硬核航空 空中停车率<0.02！双发客机的延程飞行与发动机的可靠性

陈光/文

一些已投入航线使用的双发客机如波音757、波音767、A300、A310与 A320等,都提出要争取“延程飞行”的批准。其中有些已获得美国或欧洲适航管理当局的“延程120min”或“180min”的批准,有些正在创造条件争取之中。

而有些新型双发客机在研制时,如波音777 等,就提出在投入使用时就能获得180min延程飞行的批准,以便能像四发客机那样航行任何航线。那么,什么是“延程飞行”?它何以受到如此重视呢?

“延程飞行”并非“加大航程”

“延程飞行”又称“延长航线使用”,全称是“双发喷气客机延长航程使用”,英文缩写为“ETOPS”。从字面上看,似乎是这些双发客机的载油不够,航程较小,因此要采取措施来延长它的航程。其实,这种理解是错误的。

实际上,上述这些双发客机的最大航程都可达到8000~10000km,足以应付各种航线的需要。尽管如此,由于某些严格的条令限制,这些双发客机并不是在任何航线(即使这些航线的距离大大小于飞机的最大航程)上都允许飞行的,如飞越太平洋的亚洲至美洲的航线,一般的双发客机就不允许飞行。这主要是从保证双发客机的安全飞行而规定的。

双发客机在飞行中,如果一台发动机因故障而停车,客机仍可在另一台发动机的推动下继续飞行。但是,原由两台发动机提供的飞行所需的推力及电力与压缩空气(客舱增压及空调所需),现由一台发动机来完成,就显得力不从心了,因此需要及时启动飞机上的辅助动力装置(APU),由它向机上供电与供气。如果继续飞行中,另一台发动机又熄火,则飞机失去全部动力而陷入危境。

为此从保证飞机飞行安全出发,许多国家的适航管理当局均对双发客机的航线做了严格规定。以美国联邦航空局FAA为例(许多国家均沿用它的规定),它明确规定双发客机可通航的航线,必须是在航线上任一点处距就近的机场(始发站、目的站或航线两侧可供备降的机场)的航程不大于该飞机以单发飞行时的60min航程,否则,就不能通航。

这条严格的规定说明,双发客机在航线上飞行时,如果在航线上任一点处,一台发动机突然失效而停车,该飞机必须以单发为动力,根据情况或飞回始发站,或飞向目的站,或飞向就近的备降机场。但其飞行时间不得超过60min。做不到这一点,这条航线就不允许这种双发客机开航。这就是所谓“60min限制”。之所以做出这种限制,是根据双发飞机一旦一台发动机失效,仅靠一台发动机飞往备降机场或始发机场或目的机场所存在的不安全因素的概率而作出的。

根据这一“60min限制”的规定以及目前世界上各机场的分布情况,双发客机不允许做越洋飞行,也不能飞越大片荒漠地区。例如我国跨越西亚沙漠地区飞往欧洲的航线,装有4台发动机的波音707可以通航,但新型的波音757与波音767却不能通航。这样,双发客机所能通航的只有靠近海岸的有限范围内的航线。由于这一限制,许多航空公司为了开辟洲际航线,只能购置昂贵的3发与4发大型客机,

例如波音747 400(4发)、MD11(3发)与 A340(4发)等。而一架波音747 400型客机售价约为1.5亿美元,这意味着为获得洲际航线的通航权利,航空公司要花费巨额资金。对于众多的航空公司来讲,这确实是一个沉重的负担。因此,许多航空公司要求适航管理当局放松这个60min的“紧箍咒”。生产客机的飞机制造厂出于扩大双发客机市场的考虑,也加入到请愿行列。

这就促使许多国家的适航管理当局于20世纪80年代初期开始研究“60 min限制”可否突破的问题。1983年,美国联邦航空局对“60min限制”一条款进行了修订工作的研究,认为上述限制是在20世纪40年代末期以活塞发动机为动力的双发客机的使用经验的基础上制订的。40多年来,航空技术有了突飞猛进的发展。发动机与飞机性能有了翻天覆地的变化,

更重要的是发动机的工作可靠性大大提高,因此在突破“60min限制”后,仍能保证双发客机安全飞行。为此,美国联邦航空局于1985年6月批准有条件的放宽60 min的限制,即“审查合格的双发客机,可以将航线上任一点至备降机场的飞行时间由60min延至120min”。这就是本文开始提出的“延程飞行”。双发客机获得120min的延程飞行批准后,可扩大飞行范围,欧美两洲间航线就可开航。

