作者：陆晓华 王宁 刘澄澄
来源：《科技创新与应用》2016年第26期
摘 要：起飞程序是正常操作程序的重要组成部分，一个合理的起飞程序对保障飞行安全至关重要。文章通过三种机型起飞程序的对比分析，到了ARJ21-700飞机现行起飞程序存在的三个问题，并对产生这三个问题的原因和带来的影响进行了深入分析。通过对起飞阶段各种自动飞行模式变化的详细论述，设计了一种全新的起飞程序。新的起飞程序在满足局方规章和航空公司运行要求的前提下，有效的降低了飞行员在起飞过程中的工作量，操作方法和理念与成熟机型的起飞程序更一致，能保障ARJ21-700飞机持续安全高效的运行。
关键词：起飞程序；自动飞行；ARJ21-700飞机
引言
对于民航飞机而言，起飞是整个飞行过程中比较关键的一个阶段，起飞程序也是整个正常
操作程序的重要组成部分。航空事故统计表明起飞的三分钟是飞行事故的多发期，因此，一个合理的起飞程序对保障飞行安全至关重要。起飞阶段两名飞行员之间除了需要相互配合完成起飞动作和标准喊话之外，还要完成联系ATC以及判断外部条件变化对飞行操作的影响等工作，工作量大，心理压力也比较大。因此，对于一个合理的起飞程序，在保障安全且满足局方规章要求的前提下，应尽量降低飞行员在起飞阶段的工作量。
由于ARJ21-700飞机自动飞行模式设计方面的缺陷以及起飞过程中性能方面的一些限制，导致ARJ21-700飞机的起飞程序经过多轮讨论与修改，应该说现行的起飞程序设计相对合理，逻辑上没有明显的漏洞，并能满足局方规章和航空公司运行的要求。但为了避免起飞过程中自动飞行模式变化带来的影响，现行的起飞程序中要求：（1）起飞前不能待命自动油门（AT）；（2）起飞初始爬升阶段不能跟随飞行指引仪（FD）飞行；（3）减推高度之前不能接通自动驾驶仪（AP）。因此，对比成熟机型，ARJ21-700飞机的飞行机组在起飞阶段的工作量更大，对飞行的安全造成不利影响。此外，由于起飞前不能待命AT，油门台上也没有设计灵活起飞推力（FLX）对应的卡槽位，因此，一旦实施灵活温度起飞（正常运营后，航空公司考虑到经济性和发动机的使用寿命，大多数情况下都会选择灵活温度起飞），需要飞行员根据EICAS显示器上的N1基准值人工控制油门杆到灵活起飞推力对应的位置，操
作复杂，难度大，不易掌握。
在ARJ21-700飞机的空机验证阶段，已有成都航的飞行员提出，希望在起飞前待命AT，以便起飞过程中利用AT控制油门杆，一方面降低起飞阶段的工作量，另一方面也便于在正式运营后实施灵活温度起飞。
文章在对比ARJ21-700飞机现行起飞程序与成熟机型起飞程序的基础上，通过对自动飞行模式的深入分析，旨在设计一种全新的起飞程序，在满足局方规章和航空公司运行要求的前提下，降低飞行员在起飞阶段的工作量，保障ARJ21-700飞机持续安全高效的运营。文章在论述过程中将涉及三个方面：（1）起飞程序对比分析；（2）起飞程序操作差异分析；（3）新的起飞程序设计。
1 起飞程序对比分析
起飞程序对比分析中涉及三种机型，即：空客320飞机、波音737飞机、ARJ21-700飞机。为了便于对比三种机型的起飞程序，在分析过程中根据相应机型的起飞程序绘制了典型的起飞程序剖面图，剖面图中涵盖了起飞过程中主要的动作项。其中，操作飞机飞行员（PF）
的动作项位于剖面图的上方，以实线框的形式标出；监控飞机飞行员（PM）的动作项位于剖面图的下方，以虚线框的形式标出。空客320飞机的起飞程序剖面图如图1所示，波音737飞机的起飞程序剖面图如图2所示，ARJ21-700飞机现行起飞程序剖面图如图3所示。
