航空节油策略-西南交通大学出版社

作者:黄金赌城 发布时间:2020-08-21 09:10

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  第九章 航空节油策略 在民航业,油耗是航空承运人最大的成本支出。受经济和环保等因素影 响,节油已成为航空承运人关心的头等大事。美国航空运输协会( ATA )2012 年 1 月的最新行业报告显示,从 2000 年至 2011 年第二季度,航空燃油费用 涨幅高达 267% ,成为运营成本中上涨最快的部分。 ATA 还表示,即使航空 公司的用油量增加不多,但支出增加依然很大。 近年来,随 着国际油 价的 持续大幅下 跌,给航 空公 司送来了“减负”大礼 包。但是,低碳经济已成为全世界新的发展趋势以及国与国之间新的竞争手 段, 中国提出到 2020 年单位国内生产总值二氧化碳排放比 2005 年下降 40% ~ 45% 的自主减排目标,对民航的节油工作提出了更高要求。根据 2013 年年报 数据显示,东航、南航、国航的燃油成本分别为 306.8 亿元、 355.4 亿元和 337.2 亿元,分别占据营业成本的 38.2% 、 40.8% 和 40.8% 。南方航空在 2013 年年报中称,航油成本仍然是航空公司最主要的成本支出,航空公司开展节 油的形势依然十分严峻。 在推进“节约型社会”的大 环境下,强 调在安全 运行 范围内,节 约燃油, 以航空公司效益最大化为运营最终目标,这不仅是我国航空公司进一步发展 的要求,更是我国民航事业整体强大的需要。 第一节 一、国内外现状 航空节油策略概述 节省燃油,常常简称为节油或省油,这意味着较高的燃油效率、经济 性和较长的燃油里程。为了达到燃油消耗或总成本(即航空公司主营业务 成本,运输成本或运营成本)最小化的目的,而对航班的运行过程以及对 执行航班的飞机状态进行管理。其中,对航班运行过程的管理是动态的, 主要内容是航班的高效率运行;对飞机状态进行的管理是静态的,主要包 括围绕燃油经济性而对飞机外表面和动力系统的维护,以及飞机的重量控 制 等 内容 。 纵观国内外相关研究,已经出现一些适合不同国家国情的解决方案。 美国联邦航空局( FAA )副局长 Robert A. Sturgell 认为应开展交通流量 管理( TFM ) ,减少因天气、故障原因的返航备降。目前美国通过开展 TFM , 降低运行成本和减少延误,每年节省约 3 亿 4 千万美元。FAA 参与和支持了 其他已获得明显节油成效的空管技术和程序工作,如缩小垂直高度间隔 ( DRVSM ) 。此外,新一代航空运输系统 NGATS 对未来高效的航空系统做出 了规划。 美联航的 Gene Cameron 分析认为:有限的国境入境航路点,有可能受天 气影响,并可能造成燃油浪费。北美至亚洲的极地飞行始于 1999 年,3 个进 出点支持了北美和中国重要城市间的飞行,极大地降低了燃油成本和空域飞 越费用,小改善带来了大效益。 国际航协推出的节油计划( IATA-SFCP ) ,主张节油从基础设施和航路改 进入手, 总结行业内有关节油的最佳做法, 由专业人士编写 《燃油手册》 。 IATA 还提出“节约一分钟”的倡议,即通过优化航路等措施减少飞行时间。 花旗集团的 Eric Sim 对航油的套期保值进行了研究,利用掉期、期权、 区间三段式期权等工具进行套期保值。 波音公司对融合式翼梢小翼进行了研究。通过美国西南航、中国国航与 波音的联合评估,翼梢小翼已经得到证实的优点有:增加有效翼展,减少翼 梢涡流能量,改善气动性,获得更低的轮挡油耗,获得更高的巡航高度等。 目前,全球共有 1000 架 B737-700 、737-800 等使用翼梢小翼的机型均已取证 并投入服役,全球用户达 75 家。 柯林斯公司认为,目前空管部门的概念不利于提高燃油效率。通过将机 载 FMS 计划功能与空管耦合,可实现近于最优的运行方式。 近年来,我国各航空公司也将节油工作的重视程度大大提升。 在航空公司实践方面,南方航空在国内率先编制完成《节油手册》 ,主要 针对飞行、机务、运行和飞机减重四个方面的技术手段进行规范,制定了基 于数据统计的各航线固定节油标准政策。随后,山东航空也编制了类似技术 手册,采用参照飞行计划灵活耗油量的节油标准政策。 