控制巡航时的速度

本文是《控制好速度》系列文章的第三篇，我们的飞机现在以光洁的形态巡航飞行。主要目标是管理空速并避免超速。

从技术上讲，巡航包括在相对恒定的空速和高度下航向变化和飞机系统监控（特别是燃油）。当飞机接近开始下降准备着陆的目的地时，该过程结束。

在这个飞行阶段，速度监控和控制至关重要，以确保飞机始终在其认证的飞行包线内飞行，并且可以妥善管理对空速的任何威胁。

本文不会让读者陷入优化飞机巡航性能的挑战，但旨在更多地了解巡航期间对空速的现有威胁，以及最佳管理这些威胁的良好实践。在规划巡航以做出正确的速度和飞行高度层选择时，机组人员需要对速度变化保持警惕，并能够在需要时恢复。

巡航速度通常由性能和燃油消耗考虑因素决定；然而，空中交通或天气因素有时会干扰并需要修改最佳巡航剖面。无论机组人员如何决定以最佳方式优化其飞行，都需要不断了解适用的限制和机动速度。为了在飞机认证的飞行包线内安全地管理巡航阶段，一些特征速度可以为机组人员监控飞机的实际速度提供有用的参考。到底应该监控什么速度？这些速度意味着什么？如果忽略它们会发生什么？

许多速度用于验证和驾驶飞机。对于每次飞行，适用的特征速度由飞机自动飞行系统（飞行管理系统（FMS）、飞行引导（FG）和飞行包线（FE））自动计算并显示在PFD速度带上。它们对于目标机动和限制参考速度非常有用，可以在巡航阶段安全地指导飞行员做出导航决策。

我们的目标是强调空中客车公司向机组人员发出的有关巡航中这些速度监控的所有建议背后的设计和操作考虑因素。

绿点已经在上一篇专门介绍爬升阶段的文章中介绍过。

 然而，在巡航阶段记住这个速度也很重要，因为它是 PFD 速度带上清晰可见的参考速度。

我们将在下文中了解为什么飞行员在巡航时通常不应比 GD 飞行得慢。

在巡航时：

• 在 GD 以上，维持速度所需的阻力和推力随着速度的增加而增加；

• 低于GD，维持速度所需的阻力和推力随着速度减小而增加。

在给定的高度、温度、重量和推力下，上图显示了 2 个平衡点，其中推力精确补偿阻力（推力 = 阻力）并且可以实现稳定的水平飞行：点 1（其中 VC 低于 GD） 和点 2（其中 VC 高于 GD）。让我们仔细看看速度偏离这些速度时飞机的行为：

• 点2 为稳定平衡：巡航时，飞机飞到点2 时，空速稳定。空速的微小变化自然会得到补偿，飞机将返回点 2。在点 2，飞机以第一状态飞行。

- 如果干扰使飞机速度增加到点 2 以上，则阻力会增加。因此，飞机将减速回到平衡点 2。

- 如果干扰使飞机速度降低到点 2 以下，则阻力会减小。这会产生加速度，飞机的速度自然会增加回到平衡点2。

• 点1 是不稳定平衡：此时，飞机以第二状态飞行。

- 如果干扰使飞机速度增加到点 1 以上，则阻力会减小；

因此飞机将继续加速直到点 2。

- 如果干扰使飞机速度降低到点 1 以下，则阻力会变得越来越高。如果不采取任何行动，飞机将被自然地导致持续减速。

要停止减速并能够再次加速，可能有两种情况：

当速度降低到点 1 以下并保持高于点 3 时：如果应用最大可用推力，则飞机可以加速。

当速度降低到点 3 以下时：在保持稳定的水平飞行的同时没有可用于加速的推力裕度。那么停止减速的唯一方法就是失去高度以加速超过点 3。

总结：

• 飞机比GD 更快：速度稳定。

• 飞机比GD 更慢：速度不稳定。

PFD 空速刻度上不显示点 3。仅显示 GD。

飞机越高，可用的最大推力越低。这意味着在高海拔处，接近REC MAX（推荐最大高度）时，点3和GD彼此接近，因为推力裕度较小。因此，在水平飞行中低于 GD 飞行很容易使飞机比第 3 点慢，并最终持续减速。