对比空客320飞机和波音737飞机的起飞程序，不难看出，ARJ21-700飞机现行起飞程序在总体的逻辑设计上与两者比较接近，都可分为五个部分，包括：（1）滑跑阶段，待两台发动机的N1值稳定在某个固定值后，设定起飞推力，并进行推力检查和速度检查；（2）起飞初始爬升阶段，抬轮至15°后保持固定的空速爬升；（3）飞机到达减推高度后，将起飞推力减小到爬升推力；（4）飞机到达增速高度后，使飞机增速并收起襟缝翼至光洁构型；（5）完成所有动作后，执行起飞后检查单（本项未在起飞剖面图中列出）。
通过以上分析可以看出，ARJ21-700飞机现行起飞程序在逻辑设计上相对比较合理，也能满足局方规章和航空公司运行的要求。但相对空客320飞机和波音737飞机的起飞程序，ARJ21-700飞机起飞过程中飞行员的工作量较大，且一些操作方法与飞行员的习惯不一致，主要表现在以下三个方面：（1）起飞前不能待命AT，起飞过程中油门需要人工控制；（2）起飞初始爬升阶段，不能跟随FD指引飞行，需人工保持固定的空速；（3）AP接通的时机较晚（飞机到达减推高度且AT接通后才能按需接通AP）。
这三个操作方面的差异，额外增加了飞行员的工作量，对起飞过程中的安全也造成一定程度的影响。文章在“起飞程序操作差异分析”中将对这三个差异进行专项分析，说明造成这些差异的原因以及带来的影响。
2 起飞程序操作差异分析
2.1 “起飞不能待命AT”问题分析
首先，分析第一个问题，即：起飞前不能待命AT，起飞过程中油门需要人工控制。对于ARJ21-700飞机，现假设在起飞前可以待命AT，根据自动飞行逻辑：起飞过程中当两个发动机的N1目标值均大于40%并按压TOGA按钮后，AT将自动接通，并将油门杆自动前推至起飞推力位。在AT接通的情况下，如按照起飞程序在400ft以上按需接通航向模式（HDG）或横向导航模式（LNV），自动飞行方式信号牌（FMA）的自动油门栏将由N1 TO模式变为SPD模式，横滚栏变为HDG或LNV模式，俯仰栏变为PTCH模式，FMA的具体变化如图4所示。其结果是：飞机在到达减推高度之前就自动退出了起飞推力模式，即飞机提前减推，这种操作方式不能满足航空公司的运行要求。
为了解决起飞过程中AT接通情况下提前减推的问题，现行起飞程序的修正措施是：起飞前不待命AT，起飞过程中人工将油门杆推至起飞推力位并保持，飞机到达减推高度后再接通高度层改变模式（FLC）和AT来达到减推的目的。这样操作方法当然可以满足在减推高度前不减推的要求，但是由于需要人工控制油门，到达减推高度后又需要接通FLC模式和AT，额外增加了飞行员在起飞阶段的工作量。此外，如前文所述，一旦实施灵活温度起飞，需要飞行员根据EICAS显示器上的N1基准值人工控制油门杆到灵活起飞推力对应的位置，操作复杂，难度大，不易掌握。
2.2 “起飞不能跟随FD”问题分析
其次，分析第二个问题，即：起飞初始爬升阶段，不能跟随FD指引飞行，需人工保持固定的空速。对于ARJ21-700飞机，在起飞过程中需按压起飞复飞（TOGA）按钮激活起飞模式，此时，FMA的横滚栏将由ROLL模式变为TO模式，俯仰栏将由PTCH模式变为TO模式，FMA的具体变化如图5所示。其中，横滚栏TO模式的逻辑是：保持机翼水平；俯仰栏TO模式的逻辑是：保持固定的俯仰角，双发时为15°，单发时为12°。
基于俯仰栏TO模式的逻辑，FD水平指令杆将引导飞机保持固定的角度，而不是固定的