南方航空的田晓东指出:节油是一项系统工程,对航空公司而言,减少 不必要的飞机重量可以大大降低燃油成本;精细飞行计划和飞行员的科学实 施,乃至二次放行技术都可以减少油耗并提高业载能力。胡海青认为,运行 控制中心( SOC )可通过以下途径实现节油:科学制作飞行计划,国际运行 二次放行技术,灵活航路,北极航路,及时调整航班计划,减少技术经停, 选择航路备降,提高放行可靠率,利用燃油差价带油等。 厦门航空的章明重点就飞机维修对燃油消耗的影响进行了研究:飞机机 身迎风面的光洁度对阻力和燃油经济性将产生最为显著的影响。APU 的不当 使用、气源和增压系统漏气也常常造成不必要的油耗。建立适当的程序,按 照检查程序对相关飞机部件进行有针对性的定期检查和修理、校准,可以有 效提高飞机的燃油经济性。 北京航空航天大学的王小宛教授认为, 节油涉及民航运行链的各个环节, 节油成败往往取决于各部门间的合作。她从飞机性能和部分航空公司实践角 度,较为全面地提出了若干节油措施、方法。张永顺教授从航线飞行耗油的 物理特性出发,以现代系统工程观念和数学规划,求解最小油耗,确立了飞 行巡航耗油最小的数学规划表达。 中国气象局的章澄昌教授对航空气象导航及相关问题进行了研究。他认 为,当前民航节油可以从以下几个方面入手:由场面气压、气温进行业载核 算,充分利用跑道,选择最佳滑行距离,优化起降方案;备份油量化,考虑 季节、天气因素,既保证安全,又压缩过多燃油余量;参考国外提出的积分 航程概念,根据飞机重量及其变化规律,对巡航高度、气象条件和飞行速度 进行精确计算;结合天气预报,考虑航程中可能遇到的重要天气区,趋利避 害,选择最佳航线。 二、相关政策法规 每个航班在做飞行计划时,应根据运行类别和飞行性质,按照适用法规、 规 章 的 要 求 计 划 并 加 注 所 需 的 燃 油 量 。 例 如 , 中 国 民 用 航 空 规 章 121 部 ( CCAR-121 )规定,营运人在进行国内定期载客运行时,所需的燃油量需满 足 CCAR-121.657 条的要求。 第 121.657 条 国内定期载客运行的燃油量要求 ( a )除本条( b )款规定外,签派飞机或者使飞机起飞时,该飞机应当装 有能够完成下列飞行的足够燃油: ( 1 )飞往被签派的目的地机场; ( 2 )此后,按照规定需要备降机场的,飞往目的地机场的最远的备降机 场并着陆; ( 3 )完成上述飞行后,还能以正常巡航消耗率飞行 45 分钟。 ( b )经局方批准,合格证持有人可以采用由预定点飞至备降机场的方法 确定燃油:签派飞机起飞前,该飞机应当装有足够的油量,经预定点飞至备 降机场,此后以正常巡航消耗率飞行 45 分钟,但所载油量不得少于飞至所签 派的目的地机场,此后以正常巡航消耗率飞行 2 小时所需要的油量。 在进行国际定期载客运行和补充运行时,所需的燃油量需满足 CCAR-121.661 条的要求。 第 121.661 条 除涡轮螺旋桨发动机飞机之外的涡轮发动机飞机国 际定期载客运行、补充运行的燃油量要求 ( a )在实施国际定期载客运行和补充运行的情况下,除了经局方在其运 行规范中批准外,签派或者放行涡轮发动机飞机(涡轮螺旋桨发动机飞机除 外)飞行,或者使其起飞时,应当在考虑到预计的风和其他天气条件后,飞 机有足够的燃油完成下列飞行: ( 1 )飞往目的地机场并在该机场着陆; ( 2 )从起飞机场到目的地机场并着陆所需总飞行时间的 10% 的一段时间 的飞行; ( 3 )此后,按照规定需要备降机场的,由目的地机场飞至签派或者放行 单中指定的最远备降机场并着陆; ( 4 )完成上述飞行后,还能以等待速度在备降机场,或者当不需要备降 机场时在目的地机场上空 450 米( 1500 英尺)高度上在标准温度条件下飞行 30 分钟。 ( b )签派或者放行涡轮发动机飞机(涡轮螺旋桨发动机飞机除外)飞往 按照本规则第 121.641 条( a )款第( 2 )项或者第 121.642 条( b )款未规定 备降机场的目的地机场时,应当在考虑到预计的风和其他天气条件后,有足 够的油量飞到该机场,然后以正常巡航消耗率至少飞行 2 小时。 ( c )如果局方认为,为了安全,某一特定航路有必要增加油量,局方可 以修改实施国际运行的合格证持有人的运行规范,要求其携带的油量多于本 条( a )款或者( b )款中规定的最低限度。 ( d )对于在国内实施的补充运行,按照本规则第 121.660 条的规定计算 燃油装载量。 