Взлёт с уменьшением тяги | Библиотека знаний

Взлёт с уменьшением тяги двигателей

Взлет — это одна из самых критичных фаз полета, когда самолеты работают на пределе своих возможностей.
Однако существуют случаи, когда тяга двигателей во время взлета уменьшается

Читать

Взлет с уменьшением тяги

Время чтения: ~5-7 минут

Взлёт — это одна из двух критических фаз полёта, когда самолёты эксплуатируются на пределе своих возможностей. Основным фактором безопасности является надежность двигателей и контроль их тяги. Однако существуют случаи, когда уменьшение тяги двигателей во время взлета является необходимым или целесообразным.

Первостепенная причина использования методов уменьшения тяги — это увеличение ресурса двигателей и снижение эксплуатационных расходов. Полная мощность при каждом взлете приводит к большему износу, увеличивает риск повреждений и требует более частого технического обслуживания (не говоря уже об экономической составляющей и повышенных лизинговых платежах авиакомпаний).

Существует два основных метода уменьшения тяги:

Derated Takeoff thrust or Fixed derate - это использование заранее определенного уровня мощности, ниже максимального, называемого "Derated Thrust”.
Assumed Temperature Method (ATM) (или Flex Temperature). Суть этого метода заключается в имитации двигателем работы в условиях более высокой температуры окружающей среды, чем фактическая.
А также комбинация двух этих методов.

В этой статье рассмотрим эти методы и причины использования таких процедур.

Навигация по статье

Derated Takeoff thrust

Часть 1

Assumed Temperature Method

Часть 2

Практическое применение

Часть 3

Преимущества использования методов уменьшения тяги

Часть 4

Часть 1. Derated Takeoff thrust

Для начала давайте рассмотрим определение:

Federal Aviation Administration
Derated takeoff thrust, for an airplane, is a takeoff thrust level less than the maximum takeoff thrust, for which exists in the AFM a set of separate and independent, or clearly distinguishable, takeoff limitations and performance data that complies with all the takeoff requirements. When operating with a derated takeoff thrust, the value of the thrust setting parameter which establishes thrust for takeoff is presented in the AFM and is considered a normal takeoff operating limit.

Этот метод представляет собой программное ограничение мощности двигателей: например, двигатель CFM56-3C-1, работающий на режиме 20.000 lb, вместо полных 23.500 lb. Двигатель будет работать с заранее предустановленной меньшей мощностью так, как будто на самолете были бы установлены менее мощные двигатели. Стоит сказать, что это всего лишь программная опция и может быть предусмотрена не всеми эксплуатантами.

При использовании derated takeoff thrust предельные значения EGT и оборотов снижаются, и экипаж не должен превышать эти предельные значения при нормальной работе. Более того, данный метод используется не только для экономии ресурса двигателей: в некоторых случаях взлет с derated takeoff thrust позволяет увеличить максимальный взлетный вес.

FCTM Boeing 737
Derated takeoff thrust (fixed derate) may permit a higher takeoff weight when performance is limited by Vmcg, such as on a runway contaminated with standing water, slush, snow, or ice. This is because derated takeoff thrust allows a lower Vmcg

FCTM Airbus 319-321
The derated takeoff enables to improve the takeoff performance if the TOW is limited by Vmcg. Vmcg limitation usually occurs on short and/or contaminated runways. The principle is to impose a lower engine rating to benefit from lower minimum control speeds.

Отметим, что вскоре в нашей Библиотеке выйдет статья, посвященная перфомансам самолета: по всем скоростям и ВПХ. Поэтому, если вам написанные сверху аббревиатуры непонятны, то не переживайте, скоро мы постараемся раскрыть их в отдельной теме.

