基于飞行过程中V1 的深度研究论文

　　在我们的日常飞行过程中会涉及到很多的速度、高度，这些速度和高度的组合再加上其它的一些数据为我们搭建了一个飞机操作的三维空间，在这个三维空间之内飞行是安全的，而这个三维空间之外的区域就是飞行的“禁区”，一般说严禁将飞机操作到这个三维空间之外。这个三维空间就是飞机的包线，包线实际体现了一架飞机的性能。包线范围越宽，证明飞机对外界因素的适应性越强，性能也就越好，反之亦然。在飞行包线中有一个重要的速度——V1，它是一个决断速度，它可以决定当飞机发生了严重故障，例如但不限于发动机故障时，飞机是停在地面上还是继续起飞，所以了解V1的确定过程对于保证起飞的安全至关重要。

　　根据美国联邦航空条例第25 部107 款(FAR 25.107)以及欧洲联合航空条例第25 部107 款(JAR 25.107)的定义，V1是一个修正表速，这个修正表速是如果需要中断起飞时可以保证飞机停在跑道的限制范围内的机组能够决定中断起飞的最大速度。V1本来应是在这一刻飞机的关键发动机发生故障，同时飞行员识别故障，做出决定并开始中断的第一个动作。但是由于飞行员发现故障、识别故障、做出决策并开始动作都需要一定的时间，所以如果发动机是在V1时刻故障的，那飞行员做出中断起飞的第一个动作时飞机的速度已经超过V1了，这明显不符合“V1是机组能够决定中断起飞的最大速度”的定义的要求，所以FAR/JAR25 部107 款中对V1做出了特别的限制，以保证提供给飞行员合适的反应时间，我们将在后文中具体阐述25 部107 款的有关限制。

　　我们每次起飞都将跑道的性能实用完了吗?不记得!很多时候当飞机到达跑道道面的尽头时飞机的高度已经好几百英尺了，或者说飞机刚刚用了一半的跑道甚至还不到飞机就离地了，还有很长一截跑道被浪费了，这些情况说明跑道的性能尚有很大的潜力可以挖掘。由于飞机离地时需要克服重力，也就是说只要重量一定了，针对同一条跑道以及相同的大气环境，飞机离地的速度也就固定了，那跑道的性能就靠调整V1来达到。V1的变化范围必须保证在V1时中断能在跑道铺设的道面内停下来，又要保证V1后发动机失效继续起飞所需要的爬升越障性能。

　　对于广大飞行员来说，总是希望最好不要将严重的故障带到空中来处理，这种愿望就可以通过V1达到，但是V1确定的依据是什么呢，也就是说V1是在什么范围之内呢?在确定V1之前需要先介绍几个场长以及速度的概念：

　　(1)VMCG：地面最小操纵速度。根据FAR/JAR25 部149 款的定义，VMCG是飞机在起飞滑跑时，当飞机在VMCG时关键发动机失效，仅靠空气动力控制就可以使飞机偏离跑道中心线的距离不超过30 英尺地安全起飞。在这里“仅靠空气动力”的意思是不使用前轮转弯装置。VMCG的确定是保证关键发动机失效时滑跑的侧向安全，根据V1的定义，V1以前的发动机推力丧失需要中断起飞，中断后的滑跑需要保证飞机的安全，飞机必须能在跑道的宽度范围内停下来，所以V1必须得大于VMCG。

　　(2)V2：是当在V1后发生发动机故障，继续起飞时飞机爬升到高出跑道表面35 英尺时必须达到的最小的爬升速度，它必须保证飞机的可操纵性和安全性。这里的可操作性是指飞机的舵面有足够的操纵效率来维持飞行的轨迹，并且，飞机还得保持与失速速度有一定的余量。操作性是通过VMCA来表示的。VMCA与VMCG类似，安全性是通过VS或VSR(空客飞机在JAR 中的失速速度的`特别表示方法)来表述。由于这两个速度与文章联系不强，所以在此不做仔细描述。可以用一个数学表达式来表示V2，即V2=max{1.31VSR或1.2VS，1.1VMCA}。

　　(3)VR:以3°/秒的速率抬前轮，并且在高于起飞表面35 英尺之前就达到V2的速度。由于抬头时飞机已经不可能再回到地面上，所以飞机的安全性仍然使用VMCA来描述。VR与VMCA的关系式VR≥1.05VMCA。VR与V2的关系是V2=VR+在跑道表面上空达到35 英尺之前获得的速度增量。VR与V1的关系式VR>V1。