空速，在某些特殊情况下，无法满足越障的要求。对于空客320飞机或波音737飞机，在起飞初始爬升阶段，抬轮过程中FD指引保持15°，一旦飞机离地并获得足够的爬升率后，FD的指引即保持固定的空速（双发情况下，空客320飞机保持V2+10节的空速，波音737飞机保持V2+20节的空速）。在局方的咨询通告FAR-AC25-1329-1B（自动驾驶仪系统的批准）中有如下要求：起飞系统应该提供指令，使飞机能平稳地捕获某个俯仰姿态，在该姿态下能捕获并追踪全部发动机工作时的起飞爬升速度，即V2（起飞安全速度）+X。X是全部发动机工作时的速度增量，该值来源于飞机飞行手册（AFM）（通常为10节或更大值）。
通过以上分析可以看出，ARJ21-700飞机的FD水平指令杆在俯仰方向上的指引存在严重问题，不能满足局方咨询通告的要求，与成熟机型的FD指引也存在较大差异，对飞行安全造成重大影响。
现代a7 为了解决起飞初始爬升阶段FD水平指令杆指引有误的问题，现行起飞程序的修正措施是：在起飞过程中，初始跟随FD指引离地，飞机离地后，人工保持V2+10节的空速飞行，飞机姿态稳定后按压驾驶盘上的同步按钮把FD指引同步到飞机当前状态。这种操作方法从原则上讲能满足局方规章和航空公司运行的要求，同成熟机型的起飞程序在理念上基本保持一致。
但带来的问题也显而易见：（1）起飞初始爬升阶段无法跟随FD指引飞行，需要飞行员根据速度带的空速指示人工保持V2+10节的空速，姿态稳定后又要按压同步按钮，额外增加了飞行员的工作量；（2）就飞行员的习惯而言，一旦提供FD指引，需按照FD的指引飞行。但由于ARJ21-700飞机初始爬升阶段FD指引存在问题，飞行员为保持V2+10节的空速，需根据空速指示来飞行，反过来通过同步按钮将FD指引同步到飞机当前姿态，这种操作方法与飞行员的习惯正好相关，对飞行安全造成较大影响。
2.3 “AP的接通时机较晚”问题分析
最后，分析第三个问题，即：AP的接通时机较晚。ARJ21-700飞机现行起飞程序中规定600ft以上按需接通AP，在实际执行过程中，从逻辑上分析，建议飞行员在接通FLC模式和AT之后按需接通AP。起飞阶段，从系统的设计上来说，接通AP的最低高度为600ft。现假设飞机到达600ft后立即接通AP，FMA的具体变化如图6所示。从图中可以看出，由于俯仰栏为PTCH模式，AP在俯仰方向上将保持固定的角度，而此时油门杆保持在起飞推力位，因此，AP或油门都没有保持V2+10节的空速，也就不满足局方咨询通告FAR-AC25-1329-1B中有关起飞初始爬升阶段须保持固定空速的要求。
由此可见，接通AP应延迟到接通FLC模式和AT之后进行，这样操作能满足局方规章要求，从逻辑上分析也更合理。但从另外一个角度上来看，延迟接通AP在一定程度上增加了飞行员在起飞阶段的工作量。
2.4 小结
综合以上分析， ARJ21-700飞机现行起飞程序与成熟机型起飞程序的三个差异（即：起飞前不待命AT，起飞初始爬升阶段不跟随FD飞行，延迟接通AP）都会额外增加飞行员的工作量，且部分操作方法与飞行员的习惯不一致，对起飞过程中的飞行安全造成较大影响。
3 新的起飞程序设计
为了解决ARJ21-700飞机现行起飞程序的问题，需要重新设计一个起飞程序，在满足局方规章和航空公司运行要求的前提下，应尽可能的提前使用自动化设备（AT、FD和AP），降低飞行机组在起飞过程中的工作量，从而有效的保证飞行安全。
3.1 起飞阶段自动飞行模式分析
为了达到尽早使用自动化设备的目的，首先需要在起飞前待命AT（同波音737飞机的起飞程序一样），但是正如前文的分析，一旦提前使用AT，在400ft以上改变横滚方式的过程中，会造成提前减推的情况。为此，需要调整起飞过程中接通各种自动飞行模式的时机，并对自动飞行模式的变化进行详细分析。
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