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性能工程師:他們也是最了解飛機的人

  • 發佈時間:2015-04-08 08:31:17  來源:中國民航報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  □本報通訊員 邵大偉 王治國

  電視劇《血戰長空》中有這樣一段情節:在蔣介石50歲生日前夕,中國空軍精心策劃了一場賀壽試飛儀式。儀式上,兩名飛行員駕駛著剛剛購買的菲亞特戰機,進行特技表演。誰也沒有想到,一架嶄新的戰機卻突然發生故障,在眾目睽睽下戰機與另一架飛機相撞,機毀人亡。宋美齡作為空軍負責人對購買菲亞特戰機的選擇充滿疑問,並邀請陳納德擔任顧問,首要任務就是提供準確的航空建議。

  如今的航空市場已不再是跑馬圈地的年代,飛機越造越有個性,國際航線越飛越遠,國內航線越飛越偏。要買什麼樣的飛機,能飛什麼樣的航線,油消耗得多不多,這些曾經不被關心的問題開始滲透到航空公司運營的各個環節。

  航空公司裏有這麼一個小群體,全國加起來只不過百人之眾,他們不開飛機、不修飛機,但每一條航線的開通都要經過他們的評估,他們在業內被稱為“性能工程師”。曾經,他們的工作基本上是圍繞航線安全的可行性開展的,也就是按照規章的要求,分析製作起飛著陸性能分析表,製作起飛一發失效應急程式,空中釋壓和發動機失效的處置預案等。如今,他們穿梭于公司運作的各個環節,從飛機選型到航線設計,從精確銷售到飛機排班,從實時支援到航後分析,儘管只是一個小小的行當,卻支撐著航空公司精細化運作的大前景。

  飛機選型中的

  性能分析

  如今的航空市場已經逐步開始從賣方市場向買方市場轉變了,不再是製造商賣什麼飛機我們就用什麼飛機。隨著中國航空公司的發展壯大,它們也越來越重視飛機選型的評估,其中很重要的一項工作就是對飛機性能的評估。

  製造商在銷售飛機時通常都會主動提供飛機的性能資訊,這被稱為廣告性能,廣告性能一般會使用一張很直白的業載航程圖或滿客示意圖來展示,例如波音737-800機型的滿客航程(按164人計算)可以達到3000海裏。但在實際運作中,我們很難看到737-800機型在3000海裏的航線上實現滿客運作,比如海航737-800機型在廣州至烏魯木齊、北京至普吉航線上都處於滿客邊緣運作狀態,而這些航線的航程都在2500海裏以內。

  實際上,廣告性能中的業載航程圖並未考慮飛機重量、燃油政策、備降場政策、機場和空域運作環境、飛機性能衰減等客戶實際運作的差異,比如製造商的業載航程圖通常是根據製造商所在國的最優燃油政策計算的,可能與客戶的燃油政策並不一致。即便製造商使用了客戶實際運作航線進行性能分析,一般也會選用各種優化條件從而提高飛機性能表現,包括最近的備降場、最優的構型,而客戶實際運作時則需考慮更多的運作限制。因此,完全依賴廣告性能數據會造成購買預期和實際運作能力之間的差異。因此,性能工程師在參與選型分析時,會根據預期航線的起降機場條件、周邊機場情況、航線統計風溫數據對廣告性能中的數據進行校核,從而獲得與公司運作情況匹配的預期航程和載量。

  除了對廣告性能的詳細甄別,在飛機選型中還會涉及一些很重要的構型或性能選擇,比如發動機推力等級、短跑道增強性能、飛機起降高度、起飛推力使用時間限制、結構限制重量等,這些性能通常都是與價格呈直接正比關係,選低了可能造成運作中限制載量,選高了可能造成資金浪費。例如公司計劃以高原機場短航線為主,則應偏重於選擇大推力小重量的飛機,如公司計劃以平原機場長航線為主,則應偏重於選擇小推力大重量的飛機。通過將公司網路佈局與飛機性能進行恰當比對,可以有效降低選型風險。海航的787-8機型全部在早期選型基礎上將64000磅推力的發動機全部升級為67000磅推力的發動機,正是基於對飛機性能和航線計劃的對比結果,從而保證了海航運作北美航線時能夠獲得最高的性價比。

  支援精細化預售

  隨著航空公司的航線佈局逐步精細化,航班可供載量受限的問題也表現得越來越明顯。如由昆明、蘭州、西寧等特殊機場起飛的長航線航班,飛機性能表現的日差異幅度較大。以往公司預售的數據只區分冬春航季(11月到3月)和夏秋航季(4月到10月),也就是説一年只有兩套預售數據,但即使同是夏秋季,機場和航路的風溫條件都有很大的差異,從而導致航班預售載量與當日可供載量之間存在明顯差異,比如海航的737-800機型執飛的蘭州—深圳航線,4月和7月的載量差異可高達3噸。當班可供載量超過預售載量,會造成航班業載的虛耗,當班可供載量低於預售載量時,會造成當班超售的情況,影響公司的服務和效益。全服務型航空公司通常會為整個航季制定一個保守的預售載量,從而導致部分時段可供業載的浪費,因此,盡可能更早更細緻地對預售載量進行預估可以提高公司的收益。