Часть 2. Assumed Temperature Method

Основной принцип метода заключается в следующем: вместо работы на полной мощности, соответствующей фактическим условиям окружающей среды, двигатели самолета "думают", что температура воздуха выше. Это достигается за счет ввода в систему управления двигателями температуры, выше реальной, называемой “assumed/selected/flex temperature”. Двигатели, учитывая эти данные, автоматически снижают тягу, чтобы соответствовать "условиям высокой температуры".

Например, если фактическая температура воздуха на взлетно-посадочной полосе составляет 20°C, пилоты могут ввести в систему температуру 40°C, и двигатели будут работать с тяговыми характеристиками, соответствующими этой более высокой температуре.

Почему этот метод действительно безопасен с точки зрения аэродинамики отлично описывается в статье Д.С. Оканя. Вот, например, один из тезисов:

…Фактическая уменьшенная тяга будет выше, чем максимальная тяга, какая была бы при температуре, равной условной, так как фактическая плотность воздуха – ВЫШЕ (ведь фактическая температура на самом деле – ниже, чем та, которую мы сообщаем самолету).

Очень хорошее объяснение метода приводится в FCOM семейства самолетов Airbus:

The maximum performance limited takeoff weight depends on the maximum available takeoff thrust, therefore it is possible to determine a temperature at which the actual takeoff weight would be limited by performance.

This temperature is referred to as TFLEX (Flex Temperature).

Стоит отметить, что сертификационные требования накладывают некоторые ограничения на использование данного метода. Вот, например, выдержка из AFM (Airplane Flight Manual) B737, что по сути является сертификационным документом конкретного ВС:

…Operation at reduced takeoff thrust based on an assumed temperature higher than the actual ambient temperature is permissible if the airplane meets all applicable performance requirements at the planned takeoff weight and reduced thrust setting. The amount of thrust reduction must not exceed 25 percent of the full rated or derated takeoff thrust. Use of assumed temperature reduced thrust procedures is not allowed when the runway is contaminated with standing water, ice, slush, or snow. Reduced thrust is allowed on a wet runway if suitable performance accountability is made for the increased stopping distance on the wet surface. Assumed temperature reduced takeoff thrust is not permitted with anti-skid inoperative…

Примечание от автора
Всегда рассматривайте документы и руководства вашей авиакомпании как приоритетный источник информации.

Как мы видим, ограничения связаны не только с состоянием ВПП и максимальным ограничением тяги. Выше указано, что использование метода Assumed Temperature подразумевает соответствие требованиям для взлета (performance requirements at the planned takeoff weight and reduced thrust setting):

Field length

one engine inoperative takeoff distance
accelerate-stop distance
115% all-engine takeoff distance

Climb gradient

1-st segment - positive (2-engine airplanes)
2-nd segment - 2,4% (2-engine airplanes)
final segment - 1,2% (2-engine airplanes)

Obstacle clearance

net flight path must clear obstacle by 35ft
net is gross reduced by 0,8% (2-engine airplanes)

Часть 3. Практическое применение

На практике все довольно просто: перед взлётом считаются взлетно-посадочные характеристики в специальном приложении (для Boeing это OPT - Onboard Performance Tool). Тут стоит сказать, что у некоторых эксплуатантов расчет ВПХ происходит с помощью специальных таблиц - Runway analysis charts, что представляет собой тот же расчет взлётных и посадочных характеристик, только “вручную” по таблицам.

CDU B737

К примеру, мы посчитали взлетные характеристики и у нас получился взлет с Takeoff Derate 2 и Assumed Temperature 42°.

Далее мы вносим эту информацию во время подготовки кабины на соответствующую страницу пульта управления (на B737 под цифрами 1 и 4).

Для примера приведены страницы TAKEOFF RRJ95 и семейства Airbus, где по аналогичной процедуре вносятся параметры для уменьшения тяги двигателей на взлете.

MCDU RRJ95

MCDU A318-321

Часть 4. Преимущества использования методов уменьшения тяги двигателей на взлете

С первого взгляда может показаться, что намеренное уменьшение тяги на взлете - это вовсе небезопасно. Но это не так: данные методы сертифицированы производителями воздушных судов и силовых установок, а также государственными регуляторами в области авиации. Давайте посмотрим на ряд преимуществ, которые предоставляют эти методы.

