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C919飞上高原,难度远超一般想象

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【文/观察者网专栏作者 张仲麟】

2024年2月20日,第九届新加坡航展开幕。在这次航展之中,最引人瞩目的莫过于带着5架飞机参展的商飞了,这也是国产干线大飞机C919首次出海并参加航展,在国外进行飞行表演。C919的实机参展引发了外媒的高度关注,成为新加坡航展的明星机型。

而在新加坡航展上,商飞和西藏航空也公布了新的40架C919订单——值得关注的是,这一次所签下的C919订单是高原型C919。


中国商飞与西藏航空签约现场

高原机场起降的困难

要说C919高原型,那就得先说下高原机场的起降飞行了。

对于高原机场的定义是海拔高度在1500米到2400米的机场,而高于海拔高度2400米的机场则是高高原机场。对民航飞行来说,高高原机场的起降飞行一直是一个巨大的挑战。虽然飞机飞行高度往往在万米左右,两三千米的机场海拔高度与之相比看似不算什么,但对飞机起降来说,这两三千米的海拔高度可不是小事。

由于大气层的厚度和密度随着海拔的升高而减少,空气变得更为稀薄。对于飞机而言,空气密度是决定其升力的关键因素之一,稀薄的空气导致机翼所能提供的升力变得更小了,这意味着飞机需要以更高的速度才能产生足够的升力。


西藏航空C919示意图

而对飞机的发动机而言,稀薄的空气代表着更少的氧气以及发动机推力的下降,使得飞机动力下降需要更长的跑道来获得更高的速度。因此,高高原机场往往需要更长的跑道来供飞机在动力下降的情况下获得更高的速度,也对飞机的性能提出了更高的要求。

起飞困难,降落也不容易。因为空气密度低,所以要维持降落时的升力,飞机要用更快的速度降落,这使得飞机需要更长的跑道长度来减速,对飞机的刹车系统和飞行员的操作也是严峻的考验。

就以我国(也是世界)海拔最高的高高原机场稻城亚丁机场为例,稻城亚丁机场海拔高度为4411米,其跑道长度长达4200米。而位于西藏的昌都邦达机场,海拔高度为4334米,虽然略低于稻城亚丁,但其跑道长度为5500米,为世界最长的机场跑道。作为对比,上海浦东机场最长的一条跑道长度为4000米,足够供空客A380起降用。


海拔世界第二高的昌都邦达机场位于山谷之中,地形及气候条件非常复杂,起降难度很大

高海拔带来的起降性能影响并不是高高原机场唯一的问题,由于高高原机场多处于人口稀少的地区,相应地对导航系统和通讯系统提出了更高的要求。因此在执行高高原航班飞行的飞机上,往往是把导航系统和通讯系统的配置给拉到顶,RNP-AR导航系统和卫星通讯系统往往成为了标配。

而且,高高原机场往往地形复杂、气象条件多变,对于飞机的航电系统有着极高的要求,每次起降对飞行员都是挑战,因此高原航班往往机组都是三人机组高配。也因此,执行高高原机场航班的飞机往往需要具备以下几个特征:强大的动力、优秀的飞行性能、最先进的航电设备以及经验丰富的机组,而其中强大的动力是最为关键的。

高原型C919

对于执行高原飞行的飞机来说,强大的动力是必不可少的,而其中分成两个方向:一个是飞机本来就有着较为充沛的动力,哪怕在高原上也有着足够的推力;而另一个就是在飞机发动机推力不变的情况下,将飞机进行缩短来减重,以获得更高的推重比。

前者的典型是波音757,其使用的RB211发动机推力高达四万磅,使得757获得了同级飞机中最强的动力,非常适合进行高原飞行。

而后者的典型就是空客A319了,作为空客A320家族的缩短型,A319在发动机不变的情况下缩短机身长度降低重量来获得更好的动力表现,属于“大马拉小车”,而且可以沿用原有设计不用进行修改。以执行高原飞行为主的西藏航空为例,其42架飞机的机队中A319的数量高达31架,占比达到75%,是绝对主力。

除了西藏航空之外,目前我国其他航空公司的高原干线航线飞行也是以空客A319为主,因为用其执行高原航班飞行有着更高的经济性与更好的飞行性能。早在C919立项之时就采用了和波音空客类似的家族化设计,在标准型的C919之外还有加长型与缩短型。而C919的高原型所采取的路径也是类似A319,在发动机不变的情况下通过缩短C919的机身长度来获得缩短型C919以执行高原航线的飞行,这是最为经济、最为成熟的方法,也最为高效。