发动机的可靠性———延程飞行的条件

双发客机需具备什么条件才能获得120 min“延程飞行”的审查批准呢?前面提到,“60min限制”的规定,是考虑飞机上一台发动机失效后,另一台发动机能安全工作到备降机场的概率而制订的。要突破这一规定,就要从发动机是否有高的可靠性来考核。

发动机的可靠性是指它在规定寿命期内和在规定的工作条件下,完成规定的工作任务的概率。通俗地说,就是发动机在使用中不要出现影响发动机正常工作的故障。故障愈少,可靠性愈高。通常采用空中停车率、返修率和换发率等参数来表示发动机可靠性的数值。它们分别表示发动机平均工作1000个飞行小时(EFH)中出现的空中停车次数、送回工厂翻修的次数和在飞机上拆换发动机的次数。这些数值愈小,表明发动机可靠性愈高。

随着航空技术的发展,发动机的可靠性不断提高,例如目前大型客机上采用的高涵道比涡扇发动机,20世纪70年代初期,其空中停车率大约为0.3(每1000飞行小时的停车次数,为简化,下文将1000飞行小时的次数略去),而20世纪80年代中期与后期投入使用的发动机,到90年代后期的空中停车率已降低到0.01~0.05(有些发动机达到0.001),即空中停车次数已由每3千EFH出现一次降低到每2万EFH到10万EFH才出现一次。

将双发飞机的“60min限制”突破到“120min的限制”要求发动机必备下列两个条件:(1)装机的发动机累计在这种飞机上工作达到25万EFH;

(2)发动机空中停车率低于0.04。

当然,除了这两个条件外,对飞机的其他系统也有一些要求。此外,飞机具有了120 min钟延程飞行的能力后,是否参与延程飞行的营运,还要由适航管理当局对拥有该飞机的航空公司进行审定后才能确定。

要求空中停车率低于0.04,这是基于安全因素来考虑的。双发飞机在飞行中,如果两台发动机同时停车,那将是极端危险的。应尽量避免出现这种情况。考虑到双发飞机的飞行安全,希望由于各种原因而造成两台发动机同时停车的概率不得大于10-9次/EFH,即双发同时停车的事件只能在大于10亿EFH中出现1次。根据美国适航管理当局经过研究确定的双发飞机中双发同时停车的概率(TTLP)与单台发动机空中停车率(IFSD)的关系式 TTLP=6(IFSD)2,可得出单发空中停车率应低于0.04。

自1985年6月美国联邦航空局作出了有条件的放宽“60min限制”到“120min”限制后,已有多种飞机获得120min延程飞行的许可,如装 RB211535E4与PW2037的波音757、装 CF6 80C2与JT9D 7R4的波音767、装CFM56 3的波音737 300型等。

如果装某型发动机的双发飞机已获得了“120 min延程飞行”的批准,即说明所使用的发动机已具有较高的可靠性。因此,双发飞机是否有延程飞行的能力,也表明了它所使用发动机可靠性的高低,极为发动机厂家所重视。

实践表明,由于目前发动机的可靠性大大提高,使得双发飞机延程飞行是比较可靠的。据12家航空公司统计,从1985年6月到1986年12月的一年半时间内,使用波音767作120min延程飞行,13000 个起落,其中出现过25 次一台发动机空车停车的事件。在这25起事件中,21次飞往备降机场着陆,4次继续飞往目的机场,其达到目的地的成功率为(13000-21)/13000=99.838%。

而1985年5月至1986年6月,4发的波音747飞机飞达目的地的成功率为99.222%。可见,120min延程飞行的双发波音767飞达目的地的成功率高于4发的波音 747。在此成功的飞行经验上,适航管理当局又于 1988年底有条件地将

“120min”扩大到“180min限制”,即“180min延程飞行”。其条件是:该双发飞机已有一年使用120min延程飞行的经验;发动机空中停车率0.02。双发飞机若获得“180min延程飞行”的批准,那么它就可以在世界上任何航线、包括横跨太平洋的洲际航线上飞行了。

目前已经有装 RB211-535E4的波音757、装 CF6-80C2的波音767以及装 PW4084、GE90与遄达800的波音777等飞机获得“180min延程飞行”的批准,。随着发动机可靠性的提高,今后还将有更多的双发客机获得“180min延程飞行”的批准,这将打破4发客机垄断洲际航线的状况,给航空运输带来更好的经济效益和更加繁荣的景象!