飛機起飛階段爬升梯度計算與影響因素分析

惠少輝++屈程

摘 要：飛機性能由于關系到飛機運行的效率和安全，歷來被設計部門和航空公司所重視。尤其是在起飛階段，由于該階段事故頻發，所以顯得尤為重要。在起飛階段，存在著越障和飛行高度的要求，必須保證有足夠的爬升梯度。文章從起飛階段爬升梯度出發，分析幾種計算爬升梯度方法的優劣，從而確定能準確計算爬升梯度的方法，并以此方法為基礎，分析影響爬升梯度的因素。

關鍵詞：起飛階段；爬升梯度；影響因素

中圖分類號：V24 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）27-0019-02

引言

爬升梯度是起飛階段衡量飛機性能的一個重要參數，為此，CCAR-25部中專門對起飛爬升梯度做了規定：25.121（b）中規定對于雙發飛機爬升梯度不小于2.4%，對于三發飛機不得小于2.7%，對于四發飛機不得小于3.0%。

1 爬升梯度計算

爬升梯度一般的定義是單位水平距離升高的高度，實時的爬升梯度計算有兩種方式，即：

（1）爬升梯度=垂直速度分量/水平速度分量，即

（2）爬升梯度=tan（俯仰角-迎角），即 。

對于第一種方法，

在飛機飛行過程中，真空速V是已知的，關鍵所在是求取垂直速度分量VY。而對于VY，分別可以用以下方法來計算：

a.氣壓高度求導；b.GPS垂直速度；c.無線電高度求導。

由于在起飛階段，受地形起伏和障礙物的影響，采用無線電高度求導來計算垂直速度顯然不準確。其次由于GPS在垂直方向上的精度不高，測量不準，所以采用GPS垂直速度也不精確。

而采用氣壓高度求導，測量準確且連續，所以計算出的垂直速度相對較準確。圖1所示為GPS垂直速度與氣壓高度求導計算出的垂直速度的對比，可以看出GPS垂直速度與一般的垂直速度有3-5kn的差別。

所以采用氣壓高度求導計算出的垂直速度來計算爬升梯度，結果準確可靠，以下對爬升梯度影響因素的分析都采用這種方法。

2 爬升梯度影響因素分析

影響爬升梯度的因素很多，本文將分析重量和機場壓高對爬升梯度的影響。如圖3所示為某民機小重量構型與大重量構型起飛階段爬升梯度的對比，在試驗條件上保持對比試驗重量、重心、飛機構型、起飛壓高相同，都采用起飛推力。通過圖可以看出當重量增加20%，爬升梯度減少33%。同時也可以看出，小重量構型爬升梯度大，飛機能更快的達到預定的高度，也能更高效的避過地面障礙，這對起飛階段環境的適應性有很大的提高。如圖4所示為某民機在機場壓高1200ft（平原）時和在機場壓高6500ft（高原）時爬升梯度的對比。在試驗條件上保持重量、重心、構型相同，都采用起飛推力起飛。由圖可以看出，高度增加了5300ft， 爬升梯度下降了0.09。所以在高原起飛時，為了保證爬升梯度和越障的能力，常常對起飛重量進行了進一步限定。

3 結束語

本文介紹了計算起飛階段爬升梯度的兩種方法，并分析了各自的優劣。并著重介紹了第一種方法中的關鍵參數-垂直速度的計算方法，最終確定了有效的計算爬升梯度的公式。并利用介紹的方法研究了重量和起飛機場壓高對爬升梯度的影響。結果顯示：起飛重量對爬升梯度的影響很大，在重量增加20%的情況下，爬升梯度減少了33%，小重量構型初始爬升梯度大使得飛機能很快到達預定高度，意味著具有比較強越障能力即對環境的適應能力較強。同時起飛機場壓高對爬升梯度也具有不可忽視的影響，機場高度增加5300ft， 爬升梯度會下降0.09，所以在高原機場起飛，為了保證足夠爬升梯度和越障能力，必須對飛機重量進行重新限定。

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