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從飛機性能的角度淺談機型與航線的匹配09 Aug 2013

        摘要:在航線運營中如何選擇機型一直是航空公司運行中一項重要的課題,選擇合適的機型既要考慮機型的座級、運行成本等因素,又要兼顧每種機型不同的性能特點及每條航線不同的運行特點,才能使公司在運行成本效益和安全生產之間實現雙贏。本文從飛機性能的角度出發,簡單分析如何將機型與航線的特點結合起來,發揮各個機型的特長,從而最大限度地優化機型在航線網路上的匹配。

  一、基本概念

  談到機型與航線匹配的基本概念,首先要熟悉航線的各種運行或限制特點,然後再討論各種機型不同的性能特點,最後探討如何根據各自的特點將機型與航線合理匹配起來。

  (一)航線運行的主要特點和限制因素

  1. 航線距離

  距離是一條航線最重要的特點,航線距離決定了完成航線飛行所需的時間和油量,由於每個機型有著各自的設計航程能力,航線距離的長短也就決定了哪些機型可以運行該條航線。例如,B747等洲際飛機續航能力可以達到十幾個小時,而B737等中短程飛機只能夠完成幾個小時的飛行。

  一般而言,並不需要十分系統的飛機性能知識,航空公司的市場部門就能夠將飛機匹配到距離比較恰當的航線上。然而,當一條航線兩端的起始和目的機場運行條件較複雜,而或航線距離接近某些機型航程能力的極限值時,再考慮到航路風、高度等對飛行速度的影響,則需要從飛機性能的角度去詳細分析哪種機型更適合於該航線的運營。

  此外,航班備降機場距離的遠近會決定航班的落地剩餘油量,而落地剩餘油量的多少也有可能影響到飛機的航程和業載,同樣需要從飛機性能上進行計算分析。

  2. 機場的適航性和飛機起降性能

  完成航線距離評估後,則需要考慮航線涉及的起飛機場、目的機場、備降機場的適航性。其中,機場的飛行區等級、消防等級、氣象條件、空管保障能力、機場開放時間、進離場程式、進近程式等條件均可能影響到各機型在該機場運行的適航性。例如,某些高原機場或航線只能用特定的高原機型來執飛,所以,在某條航線上選擇一個恰當的機型,航線涉及的起始機場、目的地機場、備降機場都必須滿足該機型的適航性要求。

  即使起飛或著陸機場對於某一個機型是適航的,但也有可能因為需要安全飛越飛行程式保護區內的關鍵障礙物,而限制了該機型的起飛或著陸重量,從而影響了航班的業載能力和效益,這時就需要對多種機型進行全面的性能評估,選擇性能和業載能力最優的機型。影響飛機起飛和著陸性能的機場條件有:機場標高、跑道長寬、道面強度、跑道坡度、飛行程式保護區內障礙物等。

  3. 其他特殊運行限制

  1)高原運行:機場標高超過1500米的機場稱為一般高原機場,機場標高超過8000英尺(2440米)的機場稱為高高原機場,航路安全高度超過10000英尺(3049米)的航線稱為高原航線,飛機需要具有特定的高原性能才能運行高原機場或高原航線。

  2)延程運行(ETOPS):雙發飛機在航路上距離可用備降場的飛行時間超過60分鐘,或者三、四發飛機在航路上距離可用備降場的飛行時間超過180分鐘的運行,稱為延程運行ETOPS,執行ETOPS航線需要經局方特殊批准。

  3)延伸跨水運行:飛機距最近海岸線的水準距離超過50海裡(93公里)的運行,稱為延伸跨水運行,需要為飛機配備救生筏。

  4)極地運行:飛越北緯78度00分以北區域的運行,需要經局方特殊批准。

  5)航行新技術:目前例如基於性能導航(PBN)和廣播式自動相關監視(ADS-B)等新技術迅速發展,某些RNAV、ADS-B航路或機場的RNAV或RNP程式對飛機導航能力有相應要求,從而限制了可以運行的機型。

  (二)各機型的主要性能特點

  1. 飛機基本重量

  最大起飛重量MTOW:航空器在開始起飛滑跑時的最大允許重量,該重量是由飛機強度和適航性要求限制的在跑道松刹車點的最大重量。

  最大著陸重量MLW:航空器能夠正常著陸的最大允許重量,該重量是由飛機強度和適航性要求限制的著陸最大重量。

  最大無油重量MZFW:無可用燃油和潤滑油時的航空器最大允許重量,該重量是由飛機強度和適航性要求限制的加可用燃油之前的最大重量。

  使用空重OEW:製造商的空機重量加上機載設備物品、機組重量、飲用水、餐食報刊等運行項目重量。

  以上四個基本重量是經飛機製造商授權和局方審定的重量,在運行中,飛機的實際起飛、著陸和無油重量不能超出以上重量限制,所以這些基本重量也有可能成為限制飛機的航程和業載的因素。