以上规定是对航空承运人实施开展运行的一般性燃油量要求,也是最低 量的法规性要求。这是节油工作的特性之一,即对某个航班所采取的节油措 施应当在中国民航航空规章的法律框架下进行,以保证航空器的安全。 除此之外,民航局还编制了《民航行业节能减排规划》 ,初步搭建了行业 管理平台。目前,该规划已由民航局和国家发改委联合颁布实施,成为交通 领域颁布的第一个行业节能减排规划。 三、节油技术方法及措施 1. 飞行前做好充分准备 及时了解当天的起飞机场、备降机场、目的地机场及航路天气,对一些 系统性天气,如雷雨、大风、低温降雪,有预判和准备。对机场地面跑道、 导航设施、进近及区域管制等再次熟悉,做好预加备份油的准备。如各项因 素满足, 且不存在边缘天气条件或目的地机场及航路没有大面积雷雨降水时, 可按 燃油 政策 ,在 保证 预 计到 达油 量( EFOA ) 的 情况 下, 根据 配载 和运行 条件对照签派放行油量计算出起飞油量,避免多加油。分析高空风,判断最 大和最小高空风的高度层。尽量及时了解当次航班的载量,现在航空公司都 会及时提供如计算机飞行计划一类的资料,这是一个重大的进步,可以让飞 行员在起飞前就清楚飞机在什么高度飞行最有利。 2. 合理使用地面设备 地面过站尽量使用桥载设备,如地面电源、空调。对于 APU(辅助动力 装置)的使用,凡有电源车或其他外接电源的,要尽量利用这些机外设备, 没必要长时间启用 APU 。 据估算, 每飞行一天, 若只用 APU , 其工作量为 5 ~ 6 小时,除了耗油外 [ 波音 737 机型 APU 每小时最少要用 68 千克( 150 磅) 燃油 ] ,本身航材运行成本也相当高,长年累月使用,会使 APU 的故障率上 升,成本增加。因此,在基地“航前准备”和“航后检查”时宜全部使用地面电源 (因为工作时间较长) ,在外站,条件允许时,要提倡多用外接电源。在起飞 前 15 ~ 20 分钟启动 APU 较为合适。因此应减少 APU 处于工作状态的时间, 例如当飞机落地后滑行时,应该控制好 APU 的启动时机,在某些比较大的繁 忙机场,地面滑行时间是很长的,做到这点对节油是很有必要的。 3. 减少飞机营运空重 减少飞机营运空重是航空公司必须考虑的问题, 737-700/800 机型着陆机 重减轻 453.6 千克( 1000 磅) ,航程油耗可减少 0.6% 。在众多影响重量的因 素中,作为飞行员,应着重关注燃油和水的加注,据测试,对有水计量仪表 的飞机, 60% 的加水量足以满足日常客运需求。 4. 滑行阶段 如果在地面时存在航空管制,就应该合理选择启动发动机的时间,离开 廊桥前不启动发动机,避免在地面进行不必要的燃油消耗。在地面滑行的时 候要综合判断地面交通的运行状况,运用推力管理尽量保持合理的滑行速度 与滑行间隔,力求避免燃油和刹车的内耗。起始滑行时,注意控制好速度, 尽可能少加油门。避免猛加油门,缓慢增加推力,飞机能够滑动就不再增加 推力;缓慢增速,合理控制速度,不是必须时不要将飞机完全停住,因为再 次起步需要更大的推力。 5. 爬升阶段 如果条件允许,尽量采取减推力起飞的方式,进行合适的起飞推力设定。 因为减推力起飞是在满足起飞性能前提下最有效的起飞节油手段,同时可降 低发动机维修成本和延长其寿命。在满足各方面性能的前提下,尽快地使飞 机处于光洁形态,消除不必要的阻力形态带来的额外燃油消耗。大家都知道, 在飞机的爬升阶段,发动机处于大马力、大油耗阶段,所以缩短飞机在这个 阶段的时间,尽可能争取早一点达到最理想的巡航高度,势必能节省一定的 燃油。低高度平飞或缓慢爬升都会增加在低空的滞留时间,导致过大的燃油 消耗,应尽快爬升到巡航高度。但不要用速度换高度,尤其在高高度、大马 赫时,恢复速度所需的燃油远多于提前到达高高度节省的燃油。有些飞行员 采取最大爬升率爬升的方式,实际上这有些误解。因为 FMC 的最大爬升率 指能够在最短的时间达到最佳巡航高度,但由于绝对速度小,前进的距离也 短。B737 、B757 机型的机组训练手册上都指出用经济( ECON )速度将节省 更多的燃油。使用 FMC 推荐的速度飞行,根据 737 手册推荐,280 节 /M 0.76 是比较经济的速度。


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