关于B737飞机单空调组件保留放行的探讨

作者：运行风险控制中心 金振 吴明奎
摘 要：现代民航客机在设计之初就充分考虑了机载设备的冗余备份，允许航空承运人按照MEL在航空器带有不工作设备的情况下继续运行，以提高航空器的使用效率和航班正常性。尽管航空器的这种状态保证处在可以接受的安全水平，但通常都会产生一些运行限制或者带来飞行操作程序的调整。签派员要将运行限制和飞行程序的调整与实际运行的航线进行匹配评估，确保风险识别全面，应对措施得力。本文通过单空调组件保留放行这一事例展开探讨，分析MEL的运行限制，并制定针对性的应对措施，确保运行安全。
关 键 词：最低设备清单 单空调组件 飘降
A Discussion On the dispatching of B737 with One Air Conditioning Pack Inoperative
Jin Zhen1 Wu Mingkui2
(Shandong Airlines CO., LTD., Jinan, 250000, Shandong, China)
Abstract: The backup of aircraft equipment is fully considered at the beginning of the design of modern civil aircraft, it allows the air carrier to continue operate when the aircraft’s inoperative equipment comply with MEL. It improves the Aircraft utilization and the flight normality. Although the safety under this situation is guaranteed, but it always come along with some limitations or adjustments of standard operating procedure. The dispatcher should match the limitations and adjustments with the actual route to identify the risks comprehensively and cope effectively. By a typical case of B737 with one air conditioning pack inoperative, the limitations were analysed and the solutions were undertaken to insure processing security.
Keywords: MEL Single air conditioning pack Drift down
1 引言
空调组件是将飞机发动机引气和外界的冲压空气协同作用，向驾驶舱和客舱提供适宜的温度、压力以及流量，空调组件对座舱增压起重要作用[1]。由于空调组件使用发动机引气，这将降低发动机推力，对飞机性能产生影响；同时由于空调组件对座舱进行增压，因此空调组件故障将会影响航路飞行高度。本文将以南京-乌鲁木齐航线为例，分析在空调组件保留的情况下，如何识别潜在的风险以及制定应对措施。
2单空调组件保留放行对运行的影响以及原因分析
以某航空公司波音737NG系列飞机为例，假定右空调组件故障，MEL手册中单空调组件保留放行对应章节号为21-01-01，对于其操作程序O项中一个组件不工作产生的影响及原因，我们逐一进行讨论。
2.1对起飞性能产生影响的原因分析
当飞机放行时，由一台发动机向工作的组件供气用于起飞：
A．地面最小操纵速度V1（MCG）应按空调组件关断情况来确定。
B．起飞性能也应以空调组件在自动方式为基础。
对于A款，V1（MCG）又称地面最小操纵速度。在起飞加速滑跑中，临界发动机突然停车，其他发动机处于起飞工作状态，飞行员只使用空气动力操纵面（不用前轮转向和差动刹车）来恢复对飞机的操纵，使用正常的驾驶技巧和不大于规定的操纵力能安全地完成继续起飞，并保证飞机在跑道上航迹偏离跑道中心线的水平距离不大于9米（30英尺）。对于已知机型，V1（MCG）与发动机推力有关。从图1可知，温度越低、机场标高越低，发动机推力越大，V1(MCG）越大。
在单空调组件保留时，由于一台发动机向工作的空调组件提供引气，而另一台发动机没有提供引气，此时两侧发动机推力会产生差异，因此，在确定V1（MCG）时，应使用发动机推力最大那一台也就是空调组件关断那台发动机的推力来确定V1（MCG）。