  值得注意的是,為滿足不同的市場需求和航線距離,同一機型可能會有多個等級的最大起飛重量和最大著陸重量,重量的不同又將同一機型細分為不同的性能特點。

  2. 航程能力

  決定飛機航程能力的因素是油箱容積和基本重量。很容易理解,飛機的油箱容積越大,航程能力自然越強。但是,當航線較長且飛機的最大起飛重量一定時,燃油和業載之間會有一定的矛盾關係,較多的燃油可能會擠佔的部分業載能力,或者較大的業載可能會擠佔部分燃油從而縮短了航程能力。

  當出現這種業載與燃油爭奪起飛重量空間的情況時,就不得不在兩者之間做出取捨,通常都是減少業載,保證飛機能夠有足夠的燃油飛往目的地機場,然而,當業載能力很小時,飛行執行該航線的經濟性就值得考量了。

  3. 業載能力

  航班業載能力受到起飛重量、著陸重量、無油重量三者的限制,為以下三個公式計算結果的最小值:

  起飛重量-使用空重-起飛油量

  著陸重量-使用空重-落地剩油

  最大無油重量-使用空重(即結構限載)

  對以上三個公式進行分析,每個公式對應一種常見的情況:

  1)當航線距離較長起飛油量較大時,航班業載容易受到最大起飛重量限制;

  2)當受備降場較遠等因素影響,航班的落地剩餘油量較大時,航班業載容易受到最大著陸重量限制;

  3)當最大起飛或著陸重量都不限制業載時,航班的業載受到最大無油重量限制,即為飛機的結構業載。

  4. 起飛著陸性能

  飛機製造商在《飛行手冊》中給出了飛機經審定的最大起飛重量和最大著陸重量,然而,受機場標高、跑道狀況、保護區障礙物等因素的影響,飛機在某一機場的起飛或著陸重量不一定能達到手冊中的最大重量,此時需要根據環境溫度、風、使用跑道、襟翼構型等實際運行條件,進行起飛分析表或著陸分析,以確定飛機的實際起飛或著陸重量,然後按照實際起飛或著陸重量計算航班業載能力。

  5. 高原性能

  當飛機在高原機場起降時,對發動機推力和高高度電門有著特殊要求,當飛機在高原航路運行時,對發動機失效時的飄降能力以及座艙失壓時的供氧能力有特殊要求。所以,只有滿足這些特殊要求的飛機才能執飛高原航線或高原機場。

  6. 翼尖小翼和短跑道性能

  隨著航空技術的不斷發展,飛機製造商推出了一些改善飛機性能的技術,很典型如翼尖小翼和短跑道性能。

  在飛機的機翼上加裝了翼尖小翼後,可以阻止部分空氣從下翼面經翼尖流到上翼面,有效減小誘導阻力,使得飛機起降性能和巡航油耗得到改善。

  具有短跑道的性能的飛機,其擾流板打開的角度更大,操作反推的反應時間更短,雙尾橇用於保護飛機離地時不易擦機尾,這三個特點使得飛機在短跑道上的起飛和著陸性能更好。

  當飛機的起飛或著陸受到機場條件限制時,應當根據限制情況優先使用帶翼尖小翼或具有短跑道性能的飛機。

  (三)熟悉了航線的運行限制特點和飛機的性能特點後,開展機型與航線的基本原理如下:

  首先,將公司的全部機型進行分類,分類的標準是航程能力和性能特點,性能特點包括高原性能、起降性能、導航精度等等。當同一機型具有多種性能特點時,根據特點對其進一步細分。

  其次,將公司運行的航線按照運行限制特點進行分類,這些特點包括:高原航線、起降機場條件複雜、延程運行、極地運行、導航能力要求等。同時,根據公司各機型的航程能力範圍劃定幾個距離區間,按照這些區間將公司運行的航線按距離進行分類。

  最後,結合以上對機型和航線的分類,按如下原則匹配機型與航線:

  第一,飛機的性能必須滿足航線的特殊運行要求:如高原、極地、延程運行ETOPS、基於性能的導航PBN,安排有能力的機型執行有特殊運行要求的航線。

  第二,飛機的航程能力必須滿足航線的航程要求,根據航線的遠近安排能夠飛抵目的地的機型。

  第三,在滿足上述兩個前提下,為航線選擇航班業載能力最大的機型。

  二、工作方法

  航空公司開展機型與航線匹配工作,通常所面對的是已有的機型與航線網路佈局,所以主要工作是對目前運力投放的不斷調整優化,使之更趨於完善和高效,主要的步驟如下:

  1. 掌握公司的機型與航線匹配情況

  首先,通過對公司的機型與航線網路進行全面的梳理分析,掌握公司機型與航線的匹配程度,找出不能滿載、滿客的航線機型組合。

  同時,配合市場部門提出的新開航線和機型變更要求,對市場部門擬使用的機型方案進行分析,給出最優機型方案的建議。

  最後,需要持續地監控公司所運行的機場、航線的條件變化,評估條件變化對運行和航線業載的影響,及時將資訊回饋給市場部門。

  2. 提出機型調整方案

  針對不能滿載、滿客的限載航線,分析評估其他機型的業載情況,機型調整主要考慮以下原則:

  1)提高航班可用業載;

  2)優先考慮同座級的機型,不改變公司對市場需求的把握。

  3)優先考慮同一分公司或基地的飛機,不改變公司運力佈局。

  經過對多種機型執行限載航線的對比分析,綜合考慮各機型的飛機數量、執管屬地,最終形成機型調整方案。

  3. 機型調整方案的實施

  與市場、飛行、機務、運控等相關部門進行協商,在安排航班計畫時,優先使用機型調整方案所推薦的機型,提高航班的業載能力。機型調整方案的實施在一定程度上增加了一線運行單位的工作複雜度,需要注意理順工作流程,落實工作責任,協調多部門分工合作。

  需要說明的是,機型調整方案只是對運力配置的優化,而不應成為對運行的限制,當運力調配困難時,仍可以使用有載量限制的機型,以免影響航班的正常運行。

  4. 方案執行情況跟蹤

  根據實際航班的執行情況,對機型調整方案的執行率和業載空間的提升進行統計,評估實施方案帶來的效益。對於執行率較低的機型調整方案,需要重點分析方案不能被執行的原因,對方案或者工作流程進行改進。

  三、簡單案例分析

  某航空公司擁有9架150座的中短程飛機,這些飛機的機型、座位佈局、使用空重、油箱容積基本相同,但是由於引進時間和市場定位的不同,它們具有X、Y、Z三種性能特點:


        該航空公司使用這9架飛機運營三條航線,由基地始發至甲乙丙三地,這三條航線的特點如下:


        從飛機種類表格可以看出,X、Y、Z三種性能特點的最大不同是:X類飛機的翼尖小翼可以改善在複雜機場的起飛性能;Y類飛機的最大起飛重量較大(MTOW=80噸),比X和Z類在遠端航線上具有業載優勢;Z類飛機具有高原性能。結合以上機型特點和航線特點,較理想的機型與航線匹配方案如下:

  1、首先,由於丙機場標高為3400米,為高高原機場,而機隊中僅Z類飛機具有高原性能,所以必須使用Z類飛機執行基地至丙的航線。

  2、其次,由於乙機場起飛保護區障礙物較高,限制了飛機的起飛重量,這時帶有翼尖小翼的飛機具有起飛重量優勢,所以建議使用性能特點為X的飛機執行基地至乙的航線。

  3、最後,由於基地至甲航線距離遠,飛行時間長,航班加油量大。此時,性能特點為Y的飛機起飛重量大,在加油量較大的情況下可以攜帶更多的業載,所以建議使用性能特點為Y的飛機執行該航線。

  在這個例子中,若使用Z類飛機執行基地至甲或乙的航線,則可能浪費了其高原性能;若使用Y類飛機執行基地至乙的航線,有可能因為障礙物限制了實際起飛重量,從而影響了業載;若使用X類飛機執行基地至甲的航線,有可能因為航程長加油量大,從而影響了業載。

  四、安全與效益的提升

  根據航線及其涉及機場的運行特點,投入性能特點最為符合的機型,不僅可以降低運行成本、提高運行效益,對於提高安全裕度也很有幫助:

  1、效益提升:比如使用航程能力大的飛機執飛遠端航線,而或使用起降性能有優勢的飛機執飛複雜機場,都可以增加航班的業載能力,提高航空公司的運行效益。

  2、安全提升:比如使用具有短跑道性能的飛機執飛跑道較短的機場,而或使用氧氣供應能力更強的飛機執行高原航線,都可以提高航班運行的安全裕度。

  五、結束語

  本文從飛機性能的角度出發,簡要闡述了機型與航線匹配的基本概念和工作方法。探討機型與航線匹配的問題時,如果能夠結合市場行銷和財務分析,考慮到各條航線對飛機座級和艙位的市場需求,同時考慮到各個機型投入航線的運營成本和收益,從飛機性能、市場需求和成本收益三個方向共同出發進行分析,則能夠更加全面地把握航空公司的航線網路佈局,提出更加合理可行的機型與航線匹配方案,將是未來的發展方向。


        新聞來源:民航資源網