　　(4)起飞距离(TOD)：起飞距离是飞机从松刹车滑跑开始到飞机离地并爬升到一定的高度所需的距离，确定起飞距离需要区分干、湿跑道：

　　a.干跑道：如果所有发动机都工作的正常起飞，其起飞距离为从松刹车开始到飞机高于起飞表面上空35 英尺所需实际距离TODN(N 为所有发动机都工作)的115%;如果从松刹车开始到VEF(关键发动机失效速度，VEF≥VMCG)，关键发动机失效，再到飞机高于起飞表面上空35 英尺所需实际距离TODN-1，两者取较高者，即TOD 干=max{TODN-1 干， 1.15TODN 干}。

　　b.湿跑道：也是两个数据中取大者，其中一个是TOD 干，另外一个是TODN-1 湿，即TOD 湿=max{TOD 干，TODN-1 湿}。此处的TODN-1 湿只要求飞机达到的高度是15 英尺，而不是干跑道的TODN-1中要求的35 英尺，但是TODN-1 湿必须保证飞机在最迟35 英尺时达到V2。

　　(5)加速停止距离(ASD)：如果飞机在V1发动机失效需要中断，那么从松刹车开始滑跑开始到飞机完全停下来所需要的距离就是加速停止距离。确定加速停止距离也需要确定干、湿跑道：

　　a.干跑道：干跑道的ASD 为ASD 干=max{ASDN-1 干，ASD 干}。引起中断起飞的原因可以分为两大类：发动机失效和其它严重系统故障，所以这两种情况引起的中断都必须考虑它们的加速停止距离。ASDN-1 干主要是考虑发动机失效引起的中断所需要要的停止距离，ASDN-1 干=飞机所有发动机加速到VEF (发动机失效速度，VMCG≤VEF≤V1) 所用的距离+VEF时关键发动机失效且飞行员在V1 时开始中断起飞的第一个动作(FAR/JAR 25.109 规定VEF到V1之间的时间是1 秒) 所用的距离+以V1速度运动2 秒所用的距离+飞机完全停下来所用的距离(不用反推且机轮刹车在允许范围内最严重的磨损程度);而ASDN 干则是考虑由于其它严重系统故障引起的中断起飞所需要的滑跑距离，ASDN 干=飞机所有发动机加速到V1所用距离+以V1速度运动2 秒所用的距离+在V1时开始中断的第一个动作(没有任何发动机失效)至飞机完全停下来所需距离。

　　b.湿跑道：湿跑道的ASD 湿=max{ASD 干，ASDN-1 湿，ASDN 湿}，其中ASDN-1 湿，ASDN 湿分别与ASDN-1 干，ASDN 干的定义相同，只是跑道道面为湿的。飞机离地时的速度VLOF是飞机升力等于重力的速度，也就是说当飞机的重量以及外界大气条件固定了，VLOF是一个固定不变的常量，VLOF固定了，V2也就相对固定了，不论V1怎么变化，V2是固定的，也就是说对于给定的重量以及外部大气条件，V1可能不是唯一的V1，V1是可以在一个范围内变化的，限制这个变化范围的因素就是跑道的长度。这里说的跑道的长度是一个广义的范围，它还包括停止道和净空道。V1的变化范围：当重量一定时，如果假设发动机在V1以后失效，飞机需要继续起飞，那增大V1将会使全部发动机都工作的加速阶段长一些，并且由于需要继续起飞，VLOF是固定的(因为此时升力≥重力，而重量是一定的)，飞机是否离地与V1无关，也就是说无论V1大小，只要发动机失效在V1以后飞机需要继续起飞，都需要加速至VLOF。所以飞机在35 英尺高度上达到V2的速度所使用的距离也就较短，也就是V1↑→TODN-1↓和TORN-1↓(TOR 是起飞滑跑距离)。如果发动机没有失效，那可以说飞机的性能与V1无关，只与VR和V2有关，所以TODN 和TORN 与V1无关。总结地说就是V1的增大会使单发后的起飞爬升性能变好(重量一定)。从另一方面来说，当重量一定时，如果假定飞机在V1前出现严重故障导致在V1开始中断动作，那么加大V1将会导致ASD 的增加：当出现的是发动机故障引起的中断时会导致ASDN-1增加：而如果是其它方面的故障或警告需要中断时，如风切变警告等，V1增大将会导致ASDN增加。这是因为从松刹车加速到一个较大的V1所需要的距离较长，而中断(所有发动机都工作)时从一个较大的V1减速到零所需要的距离也较长。