同样，对于B款，由于发动机推力大，起飞性能好，限制较小；发动机推力小，起飞性能较差，限制加大，为保证飞行安全，在确定起飞性能时应使用发动机推力较小所对应的起飞性能，也就是按照空调组件在自动方式进行保守计算。这种计算方式在夏季高原机场运行时将会对航班载量产生较大限制，影响航空公司的效益。

2.2对起飞性能影响的应对措施
对于A款，以某公司B737NG飞机在济南机场起飞为例，济南机场标高接近海平面，在外界温度30度的情况下，V1（MCG）为103节。而查询图2空调组件引气开的起飞分析可知V1在外界温度30度，干跑道和湿跑道不同条件下，最大为157节，最小为148节，根据CCAR25部要求：V1(MCG)≤V1，由以上数据可知，在外界温度30度情况下，V1（MCG）满足规章要求。
对于B款，在无限载的情况下，使用空调开的起飞分析确定最大起飞重量即可。
在限载的情况下，可使用APU代替发动机向工作的空调组件供气，这样，两台发动机均不向空调组件供气，所有引气均用于提供发动机推力。此时可使用发动机空调引气关的起飞分析确定最大起飞重量，一般情况下将比空调引气开增加1000—1600KG的起飞重量。

3 单空调组件保留放行对航路飞行高度的影响以及应对措施
根据MEL条款，在一个空调组件保留的情况下，飞行高度限制为FL250及以下。
3.1对航路飞行高度产生影响的原因分析
根据CCAR25《运输类飞机适航标准》第25.841条规定：如果申请在25,000英尺以上运行的合格审定，则飞机必须设计为在增压系统任何可能的失效情况发生后，乘员不会经受到座舱压力高度超出15,000英尺[2]。
根据民航局咨询通告《审定维修要求》，可能的失效情况是指一架飞机在其整个运行寿命期间预计出现一次或者多次失效状态，发生概率的数量级在1×10-5或以上。
显然，B737NG飞机在一个空调组件故障的情况下，如果飞行高度在25000英尺以上，无法满足此条款中对于增压系统失效情况发生后，成员不会经受到座舱压力高度超出15000英尺的概率要求。因此，在航班放行时，对于单空调组件放行应该将航路飞行高度限制在FL250及以下。
3.2对于航班运行的评估
3.2.1对于燃油油量的评估
飞行高度是影响燃油消耗的主要因素之一，一般来讲，飞行高度越低，空气密度越大，飞行阻力越大，燃油消耗越高。因此，在制定燃油计划时，应该按照空中交通管制高度配备规则，按照东单西双的原则，选择低于FL250的高度进行燃油计划的计算，确保油量满足规章规定，以南京－乌鲁木齐航线为例，根据航线航路整体走向，应该选择高度FL236进行计算。
3.2.2对于航路安全高度的评估
为避免航空器与地面障碍物相撞，每条航路都会规定航段的最低安全高度，针对南京－乌鲁木齐航线，其航路安全高度最高为FL198，低于FL250，满足航路最低安全高度要求。
3.2.3对于航路限高的评估
由于空中交通管制需要，部分航路许可高度受到限制。例如：B215航路部分航段最低使用高度FL311及以上，W13航路部分航段最低使用高度FL276及以上。签派员应查询航图来确认相关航线是否满足运行要求，是否存在航路最低使用高度高于FL250的限制。一旦遇到这种限制时，需协调管制单位申请豁免，或申请更改航路以避开高度使用限制。
3.2.4对于飘降程序的评估
对于在平原地区运行的航班来说，完成以上操作后，该保留放行基本上已经评估完毕，但是对于飞越高原或山区的特殊航线来说，飞行高度保持或低于FL250的限制还需要针对飘降能力进行再次评估。
根据规章CCAR121部《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》，航空承运人应遵守第191条“涡轮发动机驱动的飞机的航路限制——1台发动机不工作”的要求。具体如下：
涡轮发动机驱动的飞机不得超过某一重量起飞，在该重量下，考虑到正常的燃油、滑油消耗和航路上预计的环境温度，根据经批准的该飞机飞行手册确定的一台发动机不工作时的航路净飞行轨迹数据应当能够符合下列两项要求之一：
（1）在预定航迹两侧各25公里（13.5海里）范围内的所有地形和障碍物上空至少300米 (1000英尺）的高度上有正梯度，并且，在发动机失效后飞机要着陆的机场上空450米（1500英尺）的高度上有正梯度。
（2）净飞行轨迹允许飞机由巡航高度继续飞到可以按照本规则第121.197条要求进行着陆的机场，能以至少600米 (2000英尺）的余度垂直超越预定航迹两侧各25公里 (13.5 海里）范围内所有地形和障碍物，并且在发动机失效后飞机要着陆的机场上空450米（1500英尺）的高度上有正梯度[3]。