C919的标准型、加长型与缩短型(高原型)想象图(图作者:Astrosiren深空海妖)

C919原本就具备着不俗的飞行性能,在测试飞行中C919标准型就飞过高原机场进行测试。但能飞高原和执行高原商业航线是两码事。标准型C919(168座)在飞高原航线时必然需要牺牲载量无法满客飞行,客座率较低经济效益较差,还得付出不少的结构死重代价。而缩短后的C919由于座位更少(140座)且飞机重量更轻,相对来说反而能有着更高的客座率以及更高的经济效益;而且缩短后的高原型C919还能获得更好的动力与飞行性能,能更好地执行高原起降与飞行。

高原型C919不仅仅是缩短机身,相较于基本型,还得进行进一步的针对高原飞行的改装。

就比如,执行非高原航线的飞机,其紧急氧气系统只需要给旅客提供15分钟的氧气就能满足要求,这是因为在平原地带15分钟足够让飞机降低到10000英尺(约3000米)以下的安全高度,不至于因为失压之类的事件让旅客发生缺氧的情况。但对高原飞行来说,其飞行的区域往往在高原之上,别说下降到10000英尺高度了,下面地面的海拔可能都不止3000米了。

以2018年的“川航奇迹”3U8633事故为例,其执行的重庆-拉萨航班就是典型的高原航线。在“川航奇迹”事件中,飞机由于高空飞行中驾驶舱风挡脱落导致飞机驾驶舱与客舱失压,但其正下方是海拔三千多米的高山地形无法下降到安全高度,一直到飞出西藏高原后才得以下降到安全高度并降落。

因此,对高原型飞机来说,15分钟的旅客紧急供氧是不足以满足紧急状况时的安全要求的,高原型飞机的氧气系统需要提供至少60分钟的紧急供氧,而且其客舱加压系统也有相应的特别要求。

得益于C919标准型就配备着最先进的航电系统,前文所提到的在高原飞行中所需要的先进导航系统(如RNP-AR)、卫星通讯系统以及ADS-B设备等,或是C919的标配设备,或是可以选配的设备。C919高起点所带来的高性能航电系统,使其可以轻松应对高原飞行所需要的事项。将选配设备都装上之后的“顶配”C919高原型,哪怕面对最恶劣的高原机场环境也足够游刃有余地应对。

换而言之,C919标准型的先进性能确保其飞行性能下限足够高,而针对高原型特有的优化以及先进的航电设备又使其高原飞行时的上限可以和A319NEO来掰掰手腕。

高原型C919的前景

我国有着广袤的国土,也有着最为复杂的地理环境,我国西部地区普遍海拔较高,而其中西藏、新疆以及云贵川地区高海拔地带尤其多。目前我国共有20个高原机场和23个高高原机场,数量为全球最多,其中还不乏昆明长水机场(海拔2100米)这种区域型枢纽机场。

而其中,西藏地区由于地形原因地面交通不发达,非常依赖于飞机这一交通工具,因此我国对于高原型飞机的需求并不小。早在上世纪八十年代,我国首个大飞机“运-10”在试飞阶段就执行了往拉萨运输物资的任务,可见我国航空运输对能执行高原任务的飞机有着较大的需求。


执行高原飞行任务,飞往拉萨运输物资的“运-10”

而C919的家族化发展与随之衍生而来缩短长度的高原型是一个最佳选择,因为有C919的基础在前面,缩短机身长度并进行一定改装的高原型开发速度会非常快,而且由于可以和标准型共用大量部件与系统,可以进一步摊平成本。

除了国内市场所需之外,海外市场也有着对高原型飞机的需求,其中以南美国家居多。对南美国家来说,如果在空客A319之外还能有另一个选择的话,无疑是一件有利无害的事——哪怕最终没有选购C919高原型,但因为C919高原型这一竞品的存在,使得他们在与空客谈判时也能获得更多的优势。

作为目前世界范围内使用范围最广也最有潜力的单通道干线飞机,C919无疑具备着极大的家族化潜力与各种改型的发展空间。除了高原型之外,我们未来还能看到加长型与长程型,各种衍生型号的诞生将会极大地丰富C919的产品线,并给国内外航空公司以更多的选择。

相信未来我们会看到越来越多的C919活跃在祖国以及世界各地,中国的大飞机将每时每刻都翱翔在天空之上。

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