，不但造成飞机延误，还会降低飞机的运营效率。故此在大多数情况下，飞机制造商会根据飞机的状态及热熔塞状态提供相应的快速过站刹车冷却时间图表，供承运人使用。

　　快速过站时间限制

　　为了尽量降低高能刹车使热熔塞熔断的可能性，减少因热熔塞熔断带来飞机延误的可能性，大多数情况下飞机制造商会给用户提供针对高能量刹车后进行检查的指导，也可以根据客户要求定制选装对刹车温度进行实时监控的温度监视仪表。若用户没有选装，则传统的方式是在飞机的飞行手册中提供“快速过站刹车冷却时间图表”或“最大快速过站重量表”。

　　针对采用刹车温度监控系统(BTMS)的飞机，可通过该系统得到指导参数确定刹车冷却方案，指飞机在地面完全停下后10~15min内显示的最大数值或选取飞行中轮胎收回状态时得读数作为参考标准。

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　　对于未能选装刹车温度监控系统的机型，用户可以通过手册中提供的图表来达到同样的判断目的。其中，AMM中的图表主要供机务人员使用，FCOM中的图表主要供机组人员使用。以下为AMM中所提供图表的使用流程举例：

　　(1)首先由飞机重量约为60t和速度120kn在图上找到对应交点，交点的横坐标为下图的起始横坐标。如果速度不在图中的斜线，可以在上下限两条线之间画。如果速度为表速，则需要在120kn基础上进行风速的修正。基于性能的保守考虑，逆风时将风速值减少为0.5倍，顺风时将风速值增大为1.5倍。如果速度为地速，则忽略风向风速、高度、温度的影响。假定飞机以90kn的速度，速度线如图红虚线。

　　(2)跨图作业，至参考线停，开始进行气压高度修正，修正至5000ft。

　　(3)跨图作业，根据上图的横坐标的值和下图基准线的交点作为起点，至参考线停，开始进行温度修正，修正至26.7℃。

　　(4)再次跨图作业，至参考线停，开始进行刹车构型修正，修正至人工刹车的着陆构型。

　　(5)最后进入冷却计划建议区。在使用刹车能量图表进行刹车组件所吸收的能量大小的估计时，刹车能量图表仅能给出估计的刹车吸收能量，影响刹车能量的因素很多，常见的有：在上一次刹车中所残留的剩余能量、跑道坡度、风向风速、反推使用情况等等。

　　值得注意的是：通过图表估计刹车能量，按照图中不同区域进行检查。依次根据关注的重要程度进行了划分并同时给出了相关的指导建议

　　若刹车能量位于警戒区域级别，先将飞机拖离跑道，尽量少使用刹车且禁止使用停留刹车，落地一个h后待机轮和刹车冷却后对其进行检查，依据AMM32-45-00-700-803对轮胎进行检查，依据AMM32-45-00-700-802对刹车进行检查。

　　若刹车能量位于热熔塞熔化级别，首先立即将飞机拖离跑道，因为机轮会泄压，期间禁止使用停留刹车，拖到机位后防止飞机移动，禁止向机轮喷洒灭火剂和冷却剂防止机轮爆炸。一h后通过喷洒水雾的方式对机轮和轮毂进行降温，也可自然降温2-3h。一些运营人当飞机在停机坪停留时使用电风扇将冷空气吹向机轮和刹车。一些机型在机轮轮毂处安装有冷却电风扇。一些运营人则建议飞行员在起飞后晚数min才收起落架。这些措施都有利于刹车冷却，运营短停航线的运营人通常会采用其中一种或多种方式来避免热熔塞熔断。若曾经使用化学试剂对刹车区域进行灭火，则冷却后需用清水对化学试剂进行冲洗。

　　小结

　　我国高原地区面积大，地形复杂，气候多变，交通不便利，高原机场作为高原地区与平原地区进行航空运输的重要枢纽，高原航空的日益增多对加强高原与平原地区的经济往来和物流运输有很好的推动作用。针对高原这种高海拔，低气压等特殊地形气候条件，分析高原机场对飞机着陆性能的影响，随着对飞机在高原机场着陆性能的研究，尤其快速过站检查及刹车冷却性能的深入研究，从而提高飞机的安全性和准点率，减少延误，推动高原航空业更好更快的发展。——论文作者：尚永锋钟飞龙张逸群颜佳威余 欣

文章名称：高原机场对飞机刹车性能及快速过站的影响

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