作者：运行风险控制中心 张春华
近几年来国内主要航空公司在高原机场例如昆明（标高6902英尺）运行时，均遇到737-800机型起飞轮胎速度经常超限的问题，从而导致临时更换轮胎，影响航班进程。从航空公司运行的角度，有必要认真分析轮胎速度超限产生的原因，并给出可操作性的运行指导建议。
- 起飞性能的基本要求
CCAR-25和CCAR-121规章对飞机在某个机场最大允许的起飞重量有严格的要求，必须满足以下几种限制：
（1）跑道长度限制的最大起飞重量
（2）爬升能力限制的最大起飞重量
（3）刹车能量限制的最大起飞重量
（4）障碍物限制的最大起飞重量
（5）轮胎速度限制的最大起飞重量
以上几种限制的最大起飞重量需要比较取最小值作为最终的最大允许的起飞重量。
针对轮胎速度限制而言，以波音737-800机型为例，轮胎限速一般为225英里/小时，换算为地面速度为195.6节（海里/小时），如果飞机离地时的轮胎地速超过该限制速度，存在因离心力过高爆胎的风险，因此需要严格控制最大允许的起飞重量低于抬轮速度限制的最大起飞重量。 - 起飞速度
VR－抬轮速度，起飞滑跑过程中，飞行员计划的抬轮速度，在该速度下，飞行员需要以2-3度每秒的推荐的标准抬轮速率进行抬轮起飞。
VLOF－离地速度，飞行员在VR抬轮以后，随着空速的增加和迎角的增加，飞机的升力和发动机推力向上的分力逐渐增加，直到两者之和刚好大于飞机重量的时候，飞机自然升空离地（主起落架支柱完全松开），可见飞机离地时的速度VLOF是飞机起飞滑跑过程中地速最大的时刻点的速度，Vlof（一般为校准空速CAS）换算为真空速TAS，再修正完风速后的地速应当始终不超过轮胎限速（737-800为195.6节）。
Vmu-最小离地速度，为了满足飞机安全离地的要求，规章要求飞机厂商进行最小离地速度（Vmu）试飞。飞机厂商需要进行全发时、单发时（各种推重比T/W），标准抬轮速率（2-3度每秒）和快速抬轮率（4-6度每秒），低温和高温，低压力高度和高压力高度等一系列组合条件下的最小离地速度试飞（见图1），同时试飞数据还包括不同条件组合下的VR和Vlof之间的速度增量数据。Vmu试飞的主要目的在于建立满足规章要求的安全的VR速度，规章要求VLOF≥1.05Vmu（单发）和VLOF≥1.10Vmu（全发）。一般来说单发条件下的Vmu要大于全发条件下的Vmu，主要因素就是推力向上的分力较小，相同的离地迎角下，需要更大的速度离地。
V2－起飞安全速度，飞机单发继续起飞，飞行员在计划的速度下抬轮，在离地高于跑道35英尺时应该达到的安全速度，Vmu试飞时同时也建立了不同组合条件下基于标准抬轮率的VR和V2之间的速度增量数据。
此外，VR和V2还需要满足空中最小可控速度Vmca的规章要求（VR≥1.05Vmca，V2≥1.10Vmca，保持飞机可控）和V2≥1.13Vs1g的失速裕度要求（保证飞机具备足够的失速裕度）。
经过以上的速度分析，飞机厂商就可以发布满足规章要求的不同起飞重量、不同起飞构型（襟翼），不同推力等级（或假设温度法减推力），不同温度和压力高度下的最小起飞计划速度VR和V2，波音公司称为标准起飞速度（也就是常说的非改进爬升速度），在该速度模式下，产生的离地速度VLOF是最小的，这也意味着可以获取更大的轮胎速度起飞限重。 - 改进爬升介绍
对于波音双发客机来说，以737-800机型为例，双发飞机的起飞性能主要受到爬升限制的影响，尤其是在标高较高，跑道较长同时起飞航迹区内没有障碍物限制的机场。波音机型在不考虑改进爬升技术的前提下（意味着使用标准起飞速度模式计算各项起飞限制），爬升限制往往比较严重，波音因此引入了改进爬升概念，允许高于标准速度的VR和V2计算起飞各项限制，速度的增加程度一般用改进爬升单位来表示，对于737-800机型来说，1个改进爬升单位意味着比标准VR速度增加1%的参考失速速度，VR的增加也同时会带来V2的增加，从而提高了爬升梯度能力，提高了爬升限重。
改进爬升技术的目的在于提高某机场最大允许的起飞重量，提升航班的业载或航程能力，但应该注意的是，改进爬升技术对于轮胎速度限制来说是不利的，因为VR的提高，VLOF也会跟着提高，轮胎速度限制的最大允许起飞重量是减小的。 - 高原机场起飞性能特点