Снижение износа двигателей

Действительно, основной износ двигателя происходит из-за работы при высоких внутренних температурах, поэтому даже незначительное снижение тяги может существенно повлиять на срок службы двигателя.

Увеличение срока службы двигателя не только сэкономит деньги компании, но и снизит вероятность того, что вам или экипажу после вас придется практиковаться в своей технике при отказе двигателя на взлете. По некоторым данным, для двигателей серий CFM56, 1°C Assumed Temperature уменьшает EGT примерно на 3.5°C.

Более того, сами производители самолетов отмечают, что использование данных методов благоприятно сказывается на эксплуатационных расходах.

FCOM A319-321
The actual takeoff weight of the aircraft is often lower than the maximum regulatory takeoff weight. In this case, it may be possible to takeoff at a thrust less than the maximum takeoff thrust. This allows to increase the engine life, improve the engine reliability and reduce the maintenance costs.

FCTM B737
Lower takeoff thrust reduces EGT, improves engine reliability, and extends engine life.

Уменьшение Vmcg и Vmca
Как мы отмечали раннее в рамках данной статьи, использование метода Derated Takeoff Thrust/Fixed Derate уменьшает скорости Vmca и Vmcg.

Действительно, в случае отказа двигателя на взлете при использовании данного метода разворачивающий момент будет меньше по сравнению с моментом, если бы двигатели работали на “максимальном” режиме. Если максимальный взлетный вес ограничен скоростью Vmcg, то в некоторых случаях (при взлете с загрязненной (contaminated) ВПП) использование данного метода позволяет увеличить максимальный взлетный вес.

Снижение уровня шума
Очевидно, что при взлете с уменьшенной тягой будет создаваться меньше шума и это особенно важно при наличии в аэропорту специально установленных процедур по уменьшению шума.

Это действительно безопасно

Данные методы используются уже очень давно и оказались действительно надежными и безопасными.

Во многих авиакомпаниях данные методы используются ежедневно в качестве нормальных эксплуатационных процедур. В качестве иллюстрации еще раз напомним, что при использовании Assumed Temperature, например, 50 °C, чтобы использовать более низкую N1 и EGT, все расчеты выполняются для температуры 50 °C, но двигатель будет работать при температуре окружающей среды (которая холоднее), что обеспечит большую мощность, чем это предусмотрено расчетами.

Коротенькие видео про эти методы можно глянуть тут и тут.

Стоит обратить внимание, что производители самолетов не дают однозначного ответа на вопрос экономии топлива при использовании данных методов. Например, Chris Brady в своей книге указывает, что данные методы увеличивают расход топлива:

...Increases fuel burn. Strange,but true. This is because:

a) Assuming an uninterrupted climb, you will take longer to reach the more economical cruise altitude.
b) Engines are less efficient when not at full thrust.

Если у вас есть какие-то догадки, а также ошибки, замечания и предложения - просим направить нам на почту - checkxcheck.podcast@gmail.com

Заключение

Уменьшение тяги двигателей во время взлета — это важный инструмент в арсенале авиационного специалиста, позволяющий оптимизировать эксплуатацию самолета и снижать износ двигателей.

В рамках данной статьи мы детально рассмотрели ключевые аспекты методов уменьшения тяги двигателей на взлете, включая Assumed Temperature и Derated Takeoff Thrust. Мы обсудили их основные принципы работы, преимущества и важность для современной авиации.

Однако, как и любая другая авиационная процедура, она требует точных расчетов и учета множества факторов, включая вес самолета, длину ВПП, погодные условия и возможные сценарии отказов. Применение данных методов должно всегда основываться на детальном анализе и опыте, чтобы обеспечить максимальную безопасность полета.

Материалы