因此，在巡航的清洁配置中，机组人员不应在 GD 以下飞行。

特殊情况下，如果由于某种原因需要略低于 GD 的飞行，则有必要进行警惕的监控，以确保立即检查并恢复进一步的非指令速度降低。

REC MAX（推荐最大高度）是如何计算的？

更仔细地观察限制亚音速飞机可以安全飞行的高度的确切条件，这些条件的范围从空气动力学限制到推进和认证限制。

REC MAX 是巡航上限：

下图适用于一架重型飞机，其升限低于最大认证升限。

在空客飞机上，REC MAX 始终受到服务上限或认证上限的限制；除 A319 CJ 飞机和某些重型 A340-500/600 飞机版本外。

下图给出了上述 A320 理论曲线的说明性示例。FMS 使用该图来确定 REC MAX。

CI = 0（成本指数 0）是在稳定马赫数下给出最大爬升率的点。

对于给定的重量，每架飞机在特定高度都有最小可选择速度（VLS）和最大速度（VMAX）。在巡航高度，在飞行包线保护激活之前，需要与这些最低和最高速度相关的安全余量。

VLS：最小可选速度

VLS 是 A/THR 启用时的最小可选速度。即使目标速度低于 VLS，A/THR 也会继续以 VLS 为目标。

VLS 由 PFD 速度刻度上琥珀色线的顶部表示。

VLS 是 AFS 计算出的特征速度，作为飞机重量的函数（取决于飞行准备期间插入 FMS 的零燃油重量 (ZFW)）。

注：1.23 系数适用于电传飞行器（其他为 1.3）。

该公式意味着当减速板伸出时 VLS 较高，因为减速板伸出会增加 VS1g。

故意低于 VLS 飞行可能会导致受保护飞机上的大迎角保护被激活，或者如果飞机不受保护，则会使飞机陷入失速。

VMO/MMO：最大运行速度/马赫数

在巡航中，光洁形态下，VMO/MMO 是飞机速度包线的上限。

它由沿 PFD 速度刻度的红色和黑色条带的下端指示。

转换高度

飞机通常以最佳 IAS 飞行，直到达到最佳爬升/巡航马赫数。空速和马赫之间的这种转变发生在称为“转换高度”的点（通常在 FL250 和 FL300 之间，具体取决于飞机类型）。

当飞机以恒定的 IAS 爬升到转换高度时，马赫数会增加。当以恒定马赫数下降到转换高度时，情况相反。然后 IAS 增加。

在转换高度以上的高度，飞行员将飞行马赫数而不是 IAS，因为它随后成为最有意义的参数。

根据飞机飞行的速度或马赫数，存在不同的现象。因此，空气动力学世界可以分为两个领域：低马赫数和高马赫数。

• 在高马赫数下，当加速超过MMO时，可能会出现轻微的振动。这些振动是由于机翼上表面上形成的不稳定的早期气流分离引起的。

以 VD/MD 运行的空客飞机不会受到所谓的高速抖振的影响。

• 在高指示空速（IAS）下，对飞机结构完整性的主要威胁在于空气对结构施加的动态压力。只要马赫数不太高，飞机的可控性就保持最佳状态。

实际上，飞机被设计为在远高于 VMO/MMO 的马赫/速度下安全。事实上，根据认证要求，飞机必须能够安全地飞行到设计极限速度/马赫数 VD/MD。换句话说，直到 VD/MD，飞机仍然是可控的并且没有任何颤振。

VMO/MMO是根据飞机的结构限制而建立的，它为设计极限速度/马赫数VD/MD提供了余量。VD/MD 必须充分高于 VMO/MMO，以确保在商业运营中无意中超过 VD/MD 的可能性极小。存在多项认证标准。因此，在空客飞机上，MD 通常等于 MMO + 0.07，VD 约等于 VMO + 35 kt。