高原机场的标高较高，以昆明机场04号跑道为例，昆明机场标高为2104米（6902英尺），04号跑道4500米长，且起飞离场方向净空好，没有需要超越的障碍物。
高原机场的速度特点：高原机场由于空气密度低，标准温度较低，相同气温、相同指示空速（表速）下，对应的真空速会比低标高机场高不少，以昆明机场和标准海平面机场为例，表1显示了100节指示空速下不同温度下的真空速比较情况。由表1可见，昆明机场的真空速与表速的差异较大，表速越大，差异也就越大，这意味着在高原机场起飞，尤其在高温的情况下，轮胎速度比低标高机场更容易超速。
为了提高最大允许起飞重量，保证航班业载水平，各航空公司主要使用配备带翼尖小翼的26K推力的737-800机型执行该机场的航班任务，并且需要依赖最优化的改进爬升技术进一步提高最大起飞重量。图2为某公司737—800W_26K机型的04号跑道在不同温度情况下的最大起飞重量情况（计算条件：襟翼5，干跑道，发动机空调引气关、防冰关，最优V1，最优改进爬升，无风）。可以看出从28度到40度的温度范围内，最大允许的起飞重量同时受到爬升、轮胎速度和刹车能量限制，随着温度的上升，轮胎速度限制逐渐成为主要限制。
- 影响Vlof离地速度的因素分析－性能数据方面
在固定的起飞重量下，首先假定飞行员在计划的VR速度及时使用标准抬轮率（2-3度每秒）抬轮，实际起飞过程中会有多种因素影响实际的离地速度。
（1）最明显的因素首先是飞机的实际起飞重量，起飞重量大，会导致各种速度模式下（标准速度模式或改进爬升模式）计算得到的VR和V2都要提高，离地速度Vlof自然会高。
（2）起飞襟翼：小襟翼起飞时，由于升力系数低，飞机的离地速度也要大一些。
（3）VR速度的大小，在固定的起飞重量、襟翼、温度、压力高度下，VR速度主要跟速度模式的选择有关系，即标准速度，或者使用改进爬升技术。VR速度大，在标准抬轮率下，飞机的离地速度也会变大。表2表示的是在昆明机场04号跑道，737—800W_26K机型，70吨起飞重量（不超过最大允许的起飞重量），20摄氏度情况下，不同速度模式下的VR速度和离地速度的大小情况。可以发现，随着改进爬升单位的增加，VR和实际的Vlof都在增加，速度增量随着改进爬升的增加而减小的主要原因是初始VR的增加，在相同的抬轮率下，到达离地时的迎角变小，时间差变短，推力不变的情况下会有较小的速度增量。
（4）推力的影响，在相同的起飞重量下，使用假设温度法可以减少推力最多25%，相同的速度模式下，推力的减小主要影响的是VR的大小，小推力下的VR略有增加，导致的Vlof也会略有增加。仍以737—800W_26K机型为例，如果外界温度是0度，实际起飞重量为66吨，从起飞分析数据来看，最大允许的减推力温度为40度（40的起飞限重为66478公斤，大于实际起飞重量），我们计算不减推力和假设温度40度时的VR和Vlof数据（见表3），可见推力对VR和Vlof影响较小，相同速度模式下，只有微小的差距。
推力变化的情况同样适用于不同的发动机引气情况，相同条件下，例如上表第三种情况下，如果改为发动机空调引气开起飞，VR=157.4节，Vlof=164.0节，同样为微小的增加。
（5）飞机重心的影响：飞机重心主要影响飞机的实际升力系数，在重心后移的情况下，飞机的实际升力系数增加，相同重量条件下飞机的实际离地速度要低。仍以第（4）条的外界条件为例，如果起飞重心为6% MAC（规章要求的起飞重心前限），不改进爬升和不减推力的情况下，VR和Vlof为141.3节和152.4节。如果起飞重心变为18%，且保持VR=141.3节不变，可以发现Vlof变为151.8节，离地速度略有减小。
（6）顺风：顺风的影响非常明显。虽然顺风不直接影响选定的VR和VLOF表速的大小，但顺风将导致飞机离地的地速直接变大，距离轮胎限速更近。尤其是飞机的实际起飞重量接近轮胎速度限重时，飞机离地时若偶然存在顺风条件，会直接增加轮胎超速的可能性。另一个方面，在计算轮胎速度限重时，对于风速的处理方式不同，直接使用了实际的风速，没有做顺风变为150%、顶风减半的处理，所以在真实顺风起飞时，风对轮胎速度的裕度较小。 - 影响Vlof离地速度的因素分析－飞行操作方面
