• 登录  |  注册

  • 西部航空:通过降低飞机加速高度控制燃油成本的思考

    王宇、袁建东 编 辑:陈虹莹 2022-04-22 14:45:00

      航空燃油成本一直以来都是各航空公司运行中最大的一块成本,而航空燃油的价格变化影响中,经济、政治和自然危机以及供需关系变化发挥着最大作用,导致燃油价格的演变受外部参数的强烈影响,航空公司对于燃油价格的影响微乎其微。除了燃油消耗之外,二氧化碳的排放也变得越来越重要,欧盟碳市场2005年启动,现在有30个国家包含民航业在内的1万2千多个企业和其他碳排放单位参与交易。2021年年7月全国碳市场正式开始上线交易,民航业也将逐步纳入碳交易市场,又给航空公司带来额外的燃油成本支出。

      目前航空公司正越来越多地投入资源以优化燃料成本的消耗,如选择更节油的机型,更先进的技术和设备减少飞机重量、使用地面设备等。本文从细微处入手,从目前各公司较为忽略的减推力高度节油方法,希望为各航空公司降本增效提供参考借鉴。

      一、起飞爬升阶段

      在不考虑飞机起飞出现发动机失效的前提下,飞机爬升到巡航高度通常通过四个基本步骤来实现:

      1、选择TOGA或FLEX推力和应该襟缝翼构型起飞爬升至公司或者机场规定的“减推力高度”(最低为800FT,飞机默认为1500FT),该阶段飞机速度在V2+10至V2+20之间;

      2、飞机爬升到“减推力高度”后,将发动机推力收回至爬升推力(CL),继续爬升至加速高度(最大为3000FT);

      3、飞机到达加速高度后,暂时降低爬升率,将襟缝翼收回至光洁形态,同时飞机增加速度至正常爬升速度(通常为250KT,受不同机场程序和管制要求影响);

      4、飞机达到正常爬升速度后,再次增加爬升率,以便可以快速有效地达到选定的巡航高度。

    正常爬升剖面

      二、襟翼和缝翼作用

      襟翼和缝翼属于飞机增升装置,为飞机起飞和着陆过程提供升力。其中襟翼平时是隐藏在机翼里面的,需要的时候能向下偏转或者是向后伸出,这样就能够增大机翼弯度和面积,提高升力系数,增大升力,同时也能够增大阻力。而缝翼安装在机翼前缘,离前缘襟翼是很近的,当它打开的时候与基本机翼前缘表面形成缝隙,将下面的压强较高的切撩倒到上面来延缓上面气流的分离,提高飞机的临界迎角,减小时速可能。特别是在飞机起飞的时候,机头仰角比较大,有可能会突然失速坠机。

      因此,空客为飞机起飞提供了3种襟翼和缝翼搭配方式:CONF1+F\CONF2\CONF3。空客一般推荐使用CONF2起飞,但使用CONF1+F起飞能够更好提高燃油效率,降低燃油消耗。

      三、降低加速高度的方式

      而降低加速高度,国际民航组织推荐了另一种起飞方式:

      1、选择TOGA或FLEX推力和应该襟缝翼构型起飞爬升至减推力加速高度(最低为800FT,飞机默认为1500FT),该阶段飞机速度在V2+10至V2+20之间;

      2、起飞后,飞机爬升到减推力加速高度后,保持正爬升率的基础上,飞机开始加速至S速度+10至S速度+20节之间,同时收回襟翼和缝翼,在飞机到达光洁形态后,将推力缩减至爬升推力,爬升至加速高度(正常为3000FT)

      3、飞机到达加速高度后,暂时降低爬升率增加速度至正常爬升速度;

      4、飞机达到正常爬升速度后,再次增加爬升率,以便可以快速有效地达到选定的巡航高度。

    降低加速高度剖面

      四、降低加速高度的好处

      起飞时选择使用的襟翼和缝翼能有效提高升力系数,增大升力,提升了飞机初始爬升的能力,但同时也增大了飞机的阻力效果,它们越早收回,飞机就越早进入更有效的空气动力学配置,因此选择降低加速高度的方式将最大限度地减少燃油消耗。

      以空客A320机型为例,从0海拔机场起飞后,在800FT处开始加速并在1500英尺减推力并爬升至30000FT,和1500英尺减推力并在3000FT加速,根据空客手册燃油消耗降低16KG。该项数据为多种机型和外界条件下较为保守的节油数据,实际运行时因条件不同,实际节油量可能大于空客提供值。

    空客提供减推力高度节油量

      五、需要注意的问题

      1、受噪音限制影响,国内大型机场一般会规定相应的减噪程序,对于飞机减推力和加速的高度进行了明确要求,因此减推力高度一般只能在远离生活区域的机场执行,需要签派人员关注和实时各机场NAIP中公布的减噪程序要求。

      2、该种操作模式需要调整飞行员的操作方式,同时由于800FT至3000FT时间较短,期间飞行员还需要更换频率、根据管制要求调整高度、航向等,增加了飞行员操作的复杂性。因此在使用该种起飞减推力方式前,需要对操作风险进行评估,同时调整飞行员操作流程,避免忙中出错。

      六、优化的方法

      由于正常爬升方式的减推力加速高度为一个高度区间,通过选择较低的高度进行减推力和加速,也能够为航司带来燃油量的节省。该种燃油的节省空客没有提供权威的节油量数据,但各公司在制定该项方案时,可以通过使用空客PEP软件的OPF模块进行计算不同减推力高度和加速高度下燃油消耗的差异,选择最适合公司的减推力和加速高度。

      以A320-232飞机为例,起飞重量70吨,标准大气条件,零海拔高度的机场起飞条件,不同减推力和加速高度的燃油量和终点高度如下:

      七、总结

      可以看到,对于燃油成本的控制会是一个需要长期渐进控制的过程。除了需要航司大量投入的新技术(如新型发动机、新型设备等)外,也需要航司内部各部门全维度地探索和优化现有流程和操作方式,从点滴做起,拒绝每一滴燃油的“跑冒滴漏”。

      以上是笔者基于燃油成本控制中一个细微项目的思考。抛砖引玉,以探讨各航司燃油成本控制的经验分享,共同提升燃油效率。(作者:西部航空节能减排主管 王宇、西部航空技术支援中心经理 袁建东)