每架飞机飞行手册中均标明了适用的 VMO/MMO。例如，下表中给出了VMO/MMO和VD/MD。

这些概念涉及了解飞机 VD/MD 的最大结构速度和马赫数。

VD 是校准空速 (CAS)。在试飞期间，试飞员会达到 VD/MD，目的是证明飞机结构完整性在这些速度下不会受到威胁，并且飞机始终保持安全可恢复。

要记住的要点是：

• 达到 VD 比达到 MD 容易得多，

• 在高空，达到飞机的结构极限几乎是不可能的，

• 在较低高度，可以达到 VD，因为可用推力较高，而马赫引起的阻力较低。

JAR / FAR 25 规则规定，在任何飞行状态下不得故意超过 VMO 或 MMO。参数 VMO/MMO 基本上设置了飞机速度包络线的上限。

飞行员们应该牢记这一点：

• 在高空，虽然始终遵循MMO 很重要，但轻微且暂时的马赫增加超过该值不会导致飞机立即陷入危险状况。

• 在较低高度，大幅超过 VMO 是一个真正的威胁，可能会极大地影响飞机结构的完整性。

尽管故意超出 VMO/MMO 的情况很少见，但当飞机受到异常风和/或温度梯度影响时，通常会超出该限制速度。因此，预防至关重要。

飞行包线保护速度：Vα PROT 和 Vα MAX

Vα PROT 是与 Alpha 保护激活时的最大迎角 (AOA) 相对应的速度。仅在正常法则显示，并对应于 PFD 速度刻度上黑色和琥珀色条带的顶部。

实际上，Alpha 保护的迎角值随着马赫数的增加而减小。当Alpha保护的AOA值减小时，PFD上的Alpha保护条向上移动。

Vα MAX 是最大迎角速度。它是与飞机在正常法则下可以飞行的最大迎角相对应的速度。

它对应于 PFD 速度刻度上红色实线条的顶部。

α MAX 是马赫数的函数：当马赫数增加时，α MAX 减小。

与 GD 和 VLS 相反，Vα PROT 和 Vα MAX 并非基于飞机重量，在飞行准备期间通过 ZFW 插入到 FMS 中。

PFD 上显示的 Vα PROT（或 Vα MAX）是对飞机以等于 α PROT（或 α MAX）的迎角 (AOA) 飞行时的速度的预测。事实上，这两个速度都是根据飞机纵向平衡方程以及实际飞机速度和迎角来计算的。

在 A320 系列上，Vα PROT 和 Vα MAX 在两个 PFD 上可以具有不同的数值，因为左 PFD 和右 PFD 的 VC 来自不同的来源。

在 A330/A340、A350 和 A380 系列上，两个 PFD 上的 Vα PROT 和 Vα MAX 具有相同的数值。

为了避免 Vα PROT 和 Vα MAX 显示波动，AOA 和 VC 值会被过滤，以便快速的 AOA 变化（例如在湍流期间）不会污染 PFD 速度刻度。

由于这种过滤，可以观察到一点延迟；因此，在动态机动期间，飞机可能会进入 IAS 尚未低于显示的 Vα PROT 的法则保护。

在巡航过程中的任何时间，实际迎角都会与 α PROT（或 α MAX）进行实时比较。然后，AOA 的差值被转换为速度并应用于每个 PFD：当前速度与 Vα PROT（或 Vα MAX）之间的增量表示相对于 α PROT（或 α MAX）的实际裕度。

当法则降级时，增加迎角会直接导致飞机失速，就像在任何传统飞机上一样。

了解飞机速度包络线的定义对于避免速度偏移至关重要。了解空速面临的威胁以及机组人员可以使用的应对这些威胁的工具是该目标的另一部分。这包括准确了解应该查看哪些信息以及如何查看，目的是获得尽可能最佳的情景意识，并能够做出反应避免超速（即 VMO/MMO 超出）或速度衰减（即达到 VLS 以下）。

阅读本文第一部分并了解如何确定 VMO/MMO 和 VD/MD 强调：

在高空，达到飞机的结构极限马赫数几乎是不可能的（除非以最大推力进行陡峭俯冲）；因此，在高空，高马赫数飞行不应被视为对飞行安全的最大威胁。

相反，在高空飞行太慢（低于绿点）可能会导致速度逐渐降低，直到触发保护。如果这种速度降低发生在法则降级中，则可能会因失速而导致失控。在达到或接近飞机的性能高度限制时，绿点和 MMO 之间的可用速度范围将会很小。因此必须避免高空速度衰减。

• 在较低高度（即低于交叉高度），过大的速度衰减同样会导致未受保护的飞机（即按照降级法则飞行）进入失速。

然而，在低空，可用包线更大，推力裕度也更高，从而为机组人员提供了更大的安全控制空速和从速度衰减中恢复的能力。另一方面，在低空，达到VMO和VD是可能的；因此，高速确实应该被视为对飞行安全的重大威胁。

本章为飞行员提供了可用预防手段的背景知识，以便正确管理对空速的主要威胁，并通过预期和使用专用程序最终防止超速或速度衰减。

获得良好的天气意识

天气是影响飞机性能的重要因素。无论是本地航班还是长途航班，基于天气的决定都会极大地影响航班的安全。事实证明，对空速的第一个外部威胁来自天气干扰，例如可能导致速度显着变化的湍流区域。