  通過採集、統計、分析公司運作積累的大量數據,包括航班起降時刻的參考溫度、航班歷史載運率、旅客行李重量等資訊,按照起降時刻溫度計算精確的航班載量數據,充分利用同一季節中不同月份、每月中各周的溫度差異,以及每天不同時刻的溫度差異,從而獲得更為精準的起飛性能限制,最終實現按月或周提供航班預售載量的目標。海航通過優化工作流程、研發航線載量控制系統等精細化的航班載量管理措施,有效增加了公司航班銷售收益,提高了航班業載利用率。2014年累計提升737機型可銷售座位數達 7萬個,折算增收 3000 萬元。在提升客運銷售座位數量之外,海航全年還提升了貨運可供載量近700噸,折算增收500萬元。

  充分利用性能

  衰減監控結果

  隨著飛機和發動機使用時間的增加,飛機整體的燃油性能也會出現明顯衰減。新飛機通過5年的運作,其衰減幅度甚至可以高達5%,對於737機型來説,這意味著一年將多消耗500噸燃油。除了飛機的性能衰減外,飛機本身也存在個體差異,通常在標準性能的上下2%以內。

  國內部分大中型航空公司都會開展性能衰減的監控工作,但該工作的目的往往只是從安全的角度修正計劃耗油量。實際上,對每架飛機實施性能監控,並將其變化與飛機維護工作進行綜合分析,可以發現一些非正常的性能惡化趨勢,從而避免飛機形成不可逆的高衰減狀態。比如海航通過對787-8實施性能監控,及時發現了性能衰減持續惡化的趨勢,並通過加頻發動機水洗等工作,預防了該機型的性能惡化。對於一架787飛機來説,每阻止1%的衰減,可每年節油200噸。

  此外,還可以將性能衰減的監控結果與飛機排班結合起來,每天根據飛機性能衰減的差異,對航班串進行飛機調整,盡可能使性能衰減較多的飛機執行飛行時間短的航班串,從而實現利用不同飛機的性能衰減差來節約燃油的目的。如兩架性能衰減相差3個百分點的737-800飛機,日利用時間相差1小時,全年可節油30噸。

  通過實時性能

  計算減低運作限制

  起飛性能是影響航班可供載量和實施減推力起飛的主要因素。以往飛機起飛性能數據通常是以數據表的形式提供給簽派員和飛行員使用的,該數值的計算結果本身就相對保守,同時因需要手工翻閱和人工差值計算,每當出現數據表不能直接查到的條件(如無該溫度或風)時,一般都會使用表中條件更為嚴格的結果。在起飛性能受限的機場,這就會導致減載更多,在普通機場,也會降低減推力使用的量。

  在不同的機場條件下,最優的起飛構型條件存在差異。以襟翼構型為例,在不同的跑道距離與機場凈空條件下,使用不同的襟翼構型可以獲得不同的起飛性能限制重量,如當跑道較短、凈空條件較好時,選擇大的襟翼構型可以提高起飛限制重量。在傳統的數據表形式下,一張數據表只能提供一種條件下的起飛性能,手工查閱的方式對選擇最優構型造成了重大的制約,因此,通過開發電子飛行包、實時起降系統等手段,可以在電子化實時性能計算的模式下,在運作中最大限度地利用飛機的性能,避免性能浪費。

  通過數據分析

  支援航空公司節油運作

  節能環保將成為未來經濟發展的重要指標,而持續的節能工作必將以採集、獲取、分析每個航班的油耗及關鍵影響因素為基礎。

  性能工程師在數據分析方面也一直扮演著非常重要的角色。海航性能工程師通過數據分析模擬,發現載運率與噸公里耗油的相關性高達96%,航空公司如按照噸公里耗油進行燃油效率和節油工作監控,則燃油效率和節油工作的結果會被載運率的影響完全覆蓋。因此,在噸公里耗油的基礎上,消除載運率的影響,制定修正噸公里耗油指標,則可以反映實際運作的燃油效率變化情況。將飛機使用重量、載量、航路距離、飛行高度、重心位置、發動機和飛機維護狀態等關鍵影響因素與耗油之間的關係,提煉成數據模型,與修正噸公里耗油組成燃油效率指標監控體系,基於修正噸公里耗油的指標體系,監測每個機型、每條航線的變化趨勢,就可以發現影響耗油的關鍵因素的變化。例如,海航通過數據監測分析,成功發現北京至北美航線出現存在計劃距離偏多、787機型性能衰減嚴重變差的趨勢,計劃業載存在嚴重偏高、部分國際航線飛行高度存在航班間明顯差異等問題,為持續監控和針對性改進奠定了數據基礎。

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