飞机在空中飞行时可能会出现一台发动机失效的情况，此时飞机剩余的发动机应设置为最大连续推力。但是，由于总推力的减小及阻力的增加，飞机的飞行速度将逐渐降低，导致升力减小，飞机无法维持当前高度开始下降。随着高度的不断降低，空气密度逐渐增加，升力开始逐渐增大，最终在某一高度升力与重力再次相等，此时飞机可以保持平飞状态。飞机单发后可以再次平飞的高度即为飘降改平高度，在此高度以下飞行，飞机可获得的升力大于重力，飞机即有正梯度。绝大多数航线的最低安全高度都远低于飘降改平高度，因此根据第一条的要求无需制作飘降程序，飞行员下降到改平高度以后自行决定飞往合适备降场。当航线存在高大的障碍物时，航线最低安全高度会急剧增高，甚至会高于飘降改平高度，飞机在此航线飞行时如果遇到单发情况将无法安全飞越障碍物。此时航空公司有以下两种措施保障飞行安全：
（1）减小飞机重量以提高飘降改平高度直至满足规章要求；
（2）根据CCAR121.191条第二款的要求制作飘降程序。
在保证飞行安全的前提下获取更大的载量、取得更高的收益一直是航空公司追求的目标，减小飞机重量的措施虽然能够满足规章对安全的要求，但显然与航空公司的目标不符。因此航空公司一般采取设置决断点、规划备降航线等措施制作飘降程序越过或避开障碍物以保证飞行安全。飞机飘降时的净飞行轨迹受巡航高度、重量、外界大气温度等因素影响，在重量和温度不变的条件下，巡航高度越高，一发失效时越有利于越过障碍物。高原山区航线一般巡航高度都在一万米以上，不同航空公司可能会设置不同的巡航高度以评估一发失效净飞行轨迹与障碍物之间的垂直距离。这里面请注意巡航高度也是初始的飘降高度，本文以南京－乌鲁木齐航线巡航高度FL341为例，说明单空调组件保留放行对飘降程序的影响。
南京－乌鲁木齐航线由于部分航路飞越青藏高原北部，航路最低安全高度FL198，而航班的改平高度一般在FL160-FL180之间，航路最低安全高度大于改平高度，因此涉及飘降程序。根据单空调组件保留放行飞行高度限制要求，该航线最高可用飞行高度为FL236，使用性能软件测算可以明显看出：巡航高度（初始飘降高度）FL341的净飞行轨迹与FL236对应的净飞行轨迹差别明显，但其改平高度最终趋于一致，如图3蓝色线条和红色线条所示。其中，0点为飘降程序决断点；X轴为距离飘降决断点的水平距离，单位海里；Y轴为高度，单位英尺。
假设有一障碍物位于实线三角形位置，那么使用巡航高度FL331就可以按照规章要求以2000英尺（600米）的垂直余度越过障碍物，而使用巡航高度FL236就不能以2000英尺的垂直余度越过障碍物，针对单空调组件保留，使用巡航高度FL236将无法使用该飘降程序。
针对这种情况，有以下四种方法可以处置。
1.移动决断点。将决断点与障碍物间的距离缩短，如图3虚线三角形所示，决断点距离障碍物越近，飞机飘降净飞行轨迹与障碍物的垂直高度差越大，从而实现2000英尺的超障余度。由于决断点的移动需要重新对决断点定位，相当于制作了新的飘降程序，需上报局方进行审批。此处置方法耗时较长，短时间内无法使用。
2.控制起飞重量，不再使用飘降程序。以南京－乌鲁木齐为例，如果控制起飞重量，初步测算将会减少约6000KG的业载，将会直接影响航空公司的效益。
3.飘降决断点不变，减小飞机重量，提升飘降轨迹。如图3绿线所示，飞机重量的减少，飘降改平高度将会提高，同时整个飘降轨迹将会随着重量的减少而提高。当重量减少到一定程度，将会实现2000英尺的超障余度。这样，可以在决断点不变的情况下，通过控制重量的方法满足飘降程序。此方法与第2方法相比，障碍物距离起飞机场越远，将比第2种方法减少的重量越少。
4.更改航线，避开需要飘降分析的航线。以南京－乌鲁木齐为例，共有两条航线可选择，一条是常用的航线，也称南线，航路距离短，需要飘降分析；一条是北线，无需飘降分析，但航路距离长。
在运行过程中，签派员可以根据实际运行需要，选择最符合实际的方法进行处置。
3.2.5对于FPL的更改
经过3.2.1-3.2.4评估，确定航路高度和航线走向的变化后，应根据《民用航空飞行动态固定电报格式》文件要求对FPL报文编组13项飞行高度和15项航路走向进行修订，变更航路高度和航线。

4总结
单空调组件保留放行在签派日常工作中经常遇到，多数签派员在按照新的高度限制查询航路图、评估油量、更改FPL报文操作后以为完成了对此故障保留的评估，却容易忽略高度限制对飘降性能的影响。由以上分析我们可以看出，只有充分了解性能数据评估的原理，才能发现故障保留带来的衍生风险，才能对运行限制进行全面的评估，进而保证运行安全。
本文已在《中国民用航空飞行学院学报》发表。
参考文献：
[1]赵大伟. NG飞机空调辅助组件详解[J]. 商品与质量·建筑与发展航,2014.
[2]运输类飞机适航标准[S]. 中国民用航空局，2016-3-17.
[3]大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则[S]. 中国民用航空局，2017-9-4.