飞行员的实际操作飞机抬轮的动作同样对飞机的离地速度造成很大的影响，在很大程度上，这会是导致轮胎超速的主要因素，通过译码分析，轮胎超速时大部分飞行员都存在抬轮时机晚和抬轮率慢的情况。
（1）抬轮过晚，抬轮过晚的影响是十分明显的，飞行员不在计划的抬轮VR速度抬轮，比如晚了几节，飞行员抬轮后（假设仍按正常抬轮率抬轮），飞机迎角仍会按标准速率增加，直到升力和重力向上的分力和大于重量，飞机在地面上增加了太多速度，导致最终离地速度增加，当然最终的离地迎角是变小的，非常容易导致轮胎超速。
（2）抬轮过慢，飞机厂商在制定合理的VR和V2速度时，考虑了快速抬轮，防止飞机抬轮过快导致擦机尾，但针对轮胎速度限制始终采取的是全发、标准抬轮率建立的速度模型。如果飞行员不按正常的抬轮率抬轮（2-3度每秒），而是用过慢的抬轮，则飞机迎角增加速度较慢，升力和推力向上的合力增加缓慢，飞机始终无法离地，会不停加速，直到满足离地的条件为止。因此抬轮过慢，也会直接导致飞机实际离地速度增加。 - 结论
经过以上影响飞机离地速度的因素分析，可以有几个方面的运行建议：
（1）飞行员操作。应始终遵守波音标准操作程序的要求，全发起飞时，在计划的VR速度按照推荐的标准抬轮速率（2-3度每秒）抬轮，减少人为原因导致轮胎超速的可能性。这要求平时飞行员平时经常查询译码数据，总结自己的抬轮速率情况并注意在训练和航班实际飞行中进行修正，符合SOP的要求。VR抬轮时机考虑反应时间，可以提前1秒进行反应。
（2）起飞跑道选择。尽可能使用顶风跑道起飞，避免顺风起飞。
（3）起飞速度的选择。在高原机场起飞时（尤其是大重量和高温条件下），尽可能地按正确起飞分析使用方法查询基于实际起飞条件下的最小的满足规章要求的起飞速度VR，优先采用发动机空调引气关并使用全推力的方式进一步降低VR和离地速度。最小起飞速度的查询方法：实际起飞重量低于非改进爬升限重时使用FMC或FCOM获得最合适的速度（适用于V1为平衡场长的情况），起飞重量介于非改进爬升限重和最优改进爬升重量的情况下，使用插值法，获取实际起飞重量对应的最合适的起飞速度，该查询方法适用于纸张版的起飞分析表。当使用波音起飞性能软件STAS时，可以考虑将POPT(23）项设置为1，并把POPT(24）设置为实际起飞重量，来获取最合适的起飞速度，该方法适用于任何的V1政策，并且计算最为准确。目前公司EFB起飞分析计算速度功能均能计算最合适的起飞速度，很大程度上缓解了以前使用纸张版起飞分析表无法方便计算合适起飞速度的困难，避免了因使用过大起飞速度导致的轮胎超速事件。
（4）执行高原机场的飞机选择：尽量选择带小翼的737-800机型执行；选择波音最新的带有SFP（短跑道性能）737-800机型执行，短跑道性能的737-800机型取证了更大的升力系数并限制了改进爬升的最大单位（最大只能到9%），可以减小轮胎超速的可能性。
（5）重心后移，飞机重心后移可以在保持VR不变的情况下减小离地速度，并且重心后移还可以节省燃油消耗，推荐配载人员在许可的重心包线内将起飞重心尽可能后移。
（6）重量控制的方法：如果飞机起飞重量已经十分接近轮胎速度限重，如果飞行员非常担心自己的抬轮技术问题，如果航班业载许可，可以通过减少实际重量的方法，可以获取更小的起飞速度；不采用最优改进爬升的选型，选择固定的小一些的改进爬升单位，达到控制起飞重量和起飞速度的目的；使用稍大的襟翼起飞，比如737-800机型可以使用襟翼5以上的襟翼（10、15、25）的构型计算起飞性能，同样可以起到控制起飞限重和起飞速度的目的。但客观来说，控制起飞重量虽然最为有效，但会影响航班的业载能力，应酌情使用。
（7）飞机厂商方面：认证更大速度的轮胎，比如从225MPH认证到235MPH，目前波音B737-8（MAX）的轮胎限速度已经提升到235MPH，但实际性能计算时最大到232MPH，留出了一定安全裕度。
最后，要提到的是，根据波音的试验，轮胎限速度是在极限最大载荷的情况下认证的轮胎速度限制，该重量比737-800机型最大起飞重量79吨高很多，即使实际离地速度地速超过轮胎限速超过一些，并不会实际造成轮胎爆炸，针对非正常着陆或者紧急着陆，轮胎最多可以承受超过轮胎限速25MPH（225MPH到250MPH）。
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