常识通常会让飞行员避开这些区域；然而，它们有时会遇到一些严重的湍流，例如在躲避雷暴时。此时，空速开始波动，从而更有可能超速或速度衰减。

需要提前计划并通过定期扫描天气状况和调整飞行路径来尽可能避免此类情况。

起飞前，天气简报必须尽可能完整。飞行员应检查备降机场和目的地机场的天气报告，并根据天气情况，

这些信息需要在飞行中根据需要经常更新。天气信息可以由空中交通管制员或在该地区飞行的其他机组人员传达。

一旦升空，气象雷达就会成为一种强大的工具，帮助机组人员做出与天气相关的正确决策，以避免恶劣天气和湍流区域。

海拔高度和风梯度：主要影响因素

在没有故障且 A/THR 已启用或在手动模式下应用 MAX CLB 推力的飞机上，巡航阶段期间的连续速度衰减可能是由于：

• 除了室外气温 (OAT) 升高外，顺风大幅持续增加或顶风减少，导致 REC MAX FL 降低，或

• 当机组人员在山区（平行和）顺风飞行时，由于山地波，会出现较大或长时间的下沉气流。下沉气流的负垂直速度可能超过 500 英尺/分钟。因此，如果飞机处于下沉气流中，飞机必须爬升才能保持高度，并且俯仰角和推力值都会增加。如果没有足够的推力裕度，机组人员可能会注意到飞机速度下降，但 REC MAX FL 不会修改。

飞行机组必须意识到，在高空，推力裕度（使用推力与最大可用推力之间的差值）是有限的。当海拔和/或外部温度升高时，最大可用推力会降低。

当 OAT 增加时，FMS 中指示的 REC MAX FL 会减少。

飞机距离 REC MAX FL 越近，推力裕度越小。

在任何高度，速度降低太多肯定会降低飞机的能量水平并减少机动裕度，从而可能导致飞机因失速而失去控制。为了能够恢复，了解和检测显着速度衰减的迹象非常重要。

当速度降低时，飞行员应注意 PFD 上显示的速度趋势矢量，并在出现不利速度趋势时采取行动，以保持高于 GD。

如果速度进一步降低，则必须增加迎角 (AOA)，以增加升力系数 CL，从而保持力平衡。然而，不可能无限地增加迎角。

根据基本的空气动力学规则，升力系数 CL 随迎角线性增加，直到气流与上机翼表面分离的点。

如果迎角持续增加，气流分离点不稳定，会快速来回波动。

因此，沿机翼轮廓的压力分布不断变化，也改变了升力的位置和大小。

这种效应称为抖振，并通过振动来证明。抖振是接近失速的明显迹象，甚至是失速本身的明显迹象，具体取决于失速的严重程度：它是由气流分离产生的，是迎角的函数。

• 抖振开始时，飞行员开始感觉到机翼上表面的气流分离。

• 根据定义，抖振开始对应于1.3g（对应于水平飞行中的40° 倾斜角）。

• “威慑性抖振”如此强烈，以至于任何飞行员都会觉得他/她需要离开这些抖振条件。

当AOA达到最大值时，机翼上表面的分离点进一步向前移动，机翼上表面几乎实现气流完全分离：

这种现象会导致升力显着损失，称为失速。顺便说一句，失速不是俯仰问题，并且可以在任何俯仰值下发生。

通过预测和定期扫描飞行路线沿线的天气状况以及 PFD 上的速度趋势，应该避免这些情况。

一旦识别出任何失速指示（或失速声音警告），飞机的轨迹就会变得难以控制，必须立即应用“失速改出”程序。

使用专用程序

一旦出现不利的速度趋势，飞行员必须采取行动并防止超速，遵循超速预防程序中详细说明的操作技术和建议。

在 A320 系列上，高马赫数/Vc 下的减速板伸出和收回速率大约是自动驾驶仪 (AP) 启用时的速度比 AP 未启用时慢两倍。因此，如果用于避免 VMO/MMO 超出，机组人员应牢记这一点并及时收回它们，以避免将速度降低到 GD 以下。当飞行接近 REC MAX 时尤其如此。

当速度超过 VMO + 4kt 或 MMO + 0.006 时，就会触发 OVERSPEED 警告，并持续到速度低于 VMO/MMO。在这种情况下，机组人员必须应用超速恢复程序。

VMO/MMO 超标后维护飞机

飞行机组人员必须报告任何类型的超速事件（即触发超速警告时）。事实上，在超速的情况下，可能需要对飞机结构进行检查。

事实上，当发生超速事件时，飞机可能会经历高负载系数。只有对飞行数据进行分析才能判断是否需要检查。

这满足了机组人员在遇到超速情况时报告这一情况的迫切需要！然后维护和工程团队将判断是否需要进一步检查。

任何类型的超速都必须由机组人员报告。只有对飞行数据进行分析才能判断是否需要检查。

在巡航过程中，飞机的空速可能并不总是理想的。飞机可能会遇到恶劣的天气和湍流，甚至大风，这些都会对空速产生直接影响。因此，机组人员必须时刻保持警惕，并通过提前计划和沟通来预测对空速的主要威胁。

实际上，一旦飞机升空，飞行员必须充分了解飞行中的空速以及速度趋势。如有需要，FCOM/QRH 和 FCTM 提供程序和充分的指南，以防止速度偏离并从中恢复，并对空速的任何变化做出明智的反应。它们值得提前彻底阅读和理解。